摘要：單片機控製係統中通常存在很多幹擾，影響係統的正常運行，因此抗幹擾是在所難免的。本文分析了單片機控製的UPS的幹擾類型，分別從(cong) 硬件和軟件的角度給出了多種有效的抗幹擾措施。這對於(yu) 提高係統的抗幹擾能力和穩定性是有好處的。

　　0 引言

　　隨著計算機應用的日益普及和全球信息網絡化的發展，對高質量供電設備的需求越來越大，不間斷電源(UPS)正是為(wei) 了滿足這種情況而發展起來的電力電子設備。UPS在保證不問斷供電的同時，還能提供穩壓、穩頻和波形失真度小的高質量正弦波電源，目前在計算機網絡係統、郵電通信、銀行證券、電力係統、工業(ye) 控製、醫療等領域得到了廣泛的應用。微機控製的不間斷電源具有兩(liang) 大優(you) 點：簡化硬件電路，降低成本；軟件設計靈活，功能容易擴展，可方便的對軟件進行修改完成不同的控製思想。

　　微機控製技術應用於(yu) 不間斷電源，主要體(ti) 現在單片機係統上，單片機產(chan) 生PWM脈衝(chong) 信號放大後驅動逆變器的開關(guan) 。而單片機抗幹擾的能力不夠強，如果抗幹擾的措施不當，不但無法體(ti) 現上述優(you) 點，還有可能降低係統的可靠性，甚至無法工作。

　　本文結合UPS的工作原理，從(cong) 幹擾的類型及采取相應的措施來說明抗幹擾技術在UPS中的應用。

　　1 結構框圖及工作原理

　　1．1 結構框圖

　　根據工作方式，UPS分為(wei) 後備式和在線式兩(liang) 大類。

　　UPS的基本結構圖見圖l、圖2所示，它由充電電路、蓄電池、升壓電路、逆變電路，切換開關(guan) 、自動電壓調節等部分組成。

 

　　1．2 基本工作原理

　　後備式UPS：當市電在規定電壓範圍內(nei) 正常供電時，輸入電壓經自動電壓調節環節稍許濾波，排除一些幹擾後，直接輸出供給負載。而當市電異常，超出規定範圍時，UPS啟動逆變器，將後備的電池電壓變換成等價(jia) 於(yu) 正常市電時的電壓值再輸出給負載，其基本拓撲結構如圖1所示。此種UPS的優(you) 點是可靠性較高，結構相對較簡單，效率較高，價(jia) 格也便宜。但由於(yu) 經逆變後大都是方波或類方波波形，故供電質量稍差，加之市電異常時需啟動逆變器由電池供電，有一定的切換時間。

　　在線式UPS：又稱為(wei) 雙變換式UPS，即從(cong) 市電輸入到UPS輸出經過了AC／DC和DC／AC兩(liang) 次變換，其基本拓撲結構如圖2所示。在市電正常情況下，UPS輸入電壓經整流、濾波等電路變成直流電壓，然後經逆變器將直流電壓變成負載需要的交流電壓。當市電異常時，輸入自動切換到蓄電池上，由蓄電池供電，經逆變器後輸出交流電壓給負載。此種UPS顯然在電路上比後備式UPS要複雜得多，由於(yu) 采用二次變換，大大改善了負載的供電質量。但其逆變器一直處於(yu) 工作狀態，對逆變器的可靠性和使用壽命提出了較高的要求，由此而產(chan) 生在線式UPS比後備式UPS價(jia) 格高很多。

　　2 幹擾的類型與(yu) 來源

　　單片機控製的UPS係統中的幹擾，一般指各種外部和內(nei) 部的幹擾源產(chan) 生的各種瞬變電信號，通過一定的途徑傳(chuan) 入到係統中，或者內(nei) 部的互相幹擾，對係統的正常運行造成一定程度的影響。它的幹擾主要有以下幾個(ge) 方麵：

　　2．1 來自電網的幹擾

　　UPS作為(wei) 一種經過淨化處理，向負載提供高質量的電源係統，它的輸入是諧波複雜的工頻電源。電網中存在大量的諧波源如各種整流設備，電子電壓調整設備，非線性負載及照明負載。

　　2．2 交變磁場的幹擾

　　在大功率變壓器及大電流通過的電線的周圍都有較強的交變磁場。

　　在UPS內(nei) 部，交變磁場主要有：

　　(1)逆變器產(chan) 生的電磁幹擾

　　工作時，逆變器的功率管始終處於(yu) 開關(guan) 狀態，為(wei) 了降低其上的功率損耗，開關(guan) 過渡時間不能太長，即di／dt不能太小，否則開關(guan) 過熱容易燒毀。但過大容易引起電路產(chan) 生寄生振蕩，產(chan) 生的噪音幹擾比如諧波電流、高頻毛刺對設備不利。

　　(2)高頻變壓器產(chan) 生的幹擾

　　高頻變壓器存在漏感，在開關(guan) 管由導通剛剛變為(wei) 截至時，變壓器原邊漏感和引線電感上貯存的能量無處釋放，將會(hui) 給開關(guan) 管等效的輸出電容充電，由於(yu) 這個(ge) 等效電容很小，所以會(hui) 衝(chong) 得比較高的電壓尖峰。

　　此類幹擾對控製係統的破壞性最強。

　　2．3 不等電位幹擾

　　在工業(ye) 生產(chan) 中的用電設備，如果絕緣性能不良，會(hui) 對地產(chan) 生不穩定的漏電流；利用大地作為(wei) 輸電線的電氣接地線，也會(hui) 產(chan) 生較大的地電流。如果在控製係統設備接地安裝中，地點選擇不當，漏電流或地電流會(hui) 使係統中的各點存在電位差，使係統常常產(chan) 生不確定的故障。

　　2．4 自然幹擾

　　自然幹擾是指大氣層發生的自然現象所引起的幹擾，以及來自宇宙的電磁波輻射幹擾，如雷電、大氣低層電場的變化、電離層變化及太陽黑子的電磁波輻射等，其中雷電幹擾最為(wei) 嚴(yan) 重。雷電不僅(jin) 會(hui) 造成回路的強幹擾，還會(hui) 燒毀輸入模塊。

　　2．5 溫度、濕度及腐蝕性介質對可靠性的影響

　　不同檔次的元器件都有其特定的工作溫度範圍，使用時應以各廠家的資料為(wei) 準，根據情況選用高一檔次的產(chan) 品。

　　環境潮濕或含有腐蝕性氣體(ti) ，會(hui) 對元器件及線路板造成較大影響。如果係統長期工作在這種環境中，會(hui) 使印製電路板腐蝕，造成斷路，使接插件和IC插座氧化、鏽蝕，造成接觸不良，影響係統的可靠性；因此，應盡量保持環境幹燥，並盡量少用接插件及IC插座，采用直接焊接的方法互連；各種連接器應采用鍍金或其他防腐處理的接插件。

　　3 係統的抗幹擾措施

　　為(wei) 了提高UPS的抗幹擾能力，主要從(cong) 兩(liang) 個(ge) 方麵入手，即從(cong) 硬件和軟件分別考慮：既要去除或者降低幹擾源的幹擾能力，又要提高係統本身的抗幹擾能力。

　　3．1 硬件抗幹擾

　　(1)交流進線濾波器

　　為(wei) 了滿足有關(guan) 的電磁幹擾(EMI)標準，防止UPS產(chan) 生的噪音進入電網，或者防止電網的噪聲進入UPS電源內(nei) 部，幹擾係統的正常工作，必須在不間斷電源的輸入端施加EMI濾波器。該濾波器能同時抑製共模和差模幹擾信號。

　　(2)啟動浪湧電流抑製電路

　　開啟電源時，由於(yu) UPS的整流電路會(hui) 給濾波電容充電，會(hui) 產(chan) 生很大的浪湧電流，其大小取決(jue) 於(yu) 啟動時的交流電壓的相位和輸入濾波器的阻抗。抑製啟動浪湧電流的最簡單的方法是在整流橋的直流側(ce) 和濾波電容之間串聯具有負溫度係數的熱敏電阻。啟動時電阻處於(yu) 冷態，呈現較大的的電阻，從(cong) 而抑製啟動電流。啟動後，電阻溫度升高，阻值降低，以保證電源有較高的效率。對於(yu) 大功率的電路，將上述熱敏電阻換成普通電阻，同時在電阻兩(liang) 端並聯晶閘管開關(guan) ，電源啟動時晶閘管開關(guan) 關(guan) 斷，由電阻限製啟動浪湧電流，當濾波電容的充電完成後，觸發晶閘管，使之導通，達到短路限流電阻的目的。

　　(3)有源功率因數校正技術

　　抑製諧波的傳(chuan) 統方法是采用無源校正技術，但無源校正目前一般用於(yu) 抑製高次諧波，如需進一步抑製裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數，目前大多采用有源功率因數校正技術。有源功率因數校正技術就是在傳(chuan) 統的整流電路中加入有源開關(guan) ，通過控製有源開關(guan) 的通斷來強迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從(cong) 而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數。

　　(4)采用軟開關(guan) 技術

　　電力電子開關(guan) 在其端電壓不為(wei) 零時開通和在其電流不為(wei) 零時關(guan) 斷統稱為(wei) 硬開關(guan) 。硬開關(guan) 時，開關(guan) 器件會(hui) 承受大功率，發熱嚴(yan) 重，降低器件壽命，並且產(chan) 生嚴(yan) 重的電磁幹擾。如果采取一些措施，改變電路結構和控製策略，使開關(guan) 零電壓開通和零電流關(guan) 斷，即采用軟開關(guan) 技術可以大幅度提高UPS性能。

　　(5)正確、良好的接地

　　電源線及接地線的粗細對係統的可靠性有很大的影響。如果地線太細，將不能為(wei) 係統提供足夠的電流，電源線、地線的電阻也會(hui) 增大，電流流過電源線，在電源線上形成較大的壓降，影響正常工作。

　　電源線、地線應盡可能短。如果線過長，電流流過時產(chan) 生壓降，外部的幹擾信號可能耦合到電源線上，避免與(yu) 大電流的控製信號近距離、平行的走線，以免產(chan) 生很大的幹擾。

　　(6)模塊化設計

　　模塊化設計的好處在於(yu) ：

　　減少各部分之間的相互關(guan) 聯與(yu) 耦合，避免或減輕彼此間的相互幹擾；

　　便於(yu) 故障定位，便於(yu) 快速修複，提高係統的可靠性。

　　(7)隔離與(yu) 緩衝(chong)

　　輸入輸出通道是外部幹擾信號傳(chuan) 入係統的一種途徑。對交流信號可采取變壓器隔離；對直流信號采用光電耦合器件進行隔離。使外部的輸入輸出通道與(yu) 控製部件在電氣連接上相互隔離，阻斷外部幹擾信號進入控製係統。

　　(8)器件的優(you) 化

　　由於(yu) UPS一般為(wei) 連續工作狀態，因此要反複篩選對比，杜絕因為(wei) 器件本身導致係統失敗。

　　(9)印製電路板的抗幹擾

　　印製板應遵循大麵積接地、分級屏蔽、大信號、高阻抗電路走短線等原則。

　　3．2 軟件抗幹擾

　　按來源不同，軟件幹擾類型主要分為(wei) 兩(liang) 大類：一類是輸入輸出通道受到幹擾，使係統不能準確控製；另一類是程序在執行過程中，程序受到幹擾而跑飛。在設計係統時采用：

　　(1)係統上電自診斷

　　在係統冷啟動時，首先進行CPU、RAM等自檢。如果發現異常，則報告錯誤並等待修複，避免帶病工作。

　　自檢一般有以下方法：

　　上電自檢；定時自檢；鍵控自檢。

　　(2)使用監控定時器即看門狗技術

　　監控定時器是當係統軟件受到幹擾時偏離了預定的路徑運行的監控電路使係統複位。大多數單片機係統都設置監控定時器電路。

　　(3)設置軟件陷阱

　　在程序區的斷層，以NOP指令填空，以保證因幹擾而造成彈飛的程序盡快步入正常運行軌道。用一條強跳轉引導指令強行將捕獲的程序引向一個(ge) 指定地址。在它前麵還加2條NOP指令。

　　(4)在所有未使用的中斷入口，均以RETI指令填充。

　　4 結論

　　不間斷電源是強電信號與(yu) 弱電信號交叉的係統，存在著各種各樣的幹擾。如果係統沒有足夠強的抗幹擾能力，即使總體(ti) 設計，硬件設計，軟件設計都合理也不能完全保證係統很好的工作。實際係統幹擾複雜，需要在實踐中不斷積累經驗。隻有這樣，才能設計更佳的電路。