0 引言
隨著計算機應(yīng)用的日益普及和全球信息網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展,，對高質(zhì)量供電設(shè)備的需求越來越大，不間斷電源(UPS)正是為了滿足這種情況而發(fā)展起來的電力電子設(shè)備,。UPS在保證不問斷供電的同時,，還能提供穩(wěn)壓、穩(wěn)頻和波形失真度小的高質(zhì)量正弦波電源,，目前在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),、郵電通信、銀行證券,、電力系統(tǒng),、工業(yè)控制、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,。微機控制的不間斷電源具有兩大優(yōu)點：簡化硬件電路,，降低成本；軟件設(shè)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制思想。
微機控制技術(shù)應(yīng)用于不間斷電源,，主要體現(xiàn)在單片機系統(tǒng)上,，單片機產(chǎn)生PWM脈沖信號放大后驅(qū)動逆變器的開關(guān)。而單片機抗干擾的能力不夠強,，如果抗干擾的措施不當(dāng),，不但無法體現(xiàn)上述優(yōu)點，還有可能降低系統(tǒng)的可靠性,，甚至無法工作,。
本文結(jié)合UPS的工作原理，從干擾的類型及采取相應(yīng)的措施來說明抗干擾技術(shù)在UPS中的應(yīng)用,。
1 結(jié)構(gòu)框圖及工作原理
1．1 結(jié)構(gòu)框圖
根據(jù)工作方式,，UPS分為后備式和在線式兩大類。
UPS的基本結(jié)構(gòu)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(guān),、自動電壓調(diào)節(jié)等部分組成,。
1．2 基本工作原理
后備式UPS：當(dāng)市電在規(guī)定電壓范圍內(nèi)正常供電時，輸入電壓經(jīng)自動電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)稍許濾波,，排除一些干擾后,，直接輸出供給負載。而當(dāng)市電異常,，超出規(guī)定范圍時,，UPS啟動逆變器，將后備的電池電壓變換成等價于正常市電時的電壓值再輸出給負載,，其基本拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示,。此種UPS的優(yōu)點是可靠性較高，結(jié)構(gòu)相對較簡單,，效率較高,，價格也便宜。但由于經(jīng)逆變后大都是方波或類方波波形,，故供電質(zhì)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：又稱為雙變換式UPS,，即從市電輸入到UPS輸出經(jīng)過了AC／DC和DC／AC兩次變換，其基本拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示,。在市電正常情況下,，UPS輸入電壓經(jīng)整流、濾波等電路變成直流電壓,，然后經(jīng)逆變器將直流電壓變成負載需要的交流電壓,。當(dāng)市電異常時，輸入自動切換到蓄電池上,，由蓄電池供電,，經(jīng)逆變器后輸出交流電壓給負載。此種UPS顯然在電路上比后備式UPS要復(fù)雜得多,，由于采用二次變換,，大大改善了負載的供電質(zhì)量。但其逆變器一直處于工作狀態(tài),，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(chǎn)生在線式UPS比后備式UPS價格高很多。
2 干擾的類型與來源
單片機控制的UPS系統(tǒng)中的干擾,，一般指各種外部和內(nèi)部的干擾源產(chǎn)生的各種瞬變電信號,，通過一定的途徑傳入到系統(tǒng)中，或者內(nèi)部的互相干擾,，對系統(tǒng)的正常運行造成一定程度的影響,。它的干擾主要有以下幾個方面：
2．1 來自電網(wǎng)的干擾
UPS作為一種經(jīng)過凈化處理，向負載提供高質(zhì)量的電源系統(tǒng),，它的輸入是諧波復(fù)雜的工頻電源,。電網(wǎng)中存在大量的諧波源如各種整流設(shè)備,，電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負載及照明負載,。
2．2 交變磁場的干擾
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(nèi)部，交變磁場主要有：
(1)逆變器產(chǎn)生的電磁干擾
工作時,，逆變器的功率管始終處于開關(guān)狀態(tài),，為了降低其上的功率損耗，開關(guān)過渡時間不能太長,，即di／dt不能太小,，否則開關(guān)過熱容易燒毀。但過大容易引起電路產(chǎn)生寄生振蕩,，產(chǎn)生的噪音干擾比如諧波電流,、高頻毛刺對設(shè)備不利。
(2)高頻變壓器產(chǎn)生的干擾
高頻變壓器存在漏感,，在開關(guān)管由導(dǎo)通剛剛變?yōu)榻刂習(xí)r,，變壓器原邊漏感和引線電感上貯存的能量無處釋放，將會給開關(guān)管等效的輸出電容充電,，由于這個等效電容很小,，所以會沖得比較高的電壓尖峰。
此類干擾對控制系統(tǒng)的破壞性最強,。
2．3 不等電位干擾
在工業(yè)生產(chǎn)中的用電設(shè)備,，如果絕緣性能不良，會對地產(chǎn)生不穩(wěn)定的漏電流,；利用大地作為輸電線的電氣接地線,，也會產(chǎn)生較大的地電流。如果在控制系統(tǒng)設(shè)備接地安裝中,，地點選擇不當(dāng),，漏電流或地電流會使系統(tǒng)中的各點存在電位差，使系統(tǒng)常常產(chǎn)生不確定的故障,。
2．4 自然干擾
自然干擾是指大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾,，以及來自宇宙的電磁波輻射干擾，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，其中雷電干擾最為嚴(yán)重,。雷電不僅會造成回路的強干擾,，還會燒毀輸入模塊。
2．5 溫度、濕度及腐蝕性介質(zhì)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范圍,，使用時應(yīng)以各廠家的資料為準(zhǔn),，根據(jù)情況選用高一檔次的產(chǎn)品。
環(huán)境潮濕或含有腐蝕性氣體,，會對元器件及線路板造成較大影響,。如果系統(tǒng)長期工作在這種環(huán)境中,，會使印制電路板腐蝕,，造成斷路，使接插件和IC插座氧化,、銹蝕,，造成接觸不良，影響系統(tǒng)的可靠性,；因此,，應(yīng)盡量保持環(huán)境干燥，并盡量少用接插件及IC插座,，采用直接焊接的方法互連,；各種連接器應(yīng)采用鍍金或其他防腐處理的接插件。
3 系統(tǒng)的抗干擾措施
為了提高UPS的抗干擾能力,，主要從兩個方面入手,，即從硬件和軟件分別考慮：既要去除或者降低干擾源的干擾能力，又要提高系統(tǒng)本身的抗干擾能力,。
3．1 硬件抗干擾
(1)交流進線濾波器
為了滿足有關(guān)的電磁干擾(EMI)標(biāo)準(zhǔn),，防止UPS產(chǎn)生的噪音進入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進入UPS電源內(nèi)部,，干擾系統(tǒng)的正常工作,，必須在不間斷電源的輸入端施加EMI濾波器。該濾波器能同時抑制共模和差模干擾信號,。
(2)啟動浪涌電流抑制電路
開啟電源時,，由于UPS的整流電路會給濾波電容充電，會產(chǎn)生很大的浪涌電流,，其大小取決于啟動時的交流電壓的相位和輸入濾波器的阻抗,。抑制啟動浪涌電流的最簡單的方法是在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之間串聯(lián)具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。啟動時電阻處于冷態(tài),，呈現(xiàn)較大的的電阻,，從而抑制啟動電流。啟動后,，電阻溫度升高,，阻值降低，以保證電源有較高的效率。對于大功率的電路,，將上述熱敏電阻換成普通電阻,，同時在電阻兩端并聯(lián)晶閘管開關(guān)，電源啟動時晶閘管開關(guān)關(guān)斷,，由電阻限制啟動浪涌電流,，當(dāng)濾波電容的充電完成后，觸發(fā)晶閘管,，使之導(dǎo)通,，達到短路限流電阻的目的。
(3)有源功率因數(shù)校正技術(shù)
抑制諧波的傳統(tǒng)方法是采用無源校正技術(shù),，但無源校正目前一般用于抑制高次諧波,，如需進一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù),，目前大多采用有源功率因數(shù)校正技術(shù),。有源功率因數(shù)校正技術(shù)就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關(guān)，通過控制有源開關(guān)的通斷來強迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化,，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù),。
(4)采用軟開關(guān)技術(shù)
電力電子開關(guān)在其端電壓不為零時開通和在其電流不為零時關(guān)斷統(tǒng)稱為硬開關(guān)。硬開關(guān)時,，開關(guān)器件會承受大功率,，發(fā)熱嚴(yán)重，降低器件壽命,，并且產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾,。如果采取一些措施，改變電路結(jié)構(gòu)和控制策略,，使開關(guān)零電壓開通和零電流關(guān)斷,，即采用軟開關(guān)技術(shù)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系統(tǒng)的可靠性有很大的影響,。如果地線太細，將不能為系統(tǒng)提供足夠的電流,，電源線,、地線的電阻也會增大，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(yīng)盡可能短,。如果線過長,，電流流過時產(chǎn)生壓降，外部的干擾信號可能耦合到電源線上,，避免與大電流的控制信號近距離,、平行的走線，以免產(chǎn)生很大的干擾,。
(6)模塊化設(shè)計
模塊化設(shè)計的好處在于：
減少各部分之間的相互關(guān)聯(lián)與耦合,，避免或減輕彼此間的相互干擾；
便于故障定位,，便于快速修復(fù),，提高系統(tǒng)的可靠性。
(7)隔離與緩沖
輸入輸出通道是外部干擾信號傳入系統(tǒng)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控制部件在電氣連接上相互隔離,，阻斷外部干擾信號進入控制系統(tǒng)。
(8)器件的優(yōu)化
由于UPS一般為連續(xù)工作狀態(tài),，因此要反復(fù)篩選對比,，杜絕因為器件本身導(dǎo)致系統(tǒng)失敗。
(9)印制電路板的抗干擾
印制板應(yīng)遵循大面積接地,、分級屏蔽,、大信號、高阻抗電路走短線等原則,。
3．2 軟件抗干擾
按來源不同,，軟件干擾類型主要分為兩大類：一類是輸入輸出通道受到干擾，使系統(tǒng)不能準(zhǔn)確控制,；另一類是程序在執(zhí)行過程中,，程序受到干擾而跑飛。在設(shè)計系統(tǒng)時采用：
(1)系統(tǒng)上電自診斷
在系統(tǒng)冷啟動時,，首先進行CPU,、RAM等自檢。如果發(fā)現(xiàn)異常,，則報告錯誤并等待修復(fù),，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(jiān)控定時器即看門狗技術(shù)
監(jiān)控定時器是當(dāng)系統(tǒng)軟件受到干擾時偏離了預(yù)定的路徑運行的監(jiān)控電路使系統(tǒng)復(fù)位,。大多數(shù)單片機系統(tǒng)都設(shè)置監(jiān)控定時器電路,。
(3)設(shè)置軟件陷阱
在程序區(qū)的斷層，以NOP指令填空，以保證因干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(zhuǎn)引導(dǎo)指令強行將捕獲的程序引向一個指定地址,。在它前面還加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(jié)論
不間斷電源是強電信號與弱電信號交叉的系統(tǒng)，存在著各種各樣的干擾,。如果系統(tǒng)沒有足夠強的抗干擾能力,，即使總體設(shè)計，硬件設(shè)計,，軟件設(shè)計都合理也不能完全保證系統(tǒng)很好的工作,。實際系統(tǒng)干擾復(fù)雜，需要在實踐中不斷積累經(jīng)驗,。只有這樣,，才能設(shè)計更佳的電路。