基于单片机控制的UPS抗干扰技术

    摘要：单片机控制系统中通常存在很多干扰，影响系统的正常运行，因此抗干扰是在所难免的。本文分析了单片机控制的UPS的干扰类型，分别从硬件和软件的角度给出了多种有效的抗干扰措施。这对于提高系统的抗干扰能力和稳定性是有好处的。

    引言

    随着计算机应用的日益普及和全球信息网络化的发展，对高质量供电设备的需求越来越大，不间断电源(UPS)正是为了满足这种情况而发展起来的电力电子设备。UPS在保证不问断供电的同时，还能提供稳压、稳频和波形失真度小的高质量正弦波电源，目前在计算机网络系统、邮电通信、银行证券、电力系统、工业控制、医疗等领域得到了广泛的应用。微机控制的不间断电源具有两大优点：简化硬件电路，降低成本；软件设计灵活，功能容易扩展，可方便的对软件进行修改完成不同的控制思想。

    微机控制技术应用于不间断电源，主要体现在单片机系统上，单片机产生PWM脉冲信号放大后驱动逆变器的开关。而单片机抗干扰的能力不够强，如果抗干扰的措施不当，不但无法体现上述优点，还有可能降低系统的可靠性，甚至无法工作。

    本文结合UPS的工作原理，从干扰的类型及采取相应的措施来说明抗干扰技术在UPS中的应用。

    1 结构框图及工作原理

    1．1 结构框图

    根据工作方式，UPS分为后备式和在线式两大类。

    UPS的基本结构图见图l、图2所示，它由充电电路、蓄电池、升压电路、逆变电路，切换开关、自动电压调节等部分组成。

    1．2 基本工作原理

    后备式UPS：当市电在规定电压范围内正常供电时，输入电压经自动电压调节环节稍许滤波，排除一些干扰后，直接输出供给负载。而当市电异常，超出规定范围时，UPS启动逆变器，将后备的电池电压变换成等价于正常市电时的电压值再输出给负载，其基本拓扑结构如图1所示。此种UPS的优点是可靠性较高，结构相对较简单，效率较高，价格也便宜。但由于经逆变后大都是方波或类方波波形，故供电质量稍差，加之市电异常时需启动逆变器由电池供电，有一定的切换时间。

    在线式UPS：又称为双变换式UPS，即从市电输入到UPS输出经过了AC／DC和DC／AC两次变换，其基本拓扑结构如图2所示。在市电正常情况下，UPS输入电压经整流、滤波等电路变成直流电压，然后经逆变器将直流电压变成负载需要的交流电压。当市电异常时，输入自动切换到蓄电池上，由蓄电池供电，经逆变器后输出交流电压给负载。此种UPS显然在电路上比后备式UPS要复杂得多，由于采用二次变换，大大改善了负载的供电质量。但其逆变器一直处于工作状态，对逆变器的可靠性和使用寿命提出了较高的要求，由此而产生在线式UPS比后备式UPS价格高很多。

    2 干扰的类型与来源

    单片机控制的UPS系统中的干扰，一般指各种外部和内部的干扰源产生的各种瞬变电信号，通过一定的途径传入到系统中，或者内部的互相干扰，对系统的正常运行造成一定程度的影响。它的干扰主要有以下几个方面：

    2．1 来自电网的干扰

    UPS作为一种经过净化处理，向负载提供高质量的电源系统，它的输入是谐波复杂的工频电源。电网中存在大量的谐波源如各种整流设备，电子电压调整设备，非线性负载及照明负载。

    2．2 交变磁场的干扰

    在大功率变压器及大电流通过的电线的周围都有较强的交变磁场。

    在UPS内部，交变磁场主要有：

    (1)逆变器产生的电磁干扰

    工作时，逆变器的功率管始终处于开关状态，为了降低其上的功率损耗，开关过渡时间不能太长，即di／dt不能太小，否则开关过热容易烧毁。但过大容易引起电路产生寄生振荡，产生的噪音干扰比如谐波电流、高频毛刺对设备不利。

    (2)高频变压器产生的干扰

    高频变压器存在漏感，在开关管由导通刚刚变为截至时，变压器原边漏感和引线电感上贮存的能量无处释放，将会给开关管等效的输出电容充电，由于这个等效电容很小，所以会冲得比较高的电压尖峰。

    此类干扰对控制系统的破坏性最强。

    2．3 不等电位干扰

    在工业生产中的用电设备，如果绝缘性能不良，会对地产生不稳定的漏电流；利用大地作为输电线的电气接地线，也会产生较大的地电流。如果在控制系统设备接地安装中，地点选择不当，漏电流或地电流会使系统中的各点存在电位差，使系统常常产生不确定的故障。

    2．4 自然干扰

    自然干扰是指大气层发生的自然现象所引起的干扰，以及来自宇宙的电磁波辐射干扰，如雷电、大气低层电场的变化、电离层变化及太阳黑子的电磁波辐射等，其中雷电干扰最为严重。雷电不仅会造成回路的强干扰，还会烧毁输入模块。■