基于單片機控制的UPS抗干擾技術

1．2 基本工作原理
后備式UPS：當市電在規定電壓范圍內正常供電時，輸入電壓經自動電壓調節環節稍許濾波，排除一些干擾后，直接輸出供給負載。而當市電異常，超出規定范圍時，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，其基本拓撲結構如圖1所示。此種UPS的優點是可靠性較高，結構相對較簡單，效率較高，價格也便宜。但由于經逆變后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：又稱為雙變換式UPS，即從市電輸入到UPS輸出經過了AC／DC和DC／AC兩次變換，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，然后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要復雜得多，由于采用二次變換，大大改善了負載的供電質量。但其逆變器一直處于工作狀態，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系統中的干擾，一般指各種外部和內部的干擾源產生的各種瞬變電信號，通過一定的途徑傳入到系統中，或者內部的互相干擾，對系統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 來自電網的干擾
UPS作為一種經過凈化處理，向負載提供高質量的電源系統，它的輸入是諧波復雜的工頻電源。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內部，交變磁場主要有：
(1)逆變器產生的電磁干擾
工作時，逆變器的功率管始終處于開關狀態，為了降低其上的功率損耗，開關過渡時間不能太長，即di／dt不能太小，否則開關過熱容易燒毀。但過大容易引起電路產生寄生振蕩，產生的噪音干擾比如諧波電流、高頻毛刺對設備不利。
(2)高頻變壓器產生的干擾
高頻變壓器存在漏感，在開關管由導通剛剛變為截至時，變壓器原邊漏感和引線電感上貯存的能量無處釋放，將會給開關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的破壞性最強。
2．3 不等電位干擾
在工業生產中的用電設備，如果絕緣性能不良，會對地產生不穩定的漏電流；利用大地作為輸電線的電氣接地線，也會產生較大的地電流。如果在控制系統設備接地安裝中，地點選擇不當，漏電流或地電流會使系統中的各點存在電位差，使系統常常產生不確定的故障。
2．4 自然干擾
自然干擾是指大氣層發生的自然現象所引起的干擾，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，使用時應以各廠家的資料為準，根據情況選用高一檔次的產品。
環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。如果系統長期工作在這種環境中，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，影響系統的可靠性；因此，應盡量保持環境干燥，并盡量少用接插件及IC插座，采用直接焊接的方法互連；各種連接器應采用鍍金或其他防腐處理的接插件。

3 系統的抗干擾措施
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
為了滿足有關的電磁干擾(EMI)標準，防止UPS產生的噪音進入電網，或者防止電網的噪聲進入UPS電源內部，干擾系統的正常工作，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和濾波電容之間串聯具有負溫度系數的熱敏電阻。啟動時電阻處于冷態，呈現較大的的電阻，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晶閘管開關，電源啟動時晶閘管開關關斷，由電阻限制啟動浪涌電流，當濾波電容的充電完成后，觸發晶閘管，使之導通，達到短路限流電阻的目的。