工控系統的電源抗干擾技術分析

　　最常用的欠壓保護措施，是采用電源監視IC電路監視直流電壓的輸出。當其低過某個限定值時，監視電路將持續產生復位信號使CPU 和外設接口處于復位狀態，避免其不正常操作而帶來的事故。當電源恢復其輸出為正常值時，該電路經過一個規定的延遲時間后撤消復位信號，從而保證了工業控制機的正常工作。一個采用最新的電源監視IC的電路原理圖示于圖7。在圖中，IMP809專門產生低電平有效的復位信號。如果μC或者μP的復位引腳是雙向的，或者內部具有Watchdog Timer電路，例如68HC11，8098、80198系列等等，要在IMP809的RESET引腳上串聯一個4.7 kΩ的電阻。此時，電路如圖7b示。IMP809的復位輸出與電源電壓的時序關系如圖7c所示。如果CPU的復位信號是高電平有效時，可以選用具有高電平RESET輸出的IMP810，它在電路中的連接與圖7相同。IMP809/810都采用3腳SOT23型封裝，即只有米粒大小的表面安裝元件。如果工業控制機還需要一個手動復位電路的話，可以按照圖8結構電源監視電路。圖中的IMP811具有手動復位輸入引腳MR（Manual Reset ）。當CPU需要高電平復位信號時，選用IMP812電路就行了。IMP811/812采用4腳SOT143型封裝。圖8b是它們的引腳圖。　

圖7 電源監視IC電路及時序圖? a.一般用法b.具有雙向RESET引腳時的用法? c.時序圖d.引腳圖

　　IMP809/810、811/812是美國IMP公司的產品。是美國Maxim 公司MAX809/810、811/812的改進型替代產品。它們的功耗更低，性能更好。 并且有六種監視電壓門限，供3～5 V供電系統選用。表3列出了器件的分檔后綴及其監視電壓門限。

表3 IMP809/810/811/812電壓

圖9 直流過壓保護電路

　　3.2 直流電源的過壓保護技術

直流電源輸出過電壓故障較少，但過電壓具有破壞性。最有效的過壓保護措施是使用2.3節的TVP瞬態電壓抑制器件。它不但可以吸收電源因雷擊或者干擾造成的過電壓尖峰脈沖，而且對電源出現過壓故障也有很好的保護。圖9是使用TVP管構成的電源過壓保護電路。當電源發生過壓故障時，TVP管被擊穿而將電壓箝位于TVP管的VC以內，從而保護了控制裝置。 只是當電壓持續過壓時燒毀保險絲，而抑制電源線上的尖峰干擾通常不會燒毀保險絲，也不干擾計算機正常運行。

　　4 交流掉電保護

　　交流掉電也是一個可能發生的故障，它也可能導致某些控制事故，即使是使用了UPS。因為UPS有時候也會發生故障。因此，如果能預知交流掉電的發生，并及時把所有的執行機構控制到安全的位置或者狀態上，將會避免一些損失。同時，也把重要的數據或運行狀態保存起來，這在某些系統里是非常必要的，因為重新運行需要這些數據。

　　一個實用的掉電檢測電路如圖10所示。220 V交流電流經橋式整流后驅動光電隔離管T1（TLP521）中的發光二極管發光，并使T1的光電三極管導通，給電容C1充電。C1上的電壓經過R2，Rw分壓后送到比較器U1（LM393）正極性輸入端。當交流電正常工作時，調節電位器Rw使U1的“+”輸入端的電壓比“-”輸入端（穩壓管Dz的值）略高0.2 V左右，則U1輸出高電平，觸發器不翻轉，其Q端輸出高電平。當交流掉電時，C1不能被充電其電壓將很快下降。于是，比較器U1輸出低電平，觸發RS觸發器U2翻轉，產生非屏蔽中斷申請信號。如果在非屏蔽中斷服務程序中，把有危險的控制機構調到其安全的位置，并且保存當前運行的重要數據和寄存器的狀態，這就完成了掉電處理。通常，由于直流開關電源具有較大的輸入電容器，因此從檢測到交流掉電起，到直流失電計算機不能工作時為止，還有10 ms以上的時間，足夠完成掉電處理操作。

圖10 交流掉電檢測電路

　　5 結束語

　　電源抗干擾措施是由工控系統開發者操作的項目，應用恰當與否取決于開發者的實踐經驗和對現場的深刻認識。電源抗干擾措施是控制系統的基礎建設，首先做好它是成功的保證。