剩余電流保護器單片機系統的抗干擾設計

圖（1）

該剩余電流保護器采用P87LPC767單片機，剩余電流的采樣檢測、計算、顯示、動作判據、保護動作的執行等重要工作都由單片機完成，單片機系統本身的抗干擾能力直接決定整個保護器的抗干擾能力。而單片機本身的時鐘信號、復位電路、中斷信號、取樣信號等又容易受到電磁干擾的影響，消除或抑制電磁干擾信號對單片機的影響十分重要。

具體從以下幾個方面進行設計：

單片機工作電源和系統其他電路電源分開設計，避免其他電路對單片機工作電源產生影響，單片機工作電源設計留有足夠的余量，防止電源的波動影響單片機工作。在設計PCB板時，在單片機電源引腳接電容和瞬態電壓抑制器(TVS)，如圖2所示。100μF電解電容存儲的能量在電源波動時(降低)釋放出來，保持電源穩定；0．1μF的高頻電容可以吸收電源上的高頻干擾；TVS吸收瞬態浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，保持單片機工作電源穩定。復位電路采用P87LPC767單片機內部上電復位電路，避免干擾信號對復位電路的直接影響，只要單片機工作電源穩定，將不會出現誤復位引起的誤動作。中斷和其他I／O口電容進行濾波，減少干擾的影響。系統軟件設計上，啟用P87LPC767內部的看門狗，防止PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，進入“死循環”。在程序存儲空間的非程序區設置軟件陷阱，當由于干擾使操作系統失控而進入非程序區時，將引導指令轉向專門對程序出錯進行處理的程序，使程序納入正軌。

由于閃電、接地故障或切換電感性設備而引起的信號參數產生瞬時擾動，產生的高頻干擾信號主要是通過系統進線電源進入系統內部。檢測這方面的抗干擾能力，主要是通過“電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗”驗證。根據低壓電器產品試驗標準要求，試驗時在供電輸入端疊加頻率為2500Hz，幅度4000V的群脈沖，分別進行相線、地線的差模、共模，正極性、負極性試驗，每項試驗時間均為1min，群脈沖的波形如圖3所示。如果在“電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗”過程中保護器不產生誤動作，則這方面的抗干擾能力就是合格的。

圖（3）

本系統利用“采樣監測”法對電源上的高頻干擾進行監測，給出相應的標志，由軟件程序進行相應的處理，避免保護器誤動作。詳細原理如下：為保證剩余電流測量的實時性，該保護器采用數字采樣法測量剩余電流，將剩余電流信號轉換為圖4所示的波形，送給P87LPC767單片機內部的A／D進行采樣測量。