基于单片机控制的UPS抗干扰技术

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。
2．5 温度、湿度及腐蚀性介质对可靠性的影响
不同档次的元器件都有其特定的工作温度范围，使用时应以各厂家的资料为准，根据情况选用高一档次的产品。
环境潮湿或含有腐蚀性气体，会对元器件及线路板造成较大影响。如果系统长期工作在这种环境中，会使印制电路板腐蚀，造成断路，使接插件和IC插座氧化、锈蚀，造成接触不良，影响系统的可靠性；因此，应尽量保持环境干燥，并尽量少用接插件及IC插座，采用直接焊接的方法互连；各种连接器应采用镀金或其他防腐处理的接插件。

3 系统的抗干扰措施
为了提高UPS的抗干扰能力，主要从两个方面入手，即从硬件和软件分别考虑：既要去除或者降低干扰源的干扰能力，又要提高系统本身的抗干扰能力。
3．1 硬件抗干扰
(1)交流进线滤波器
为了满足有关的电磁干扰(EMI)标准，防止UPS产生的噪音进入电网，或者防止电网的噪声进入UPS电源内部，干扰系统的正常工作，必须在不间断电源的输入端施加EMI滤波器。该滤波器能同时抑制共模和差模干扰信号。
(2)启动浪涌电流抑制电路
开启电源时，由于UPS的整流电路会给滤波电容充电，会产生很大的浪涌电流，其大小取决于启动时的交流电压的相位和输入滤波器的阻抗。抑制启动浪涌电流的最简单的方法是在整流桥的直流侧和滤波电容之间串联具有负温度系数的热敏电阻。启动时电阻处于冷态，呈现较大的的电阻，从而抑制启动电流。启动后，电阻温度升高，阻值降低，以保证电源有较高的效率。对于大功率的电路，将上述热敏电阻换成普通电阻，同时在电阻两端并联晶闸管开关，电源启动时晶闸管开关关断，由电阻限制启动浪涌电流，当滤波电容的充电完成后，触发晶闸管，使之导通，达到短路限流电阻的目的。