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UPS不間斷電源的電磁兼容設計解決方案

發(fā)布時間： 2016-07-27 11:23:45 關注量：1465

UPS不間斷電源電磁兼容的問題必須在產品的開發(fā)階段解決。針對UPS的產品特點，UPS的電磁兼容主要包含以下幾個部分：電源的輸入、輸出傳導干擾;電源的輻射騷擾;UPS的抗干擾特性。下面逐項闡述達到相關標準要求的設計方法。
     1 輸入、輸出傳導干擾的抑制
     針對傳導騷擾，可以從三個方面來考慮：干擾源、傳導途徑和直接的騷擾抑制。
     1.1 干擾源的消除和降低：
    在UPS中有整流的AC/DC變換，有SPWM逆變的DC/AC逆變器，有PFC的高頻變換電路，有DC/DC變換的回路，這些都是UPS內重要的騷擾源，尤其是其中的變壓器、電感、高頻電流回路，因此，合理地設計相應變壓器和電感的參數(shù)、加工工藝和在整機中的布局將可能大幅度降低它們的騷擾強度，合理地設高頻電流的PCB、布線也可以改善UPS的騷擾；對于功率變換器中的驅動電路，可以在不影響效率和內阻的情況下加大驅動電阻，增加開關電源的上升、下降沿時間，從而減少電壓、電流的高頻諧波含量。
     1.2 傳導途徑的抑制：
    由于所有的傳導干擾只有通過適當?shù)目臻g和導體途徑才可能作用到UPS的輸入、輸出電源端子，因此，盡量減少傳遞的途徑也是減低UPS 不間斷電源騷擾的有效方法。例如，將所有的干擾源安裝在離輸入、輸出端子較遠的位置，輸入、輸出的電源線不從干擾源附近走線，在干擾源的進出位置加強抑制處理，通過屏蔽手段將干擾源和其它部分進行空間隔離，電源的輸入、輸出等分別在整機的相對較遠位置等。
     1.3 直接的騷擾抑制：
    對于采用上述方法后仍然無法符合標準要求的情況，直接在輸入、輸出回路采用相應的EMI濾波器件，如電感、高頻電容、專用濾波器等將可以再次有效壓低UPS整機對外的傳導干擾，實踐表明，只要適當加大濾波器的相關參數(shù)和衰減的DB值，一般都可以將UPS的傳導騷擾壓低到標準的限值以內。當然，濾波器的安裝必須越靠近輸入、輸出電源端子越好，因為即使是多幾厘米長的接線也會增大干擾，插座式的濾波器將是最為理想的選擇。另外，在濾波器中的電容或外加的EMI濾波電容最好是無感的，以增強濾波效果。
     2 整機輻射干擾的抑制
     對于UPS不間斷電源的輻射干擾，主要有兩種方法：輻射源的強度抑制和輻射途徑的處理。
     2.1 輻射源的抑制：
    在UPS中，輻射源的輻射強度抑制方法基本同傳導的處理相同，因為干擾源本身即有傳導騷擾又有輻射騷擾;另外，對于輻射騷擾，對輻射源采取適當?shù)钠帘未胧⒖墒钟行У亟档洼椛涓蓴_的電平和能量。
     2.2 輻射途徑的處理：
    整機外殼的等電位設計：根據(jù)電磁場原理，一個接地良好理想密閉的金屬六面殼體的內外電磁場不存在相互干擾，因此UPS的外殼一般應作成金屬的，且各個面之間應良好連接，保證為一個等電勢體，這樣即可十分有效減弱UPS對外的輻射干擾。一般對于電磁兼容要求嚴格的場合，UPS的殼體不宜采用塑料制作。
     2.3 進出UPS殼體連線的處理：
    由于UPS必須有輸入、輸出電源端子、電池擴展端子等連線進出UPS的外殼，因此這些線的防騷擾處理將十分重要，直接影響到測試的結果能否符合標準要求。一般在這些線上適當?shù)丶有└哳l磁環(huán)和高頻電容就會有很好的效果。
     3 UPS的抗干擾設計
     UPS的抗干擾主要體現(xiàn)在控制電路的抗擾性，從電路的性質可分為模擬電路的抗干擾和數(shù)字電路的抗干擾兩個方面。良好的抗擾性是保證 UPS正常運行的條件，因此，在UPS的控制回路的設計初期就必須將控制電路的抗擾性考慮進去，否則，遇到外界騷擾時整套的控制方案將可能全部推翻。
     3.1 模擬電路的抗干擾：
    對于開環(huán)的模擬控制，一般針對可能出現(xiàn)干擾的部位適當加入一定的RC電路將騷擾消除;對于閉環(huán)的模擬控制，除了采用RC外，還必須對閉環(huán)的放大倍數(shù)的頻率特性進行適當?shù)恼{整，確保干擾信號加入時不會對環(huán)路產生惡果。
    對于功率部分的電路，減短所有的連線、加入假負載、減小功率驅動的回路等都可以有效增強功率電路的抗干擾能力。
    3.2 數(shù)字電路的抗干擾：
    對于數(shù)字控制電路，其抗擾性對UPS的可靠性十分重要，因為目前幾乎所有的UPS控制都有采用到數(shù)字控制的單片機，抗擾性差的系統(tǒng)將可能導致UPS的停機或損壞。
     數(shù)字電路電源的有效濾波是數(shù)字電路不受干擾的基本保證;所有的I/O口應有適當?shù)腞C處理;控制電路應盡量遠離功率部分;適當?shù)碾姶牌帘未胧?良好的PCB布局設計等都可以有效避免數(shù)字系統(tǒng)受到外界干擾。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學物聯(lián)網(wǎng)學院教授、碩士生導師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質量控制的研究和教學工作，發(fā)表學術論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進步獎、江蘇省教學成果獎、無錫市科技進步獎，多項發(fā)明專利，主編本科教材；被評為無錫市優(yōu)秀教師、市級先進個人。是中國自動化學會會員、江蘇省電工協(xié)會自動控制系統(tǒng)專委會委員、無錫市自動化學會理事、無錫市電機工程學會理事。

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