计算机控制系统电源与供电系统的抗干扰措施

2015-4-11 08:08| 编辑:电工学习网| 查看: 9660| 评论: 0

　　计算机控制系统的电源与供电系统，是整个系统的非常重要的一环，可以说解决了电源干扰问题，则抗干扰问题就解决了一大半。以下介绍几种常用的电源抗干扰技术，这些措施可以单独使用，也可同时采用其中几种措施。
　　1. 远离干扰源
　　所谓远离干扰源，就是采取有效措施避开干扰源。最有效的办法是使系统的电源线远离带有大功率感性负载的动力线；有条件的地方要拉专用的交流电源；必要时可以采用“干净”的照明线路电源为系统供电。
　　2. 安装电源低通滤波器
　　由于雷电、电气设备的开关、大型电力设备的启停、大功率移相控制设备等在电网上造成的噪声，以及电网欠压或过压等，均在系统的稳压电源的输入端形成共模或常模噪声。对这一类噪声，通常采用集中参数的低通滤波器来实现抗干扰，图1是一种典型的电源低通滤波器。另外，当噪声较强时，由于电感发生磁饱和会导致抗干扰失败，为此常在电源进入电源低通滤波器之前加设由一捆近50m长的双绞线组成的分布参数噪声衰减器，以保证低通滤波器的电感工作在非饱和区。
　　

　　　　　　　　　　　　　图1 电源低通滤波器
　　3. 采取变压器屏蔽和分路供电措施
　　系统的电源变压器绕组采取屏蔽措施后，初次级间的耦合电容可以大大减少，从而可以有效地抑制从电网侧进入系统的噪声。变压器的屏蔽层应接地，其中初级绕组的屏蔽层与交流“地”相接，次级绕组的屏蔽层和中间隔离层都与直流侧的工作“地”相连。由于计算机系统是“弱”信号系统，为防止其受“强电”部分影响，应使为计算机系统供电的变压器和向灯泡、继电器等供电的变压器分开，如图2所示。
　　

　　　　　　　　　　　　图2 变压器屏蔽和分路供电
　　4. 采取措施拓宽对电网波动的适应能力
　　针对电网交流电压的波动，可在直流稳压电源前采用交流稳压器或选用电网调节范围大的直流稳压电源，大多数的计算机设备都应配有交流稳压装置；对于电网半周以内的欠压，可以通过增大直流稳压电路的输出电解电容而使其有较长的输出电压保持时间的方法来解决。
　　5. 使用压敏电阻和均衡器
　　均衡器是按频谱均衡原理设计的，它可将尖峰电压的集中能量分配到不同的频段上去，从而减弱其破坏性。如国产的干扰抑制器就是一种均衡器，将其按图3所示串接在交流电源的进线中，就可以得到很满意的效果。另外，对电网的高频短暂过电压，也可采用在交流进线处并联压敏电阻予以吸收。
　　

　　　　　　　　图3 压敏电阻和均衡器使用
　　6. 直流侧去耦措施
　　抑制直流侧的电源干扰，除了选用稳压性能好、纹波小的稳压电源外，还要克服因脉冲电路运行而引起的交叉干扰。主要使用去耦法，即在各主要的集成电路芯片的电源输入端与地之间，或在印刷电路板电源布线的一些关键点与地之间，接入一个1～10μF的电解电容；同时为滤除高频干扰，可再并联一个0.01μF左右的小电容。
　　7. 供电系统应合理配线和布线
　　在计算机系统中，电源的引入线和输出线的布线方法以及公共线均应采取一定的措施，以提高抗干扰能力。
　　(1) 从电源进线到电源的布线原则：电源应放在距电源引进口很近的地方；从电源引进口、经过开关器件和低通滤波器、直到电源的配线应尽量使用粗导线。
　　(2) 电源输出至系统用电设备的导线的布线原则：均应采用双绞线，扭绞的螺距要小，如果导线较粗而无法扭绞时，应把布线距离缩到最短程度；交流线（指低通滤波器到稳压电源装置的连线）、直流稳压电源线、逻辑信号线、模拟信号线、灯泡和继电器等感性负载驱动线以及非稳压的直流线均应分开布线，避免引线过长或相互交叉；尽量采用前述的分路供电措施，以避免由于某一负载变化引起的压降或浪涌影响其他负载，如果电源装置的公共线不可避免，则应把公共线加粗以降低阻抗。
　　8. 电柜接地和公共接地的处理
　　地线是侵入噪声的主要渠道，通常应采用汇流排或粗导线，电柜接地线与公共接地线应分开走线。此外，变压器屏蔽端子及铁芯的静电屏蔽层、产生噪声的线路（如电源线）所用屏蔽导线的屏蔽层、低通滤波器的外壳罩、各组成单元柜、外部设备等，均应用金属编织线可靠接地。电柜接地和公共接地之间应保证交流电位差为零，否则可作如下处理：若两者之间允许直接连接，可将两者于某一处可靠接地；若两者不允许直接连接，则可将两者用1～10μF的电容器连接起来。具体接地处理方法可见图4有关部分。
　　9. 尖峰脉冲干扰的综合防治
　　如前所述，计算机控制系统在工业现场运行时，其所受干扰的来源是多方面的，除电网电压的过压、欠压以及浪涌外，对系统运行危害最严重的首推是电网的尖峰脉冲干扰，这种尖峰干扰常使计算机“飞程序”或“死机”。
　　

　　　　　图4 电网正弦波上的尖峰干扰
　　尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，如图4所示，其幅度可达几千伏，宽度只有几个毫微秒或几个微秒，出现的位置也无规律，因此采用常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理办法：
　　(1)“远离”干扰源。
　　(2) 用硬件设备抑制尖峰干扰的影响
　　尽管采用“远离”方法，可以尽量避开尖峰干扰，但要想全部将其消灭掉是不可能的。为此，必须加上第二道屏障，对串入计算机控制系统交流电源馈线的尖峰干扰进行抑制。目前，较常用的抑制方法有三种：在交流电源的输入端并联压敏电阻；采用铁磁共振原理，如采用超级隔离变压器；在交流电源输入端串入均衡器。 (3) 在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生
　　除掉对已发生的干扰采取相应措施予以处理外，还应积极考虑防止和减少干扰的产生，比较有效的方法是对现场恶性尖峰干扰源（如大功率感性用电设备）的开关采用过零型开关。由于控制电平撤除时过零型开关并不立即断开，而是要等到电流降至低于维持电流（几毫安到几百毫安水平）以下时才关断，这样感性负载产生的反电动势大为降低，从而消除了尖峰干扰的产生。
　　(4)采用“看门狗”(Watchdog)技术
　　当采用上述办法仍然不能阻挡尖峰干扰的侵入时，针对典型的过程控制软件一般具有定时循环结构的特点，可以采用Watchdog（俗称“看门狗”）技术来消除“漏网”的尖峰脉冲的影响。

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