系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 抗干擾問題是現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié),它直接反映了整個(gè)系統(tǒng)的性能和工作的可靠性。在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力電子控制中,由于其高壓和低壓控制信號(hào)同時(shí)并存,而且功率晶體管的瞬時(shí)開關(guān)也產(chǎn)生很大的電磁干擾,因此提高系統(tǒng)的抗干擾能力也是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。形成干擾的主要原因有如下幾點(diǎn):
1)干擾源,是指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)各或信號(hào),用數(shù)字語言描述是指du/dt、di/dt大的地方。干擾按其來源可分為外部干擾和內(nèi)部干擾:外部干擾是指那些與儀表的結(jié)構(gòu)無關(guān),由使用條件和外界環(huán)境因素決定的干擾,如雷電、交流供電、電機(jī)等;內(nèi)部干擾是由儀表結(jié)構(gòu)布局及生產(chǎn)工藝決定的,如多點(diǎn)接地選成的電位差引起的干擾、寄生振蕩引起的干擾、尖峰或振鈴噪聲引起的干擾等。
2)敏感器件,指容易被干擾的對(duì)象,如微控制器、存貯器、A/D轉(zhuǎn)換、弱信號(hào)處理電路等。
3)傳播路徑,是干擾從干擾源到敏感器件傳播的媒介,典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)和空間的輻射。
抗干擾設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是系統(tǒng)或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動(dòng)作或喪失功能,也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾,以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作。其設(shè)計(jì)一般遵循下列三個(gè)原則:抑制噪聲源,直接消除干擾產(chǎn)生的原因;切斷電磁干擾的傳播途徑,或者提高傳遞途徑對(duì)電磁干擾的衰減作用,以消除噪聲源和受擾設(shè)各之間的噪聲耦合;加強(qiáng)受擾設(shè)各抵抗電磁干擾的能力,降低噪聲敏感度。目前,對(duì)系統(tǒng)的采用的抗干擾技術(shù)主要有硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。
1)硬件抗干擾技術(shù)的設(shè)計(jì)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的逆變電路高達(dá)20kHz的載波信號(hào)決定了它會(huì)產(chǎn)生噪聲,這樣系統(tǒng)中電力電子裝置所產(chǎn)生的噪聲和諧波問題就成為主要的干擾,它們會(huì)對(duì)設(shè)備和附近的儀表產(chǎn)生影響,影響的程度與其控制系統(tǒng)和設(shè)各的抗干擾能力、接線環(huán)境、安裝距離及接地方法等因素有關(guān)。
轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的PWM信號(hào)是以高速通斷DC電壓來控制輸出電壓波形的。急劇的上升或下降的輸出電壓波包含許多高頻分量,這些高頻分量就是產(chǎn)生噪聲的根源。雖然噪聲和諧波都對(duì)電子設(shè)各運(yùn)行產(chǎn)生不良影響,但是兩者還是有區(qū)別的:諧波通常是指50次以下的高頻分量,頻率為2~3kHz;而噪聲卻為10kHz甚至更高的高頻分量。噪聲一般要分為兩大類:一類是由外部侵入到飛輪電池的電力電子裝置,使其誤動(dòng)作:另一類是該裝置本身由于高頻載波產(chǎn)生的噪聲,它對(duì)周圍電子、電信設(shè)各產(chǎn)生不良影響。
減低噪聲影響的一般辦法有改善動(dòng)力線和信號(hào)線的布線方式,控制信號(hào)用的信號(hào)線必須選用屏蔽線,屏蔽線外皮接地。為防止外部噪聲侵入,可以采取以下的措施:使該電力電子裝置遠(yuǎn)離噪聲源、信號(hào)線采取數(shù)字濾波和屏蔽線接地。
噪聲的衰減技術(shù)有如下幾點(diǎn):
、匐娋噪聲的衰減的方法:在交流輸入端接入無線電噪聲濾波器;在電源輸入端和逆變器輸出端接入線噪聲濾波器,該濾波器可由鐵心線圈構(gòu)成;將無線電噪聲濾波器和線噪聲濾波器聯(lián)合使用;在電源側(cè)接人LC濾波器。
、谀孀兤髦岭姍C(jī)配線噪聲輻射衰減,可采取金屬導(dǎo)線管和金屬箱通過接地來切斷噪聲輻射。
③飛輪電力電子裝置的輻射噪聲的衰減,通常其噪聲輻射是很小的,但是如果周圍的儀器對(duì)噪聲很敏感,則應(yīng)把該裝置裝入金屬箱內(nèi)屏蔽起來。
對(duì)于模擬電路干擾的抑制,由于電路中有要測(cè)量的電流、電壓等模擬量,其輸出信號(hào)都是微弱的模擬量信號(hào),極易受干擾影響,在傳輸線附近有強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),信號(hào)線將有較大的交流噪聲?梢酝ㄟ^在放大器的輸入、輸出之間并聯(lián)一個(gè)電容,在輸入端接入有源低通濾波器來有效地抑制交流噪聲。此外,在A/D變換時(shí),數(shù)字地線和模擬電路地線分開,在輸入端加入箝位二極管,防止異常過壓信號(hào)。
而數(shù)字電路常見的干擾有電源噪聲、地線噪聲、串?dāng)_、反射和靜電放電噪聲。為抑制噪聲,應(yīng)注意輸入與輸出線路的隔離,線路的選擇、配線、器件的布局等問題。輸入信號(hào)的處理是抗干擾的重要環(huán)節(jié),大量的干擾都是從此侵入的,一般可以從以下幾個(gè)方面采取措施:
、俳狱c(diǎn)抖動(dòng)干擾的抑制;多余的連接線路要盡量短,盡量用相互絞合的屏蔽線作輸入線,以減少連線產(chǎn)生的雜散電容和電感;避免信號(hào)線與動(dòng)力線、數(shù)據(jù)線與脈沖線接近。
、诓捎霉怆姼綦x技術(shù),并且在隔離器件上加RC電路濾波。
、壅J(rèn)真妥善處理好接地問題,如模擬電路地與數(shù)字電路地要分開,印制板上模擬電路與數(shù)字電路應(yīng)分開,大電流地應(yīng)單獨(dú)引至接地點(diǎn),印制板地線形成網(wǎng)格要足夠?qū)挼取?/FONT>
2)軟件抗干擾技術(shù)。除了硬件上要采取一系列的抗干擾措施外,在軟件上也要采取數(shù)字濾波、設(shè)置軟件陷阱、利用看門狗程序冗余設(shè)計(jì)等措施使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。特別地,當(dāng)儲(chǔ)能飛輪處于某一工作狀態(tài)的時(shí)間較長時(shí),在主循環(huán)中應(yīng)不斷地檢測(cè)狀態(tài),重復(fù)執(zhí)行相應(yīng)的操作,也是增強(qiáng)可靠性的一個(gè)方法。
。2)電路板設(shè)計(jì) 由于DSP控制器工作頻率較高,即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確,若印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),也會(huì)對(duì)DSP控制器的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近,則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,在設(shè)計(jì)DSP控制器印制電路板時(shí),應(yīng)注意采用正確的方法。
1)地線設(shè)計(jì)。在DSP電路中,接地是控制干擾的重要方法,如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用,可解決大部分干擾問題。在一塊電路板上,DSP控制器同時(shí)集成了數(shù)字電路和模擬電路,設(shè)計(jì)電路板時(shí),應(yīng)使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。盡量加粗接地線,同時(shí)將接地線構(gòu)成閉環(huán)路。
2)配置去耦電容。在直流電源回路中,負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。例