系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 抗干擾問題是現(xiàn)代電路設(shè)計中一個很重要的環(huán)節(jié),它直接反映了整個系統(tǒng)的性能和工作的可靠性。在飛輪儲能系統(tǒng)的電力電子控制中,由于其高壓和低壓控制信號同時并存,而且功率晶體管的瞬時開關(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)計的一個重要環(huán)節(jié)。形成干擾的主要原因有如下幾點:
1)干擾源,是指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)各或信號,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,指容易被干擾的對象,如微控制器、存貯器、A/D轉(zhuǎn)換、弱信號處理電路等。
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線的傳導、電磁感應、靜電感應和空間的輻射。
抗干擾設(shè)計的基本任務是系統(tǒng)或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動作或喪失功能,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)計一般遵循下列三個原則: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;加強受擾設(shè)各抵抗電磁干擾的能力,降低噪聲敏感度。目前,對系統(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。飛輪儲能系統(tǒng)的逆變電路高達20kHz的載波信號決定了它會產(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,它們會對設(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電子設(shè)各運行產(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,使其誤動作:另一類是該裝置本身由于高頻載波產(chǎn)生的噪聲,它對周圍電子、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力線和信號線的布線方式,控制信號用的信號線必須選用屏蔽線,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離噪聲源、信號線采取數(shù)字濾波和屏蔽線接地。
噪聲的衰減技術(shù)有如下幾點:
①電線噪聲的衰減的方法: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配線噪聲輻射衰減,可采取金屬導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噪聲很敏感,則應把該裝置裝入金屬箱內(nèi)屏蔽起來。
對于模擬電路干擾的抑制,由于電路中有要測量的電流、電壓等模擬量,其輸出信號都是微弱的模擬量信號,極易受干擾影響,在傳輸線附近有強磁場時,信號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,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。
而數(shù)字電路常見的干擾有電源噪聲、地線噪聲、串擾、反射和靜電放電噪聲。為抑制噪聲,應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方面采取措施:
、俳狱c抖動干擾的抑制;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;避免信號線與動力線、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。
③認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)字電路應分開,大電流地應單獨引至接地點,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)計等措施使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行。特別地,當儲能飛輪處于某一工作狀態(tài)的時間較長時,在主循環(huán)中應不斷地檢測狀態(tài),重復執(zhí)行相應的操作,也是增強可靠性的一個方法。
。2)電路板設(shè)計 由于DSP控制器工作頻率較高,即使電路原理圖設(shè)計正確,若印制電路板設(shè)計不當,也會對DSP控制器的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,在設(shè)計DSP控制器印制電路板時,應注意采用正確的方法。
1)地線設(shè)計。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控制器同時集成了數(shù)字電路和模擬電路,設(shè)計電路板時,應使它們盡量分開,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,負載的變化會引起電源噪聲。例