不間斷電源（UPS）的電磁兼容設(shè)計(jì)——不間斷電源（UPS）的電磁兼容設(shè)計(jì)

1、    不間斷電源（UPS）的電磁兼容設(shè)計(jì)不間斷電源（UPS）的電磁兼容設(shè)計(jì)    不間斷電源（UPS）的電磁兼容設(shè)計(jì)不間斷電源（UPS）的電磁兼容設(shè)計(jì)    類別：電源技術(shù)      一、UPS的電磁兼容特性隨著人類對(duì)電磁波的不斷開發(fā)和利用，人們?cè)絹碓阶⒁獾诫姶挪ㄔ谠旄Ｈ祟惖耐瑫r(shí)，也存在著危害的一面，因而，近年來在發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)都相繼規(guī)定了相關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，也出現(xiàn)了很多國際著名的電磁兼容認(rèn)證機(jī)構(gòu)，例如，銷售到歐

2、洲的電子產(chǎn)品必須通過CE認(rèn)證，美國則要求通過FCC認(rèn)證，中國目前逐步要求通過CEMC認(rèn)證等。作為信息時(shí)代IT產(chǎn)品電源保護(hù)的不間斷電源（UPS），它是集自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)為一體的高功率密度的電源產(chǎn)品，本身既是一個(gè)大的電磁波發(fā)射源，可能對(duì)周圍的環(huán)境和設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，同時(shí)自身的控制系統(tǒng)又可能受到周圍電磁環(huán)境干擾，使UPS工作故障甚至損壞。所以，高質(zhì)量的UPS必須具有良好的電磁兼容特性。二、與UPS電磁兼容相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求針對(duì)UPS的電磁兼容特性，目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有國際無線電干擾特別委員會(huì)的CISPR22-1997信息設(shè)備的無線電騷擾的測(cè)量方法和限值和CISPR-24-1997信息設(shè)備的抗

3、擾度測(cè)量方法和限值，歐洲的EN50091-2（1995）UPS的EMC要求，我國與CISPR標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的有GB9254-1998信息設(shè)備的無線電騷擾的測(cè)量方法和限值和GB/T17618-1998信息設(shè)備抗擾度限值和測(cè)量方法。雖然標(biāo)準(zhǔn)不同，但是它們都是以CISPR為依據(jù)的，因此標(biāo)準(zhǔn)的基本限值是相同的，對(duì)UPS主要的要求具體如下：1、輸入電源端子的傳導(dǎo)騷擾限值表1為國標(biāo)和CISPR標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，限值沒有考慮UPS的容量，有明顯不合理的地方；而在歐標(biāo)EN59001-2中則按UPS的功率容量區(qū)分為兩種限值，即25A電流以下的和25A以上的限值不同，相對(duì)比較合理。對(duì)于輻射騷擾限值，也存在相同的情況，下面2中的

4、限值也是國標(biāo)和CISPR的要求。2、輻射騷擾限值（10m）(表2)如果采用3m法測(cè)試，則根據(jù)相關(guān)公式可知，上述數(shù)值全部加上10。3、其它相關(guān)要求電池端騷擾：對(duì)于UPS的電池端騷擾，可以將它當(dāng)作UPS系統(tǒng)的組成部分，所有UPS的測(cè)試指標(biāo)是基于UPS系統(tǒng)的，因此可以不單獨(dú)考慮；通訊接口騷擾：對(duì)于UPS的通訊接口騷擾，一般與強(qiáng)電信號(hào)無直接關(guān)系，較易符合相關(guān)要求，這里就沒有給出具體的限值；詳細(xì)要求可以查找相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。輸出電源端騷擾：對(duì)于UPS的輸出電源端子的傳導(dǎo)騷擾，目前的國標(biāo)和CISPR標(biāo)準(zhǔn)沒有給出很明確的要求，通常做法是采用輸入電源端子的騷擾限值，但測(cè)試方法有些差異；而在歐洲標(biāo)準(zhǔn)中，則明確規(guī)定為輸

5、入電源端子的限值加上14dB，相對(duì)松一些?？箶_度要求：對(duì)于UPS設(shè)備的機(jī)箱端口、信號(hào)端口、電信端口、電源輸入端口等還必須進(jìn)行相關(guān)的抗擾度實(shí)驗(yàn)，包括電磁場(chǎng)干擾實(shí)驗(yàn)、靜電放電實(shí)驗(yàn)、浪涌沖擊實(shí)驗(yàn)、電快速瞬變脈沖實(shí)驗(yàn)等；與上述的各種UPS對(duì)外騷擾不同，UPS的抗擾度體現(xiàn)UPS在各種電磁干擾環(huán)境下正常工作的能力，出現(xiàn)問題時(shí)直接表現(xiàn)為UPS工作故障，用戶容易發(fā)現(xiàn)問題，因此是UPS廠家比較重視的可靠性問題；從目前UPS的市場(chǎng)上觀察，絕大多數(shù)的UPS在該方面的符合性較好些。三、UPS的電磁兼容符合性設(shè)計(jì)根據(jù)多年來人們對(duì)電磁兼容的研究和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)表明，假定在產(chǎn)品開發(fā)階段解決電磁兼容問題的費(fèi)用為1，則在型號(hào)研制階

6、段解決需要的費(fèi)用可能為10，到批量生產(chǎn)時(shí)解決需要的費(fèi)用可能達(dá)100，到現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)解決需要的費(fèi)用可能上千倍或者無法解決。因此，UPS電磁兼容的問題必須在產(chǎn)品的開發(fā)階段解決。針對(duì)UPS的產(chǎn)品特點(diǎn)，UPS的電磁兼容主要包含以下幾個(gè)部分：電源的輸入、輸出傳導(dǎo)干擾；電源的輻射騷擾；UPS的抗干擾特性。下面逐項(xiàng)闡述達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)方法。1、輸入、輸出傳導(dǎo)干擾的抑制針對(duì)傳導(dǎo)騷擾，可以從三個(gè)方面來考慮：干擾源、傳導(dǎo)途徑和直接的騷擾抑制。A、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(nèi)重要的騷擾源，

7、尤其是其中的變壓器、電感、高頻電流回路，因此，合理地設(shè)計(jì)相應(yīng)變壓器和電感的參數(shù)、加工工藝和在整機(jī)中的布局將可能大幅度降低它們的騷擾強(qiáng)度，合理地設(shè)計(jì)高頻電流的PCB、布線也可以改善UPS的騷擾；對(duì)于功率變換器中的驅(qū)動(dòng)電路，可以在不影響效率和內(nèi)阻的情況下加大驅(qū)動(dòng)電阻，增加開關(guān)電源的上升、下降沿時(shí)間，從而減少電壓、電流的高頻諧波含量。B、傳導(dǎo)途徑的抑制：由于所有的傳導(dǎo)干擾只有通過適當(dāng)?shù)目臻g和導(dǎo)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(yuǎn)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(jìn)出位置

8、加強(qiáng)抑制處理，通過屏蔽手段將干擾源和其它部分進(jìn)行空間隔離，電源的輸入、輸出等分別在整機(jī)的相對(duì)較遠(yuǎn)位置等。C、直接的騷擾抑制：對(duì)于采用上述方法后仍然無法符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況，直接在輸入、輸出回路采用相應(yīng)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(jī)對(duì)外的傳導(dǎo)干擾，實(shí)踐表明，只要適當(dāng)加大濾波器的相關(guān)參數(shù)和衰減的DB值，一般都可以將UPS的傳導(dǎo)騷擾壓低到標(biāo)準(zhǔn)的限值以內(nèi)。當(dāng)然，濾波器的安裝必須越靠近輸入、輸出電源端子越好，因?yàn)榧词故嵌鄮桌迕组L的接線也會(huì)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(qiáng)濾波效果。2、整

9、機(jī)輻射干擾的抑制對(duì)于UPS的輻射干擾，主要有兩種方法：輻射源的強(qiáng)度抑制和輻射途徑的處理。A、輻射源的抑制：在UPS中，輻射源的輻射強(qiáng)度抑制方法基本同傳導(dǎo)的處理相同，因?yàn)楦蓴_源本身即有傳導(dǎo)騷擾又有輻射騷擾；另外，對(duì)于輻射騷擾，對(duì)輻射源采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧⒖墒钟行У亟档洼椛涓蓴_的電平和能量。B、輻射途徑的處理:整機(jī)外殼的等電位設(shè)計(jì)：根據(jù)電磁場(chǎng)原理，一個(gè)接地良好理想密閉的金屬六面殼體的內(nèi)外電磁場(chǎng)不存在相互干擾，因此UPS的外殼一般應(yīng)作成金屬的，且各個(gè)面之間應(yīng)良好連接，保證為一個(gè)等電勢(shì)體，這樣即可十分有效減弱UPS對(duì)外的輻射干擾。一般對(duì)于電磁兼容要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，UPS的殼體不宜采用塑料制作。進(jìn)出UP

10、S殼體連線的處理：由于UPS必須有輸入、輸出電源端子、電池?cái)U(kuò)展端子等連線進(jìn)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(cè)試的結(jié)果能否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。一般在這些線上適當(dāng)?shù)丶有└哳l磁環(huán)和高頻電容就會(huì)有很好的效果。3、UPS的抗干擾設(shè)計(jì)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(zhì)可分為模擬電路的抗干擾和數(shù)字電路的抗干擾兩個(gè)方面。良好的抗擾性是保證UPS正常運(yùn)行的條件，因此，在UPS的控制回路的設(shè)計(jì)初期就必須將控制電路的抗擾性考慮進(jìn)去，否則，遇到外界騷擾時(shí)整套的控制方案將可能全部推翻。A、模擬電路的抗干擾：對(duì)于開環(huán)的模擬控制，一般針對(duì)可能出現(xiàn)干擾的部位適當(dāng)加入一定的RC電路將騷

11、擾消除；對(duì)于閉環(huán)的模擬控制，除了采用RC外，還必須對(duì)閉環(huán)的放大倍數(shù)的頻率特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保干擾信號(hào)加入時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)路產(chǎn)生惡果。對(duì)于功率部分的電路，減短所有的連線、加入假負(fù)載、減小功率驅(qū)動(dòng)的回路等都可以有效增強(qiáng)功率電路的抗干擾能力。B、數(shù)字電路的抗干擾：對(duì)于數(shù)字控制電路，其抗擾性對(duì)UPS的可靠性十分重要，因?yàn)槟壳皫缀跛械腢PS控制都有采用到數(shù)字控制的單片機(jī)，抗擾性差的系統(tǒng)將可能導(dǎo)致UPS的停機(jī)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(yīng)有適當(dāng)?shù)腞C處理；控制電路應(yīng)盡量遠(yuǎn)離功率部分；適當(dāng)?shù)碾姶牌帘未胧涣己玫腜CB布局設(shè)計(jì)等都可以有效避免數(shù)字系統(tǒng)受到外界干擾。應(yīng)明確指出的是，對(duì)于UPS閉環(huán)的穩(wěn)壓、同步控制，控制模型的抗干擾性和軟件濾波處理方法在系統(tǒng)建模時(shí)就必須有充分合理的考慮，并在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)做完整實(shí)驗(yàn)。四、結(jié)束語由上述的討論可知，UPS電磁兼容特性極為重要，且只有在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)早期采取有效的預(yù)防措施，才有可能以較低成本使UPS的電磁兼容特性符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。擾特性。下面逐項(xiàng)闡述達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)方法。1、輸入、輸出傳導(dǎo)干擾的抑制針對(duì)傳導(dǎo)騷擾，可以從三個(gè)方面來考慮：干擾源、傳導(dǎo)途徑和直接的騷擾抑制。A、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