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UPS電源在電磁兼容符合性問題的解決方案
  • 根據多年來人們對電磁兼容的研究和實踐的經驗表明,假定在產品開發階段解決電磁兼容問題的費用為1

      
      根據多年來人們對電磁兼容的研究和實踐的經驗表明,假定在產品開發階段解決電磁兼容問題的費用為1,則在型號研制階段解決需要的費用可能為10,到批量生產時解決需要的費用可能達100,到現場安裝時解決需要的費用可能上千倍或者無法解決。因此,UPS電源電磁兼容的問題必須在產品的開發階段解決。
      針對UPS電源的產品特點,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*;電源的輻射騷擾;UPS的抗*特性。下面逐項闡述達到相關標準要求的設計方法。
      1、輸入、輸出傳導的抑制
      針對傳導騷擾,可以從三個方面來考慮:*源、傳導途徑和直接的騷擾抑制。
      A、*源的消除和降低:在UPS電源中有整流的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、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,合理地設計高頻電流的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。
      B、傳導途徑的抑制:由于所有的傳導*只有通過適當的空間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*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*源附近走線,在*源的進出位置加強抑制處理,通過屏蔽手段將*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。
      C、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*,實踐表明,只要適當加大濾波器的相關參數和衰減的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*,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*的抑制
      對于UPS電源的輻射*,主要有兩種方法:輻射源的強度抑制和輻射途徑的處理。
      A、輻射源的抑制:在UPS中,輻射源的輻射強度抑制方法基本同傳導的處理相同,因為*源本身即有傳導騷擾又有輻射騷擾;另外,對于輻射騷擾,對輻射源采取適當的屏蔽措施將可十分有效地降低輻射*的電平和能量。
      B、輻射途徑的處理:整機外殼的等電位設計:根據電磁場原理,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*,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*。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。
      進出UPS電源殼體連線的處理: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地加些高頻磁環和高頻電容就會有很好的效果。
      3、UPS的抗*設計
      UPS的抗*主要體現在控制電路的抗擾性,從電路的性質可分為模擬電路的抗*和數字電路的抗*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。
      A、模擬電路的抗*:
      對于開環的模擬控制,一般針對可能出現*的部位適當加入一定的RC電路將騷擾消除;對于閉環的模擬控制,除了采用RC外,還必須對閉環的放大倍數的頻率特性進行適當的調整,確保*信號加入時不會對環路產生惡果。
      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*能力。
      B、數字電路的抗*:
      對于數字控制電路,其抗擾性對UPS的可靠性十分重要,因為目前幾乎所有的UPS控制都有采用到數字控制的單片機,抗擾性差的系統將可能導致UPS的停機或損壞。
      數字電路電源的有效濾波是數字電路不受*的基本保證;所有的I/O口應有適當的RC處理;控制電路應盡量遠離功率部分;適當的電磁屏蔽措施;良好的PCB布局設計等都可以有效避免數字系統受到外界*。
      應明確指出的是,對于UPS電源閉環的穩壓、同步控制,控制模型的抗*性和軟件濾波處理方法在系統建模時就必須有充分合理的考慮,并在系統調試時做完整實驗。

    編輯:Andly

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