工控系統(tǒng)的電源抗干擾技術分析

　　采用1∶1隔離變壓器供電是傳統(tǒng)的抗干擾措施，對電網(wǎng)尖峰脈沖干擾有很好的效果。圖4是典型的隔離變壓器原理圖。它抗干擾的原理是原邊對高頻干擾呈現(xiàn)很高的阻抗，而位于原邊、副邊繞組之間的金屬屏蔽層又阻隔了原、副邊所產(chǎn)生的分布電容，因此原邊繞組只有對屏蔽層的分布電容存在，高頻干擾通過這個分布電容而被旁路入地。

圖4 1∶1隔離變壓器屏蔽及接地方式圖 a. 單屏蔽層 b.雙屏蔽層

　　1∶1隔變效果的好壞，往往取決于屏蔽層的工藝。最好選用0.2 mm 厚的紫銅板材，原邊、副邊各加一個屏蔽層。通常，原邊的屏蔽層通過一個電容器與副邊的屏蔽層接到一起，再接到副邊的地上。也可以原邊的屏蔽層接原邊的地線，副邊的屏蔽層接副邊的地線。并且接地引線的截面積也要大一些好。1∶1隔變還有效地隔離了接地環(huán)路的共模干擾，是個好辦法，只是體積較大。

　2.3 吸收法

　　就是使用一種新型高效的器件TVS（Transient Voltage Suppressor） 吸收工業(yè)控制機電源進線上的尖峰脈沖。TVS又稱TVP，中文譯作瞬變電壓抑制器。TVP事實上是一種特殊的穩(wěn)壓二極管。當它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收一個瞬間大電流，從而把它的兩端電壓箝制在一個預定的數(shù)值上，保護了后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，其防雷效果也很好。圖5示出了它的伏-安特性曲線。TVP管和穩(wěn)壓管一樣，是反向應用的。其中VR稱為最大轉折電壓，是反向擊穿之前的臨界狀態(tài)。VB是擊穿電壓，其對應的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓，當TVP管中流過峰值電流為Ipp的大電流時，管子兩端電壓就不再上升了。因此TVP管始終把被保護的器件或設備的端口電壓限制在VB～VC的有效區(qū)內。與穩(wěn)壓管不同的是，Ipp的數(shù)值可達數(shù)百安培，箝位響應時間僅為1×10-12S。TVP最大允許脈沖功率PM=VC·Ipp。TVP管的PM分為四個檔次，即500 W、1000 W、1500 W和5000 W。圖6是TVP用于普通電源進線的原理圖。這里采用的是雙向TVP管。它對于電網(wǎng)的尖峰脈沖電壓和雷電疊加電壓等等干擾超過其額定的VC數(shù)值量，都能有效的吸收。在國外已廣泛應用于計算機、通信和儀器儀表之中。過去使用的壓敏電阻器，它的響應時間慢，通常為5×10-9S，它的使用溫度范圍窄，漏電流大，吸收電流小，并且體積也較大，因此已逐步被TVP取代。TVP的用途很多，它還可用作計算機通信口的防雷以及各種大功率器件的保護和吸收電路。還可以用作計算機直流電源的過壓保護和主機防雷保護。

圖6 TVP管電源過壓保護及尖峰抑制電路 a.常用電路 b.全保護電路

　　2.4 回避法

　　就是拉專線供電方法。對于大型動力設備集中且干擾很大的工業(yè)現(xiàn)場，應當盡量少使用現(xiàn)場工頻電源。采用非動力供電線路供電或者直接從非動力低壓變壓器“根部”拉專線供電的辦法，避開大負荷動力線，減少電網(wǎng)干擾。這個方法很有效。因為電力導線存在電阻，大量的動力設備的運行和啟停，在這個電阻上產(chǎn)生壓降而成為強烈的干擾。尤其是尖峰脈沖干擾，在動力變壓器根部明顯減小，而在非動力變壓器的低壓輸出根部，幾乎不存在。這在很多工業(yè)現(xiàn)場都很實用。

　　2.5 其它方法

　　采用電源凈化器、鐵磁諧振交流穩(wěn)壓器、在線式UPS 等抗尖峰脈沖干擾效果都很好，只是體積大，價格貴。

　　3 工業(yè)控制機直流電源過壓、欠壓保護技術

　　前述的大量的抗干擾措施，都是在進入直流電源前的處理措施。工業(yè)控制機成年累月地運行，其直流電源本身也會受到干擾或者出故障，或者負載發(fā)生短路等等。這些都會使工業(yè)控制機出錯造成事故。直流電源出故障的主要特征是輸出電壓不穩(wěn)定、欠壓或者掉電，而輸出過壓相對較少。直流電源的不穩(wěn)定實際是反復的欠壓過程，它直接干擾CPU或者外設接口的正常工作。而過壓可能造成工業(yè)控制機的損壞。