基于單片機(jī)的智能型剩余電流保護(hù)器的EMC設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)利用“采樣監(jiān)測”法對電源上的高頻干擾進(jìn)行監(jiān)測，給出相應(yīng)的標(biāo)志，由軟件程序進(jìn)行相應(yīng)的處理，避免保護(hù)器誤動(dòng)作。詳細(xì)原理如下：

　　為保證剩余電流測量的實(shí)時(shí)性，該保護(hù)器采用數(shù)字采樣法測量剩余電流，將剩余電流信號轉(zhuǎn)換為圖4所示的波形，送給P87LPC767單片機(jī)內(nèi)部的A/D進(jìn)行采樣測量。

　　圖4:剩余電流采樣波形

　　數(shù)字采樣方法具有數(shù)字濾波效果，對信號的通道干擾有抑制作用。設(shè)定每個(gè)周期采樣100個(gè)點(diǎn)，由定時(shí)器T0產(chǎn)生采樣時(shí)間間隔。將系統(tǒng)某相進(jìn)線電源（如A相） 信號經(jīng)過降壓、整形電路如圖5所示，轉(zhuǎn)換為方波信號。作為單片機(jī)中斷0的觸發(fā)信號，在正常情況下電源信號的頻率為50Hz左右，在兩次中斷期間，對剩余電流的采樣次數(shù)為100次。

　　當(dāng)電源有高頻干擾信號時(shí)，轉(zhuǎn)換的方波信號也同步受到干擾，頻率也疊加有高頻脈沖，將對中斷產(chǎn)生影響，兩次中斷觸發(fā)的時(shí)間縮短，則兩次中斷期間對剩余電流的采樣次數(shù)也將小于100次。利用單片機(jī)中斷對剩余電流采樣過程的監(jiān)測，可以判斷出系統(tǒng)是否受到高頻干擾，采取相應(yīng)的軟件處理可以避免保護(hù)器的誤動(dòng)作。

　　圖5:A相電源降壓、整形電路

　　系統(tǒng)主程序通過對bgrc1進(jìn)行判斷，如果有效進(jìn)行干擾軟件處理，無效則采用測量過程沒有受到電源的高頻干擾，進(jìn)行正常的計(jì)算處理。

　　4 其他抗干擾措施

　　斷路或雷電瞬變過壓引起的單極性浪涌，也是保護(hù)器電磁兼容設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在電源線的火線和零線間加入氧化鋅壓敏電阻，當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓低于標(biāo)稱電壓時(shí)，其電阻幾乎無窮大，稍超過額定值后，電阻值便急劇下降，反應(yīng)時(shí)間為ns級。壓敏電阻可以使浪涌干擾大幅衰減，減小對其他電路的影響。

　　在設(shè)計(jì)剩余電流保護(hù)器PCB板時(shí)，綜合考慮各種可能影響保護(hù)器性能的因素，提高PCB對干擾的抑制能力。強(qiáng)電電路集中線路板邊緣一端，并與弱電部分保持適當(dāng)距離。模擬信號處理電路和數(shù)字處理電路分離，由于采用單片機(jī)內(nèi)部的A/D,兩者不能做到完全分離，布線時(shí)使模擬地和數(shù)字地只在一點(diǎn)共地。系統(tǒng)電源線和地線加粗，空白的地方覆銅，采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，作為數(shù)字地的一部分，減小模擬信號對數(shù)字處理電路的干擾。單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘電路盡可能靠近芯片引腳，并與其他器件和PCB走線保持適當(dāng)空間，減少高頻輻射對系統(tǒng)的影響。

　　5 結(jié)束

　　由于采取的硬件、軟件措施正確有效，該保護(hù)器順利通過了產(chǎn)品型式試驗(yàn)，取得3C認(rèn)證，運(yùn)行可靠，沒有出現(xiàn)誤動(dòng)作。采用單片機(jī)的中斷，監(jiān)測系統(tǒng)的電源干擾，繼而監(jiān)測交流信號的采樣過程。實(shí)踐證明，通過軟件和硬件的配合，是消除交流采樣系統(tǒng)高頻干擾的有效方法。