UPS不间断电源的电磁兼容性设计

 

根据多年来人们对电磁兼容的研究和实践的经验表明，假定在产品开发阶段解决电磁兼容问题的费用为1，则在型号研制阶段解决需要的费用可能为10，到批量生产时解决需要的费用可能达100，到现场安装时解决需要的费用可能上千倍或者无法解决。因此，UPS不间断电源电磁兼容的问题必须在产品的开发阶段解决。

针对UPS的产品特点，UPS的电磁兼容主要包含以下几个部分：电源的输入、输出传导干扰；电源的辐射骚扰；UPS的抗干扰特性。下面逐项阐述达到相关标准要求的设计方法。

1、输入、输出传导干扰的抑制
针对传导骚扰，可以从三个方面来考虑：干扰源、传导途径和直接的骚扰抑制。

A、干扰源的消除和降低：在UPS中有整流的AC/DC变换，有SPWM逆变的DC/AC逆变器，有PFC的高频变换电路，有DC/DC变换的回路，这些都是UPS内重要的骚扰源，尤其是其中的变压器、电感、高频电流回路，因此，合理地设计相应变压器和电感的参数、加工工艺和在整机中的布局将可能大幅度降低它们的骚扰强度，合理地设高频电流的PCB、布线也可以改善UPS的骚扰；对于功率变换器中的驱动电路，可以在不影响效率和内阻的情况下加大驱动电阻，增加开关电源的上升、下降沿时间，从而减少电压、电流的高频谐波含量。

B、传导途径的抑制：由于所有的传导干扰只有通过适当的空间和导体途径才可能作用到UPS的输入、输出电源端子，因此，尽量减少传递的途径也是减低UPS 不间断电源骚扰的有效方法。例如，将所有的干扰源安装在离输入、输出端子较远的位置，输入、输出的电源线不从干扰源附近走线，在干扰源的进出位置加强抑制处理，通过屏蔽手段将干扰源和其它部分进行空间隔离，电源的输入、输出等分别在整机的相对较远位置等。

C、直接的骚扰抑制：对于采用上述方法后仍然无法符合标准要求的情况，直接在输入、输出回路采用相应的EMI滤波器件，如电感、高频电容、专用滤波器等将可以再次有效压低UPS整机对外的传导干扰，实践表明，只要适当加大滤波器的相关参数和衰减的DB值，一般都可以将UPS的传导骚扰压低到标准的限值以内。当然，滤波器的安装必须越靠近输入、输出电源端子越好，因为即使是多几厘米长的接线也会增大干扰，插座式的滤波器将是最为理想的选择。另外，在滤波器中的电容或外加的EMI滤波电容最好是无感的，以增强滤波效果。

2、整机辐射干扰的抑制
对于UPS的辐射干扰，主要有两种方法：辐射源的强度抑制和辐射途径的处理。

A、辐射源的抑制：在UPS中，辐射源的辐射强度抑制方法基本同传导的处理相同，因为干扰源本身即有传导骚扰又有辐射骚扰；另外，对于辐射骚扰，对辐射源采取适当的屏蔽措施将可十分有效地降低辐射干扰的电平和能量。

B、辐射途径的处理:整机外壳的等电位设计：根据电磁场原理，一个接地良好理想密闭的金属六面壳体的内外电磁场不存在相互干扰，因此UPS的外壳一般应作成金属的，且各个面之间应良好连接，保证为一个等电势体，这样即可十分有效减弱UPS对外的辐射干扰。一般对于电磁兼容要求严格的场合，UPS的壳体不宜采用塑料制作。

进出UPS壳体连线的处理：由于UPS必须有输入、输出电源端子、电池扩展端子等连线进出UPS的外壳，因此这些线的防骚扰处理将十分重要，直接影响到测试的结果能否符合标准要求。一般在这些线上适当地加些高频磁环和高频电容就会有很好的效果。

3、UPS的抗干扰设计
UPS的抗干扰主要体现在控制电路的抗扰性，从电路的性质可分为模拟电路的抗干扰和数字电路的抗干扰两个方面。良好的抗扰性是保证 UPS正常运行的条件，因此，在UPS的控制回路的设计初期就必须将控制电路的抗扰性考虑进去，否则，遇到外界骚扰时整套的控制方案将可能全部推翻。

A、模拟电路的抗干扰：
对于开环的模拟控制，一般针对可能出现干扰的部位适当加入一定的RC电路将骚扰消除；对于闭环的模拟控制，除了采用RC外，还必须对闭环的放大倍数的频率特性进行适当的调整，确保干扰信号加入时不会对环路产生恶果。

对于功率部分的电路，减短所有的连线、加入假负载、减小功率驱动的回路等都可以有效增强功率电路的抗干扰能力。

B、数字电路的抗干扰：
对于数字控制电路，其抗扰性对UPS的可靠性十分重要，因为目前几乎所有的UPS控制都有采用到数字控制的单片机，抗扰性差的系统将可能导致UPS的停机或损坏。

数字电路电源的有效滤波是数字电路不受干扰的基本保证；所有的I/O口应有适当的RC处理；控制电路应尽量远离功率部分；适当的电磁屏蔽措施；良好的PCB布局设计等都可以有效避免数字系统受到外界干扰。

应明确指出的是，对于UPS不间断电源闭环的稳压、同步控制，控制模型的抗干扰性和软件滤波处理方法在系统建模时就必须有充分合理的考虑，并在系统调试时做完整实验。