中心議題：

• 開關(guān)電源的干擾源和抗干擾措施

解決方案：

• 在電路布局上優(yōu)化布局
• 合理接地
• 采用適當(dāng)?shù)碾娐犯綦x方式

單片機(jī)的開關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部電壓和電流波形都以非常短的時(shí)間上升和下降，所以開關(guān)電源本身就是一個(gè)射頻干擾產(chǎn)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可以分為尖鋒干擾和諧波干擾；若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，開關(guān)電路框圖如圖1。

1　開關(guān)電源的主要干擾

1.1 一次整流回路的干擾

開關(guān)電源中的主要噪聲干擾之一是由二極管斷開時(shí)的反向恢復(fù)現(xiàn)象引起的，一次整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過，它受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失前的一段時(shí)間，電流會(huì)反向流動(dòng)，從而導(dǎo)致很大的電流變化。即一次整流回路的干擾。

1.2 開關(guān)回路的干擾

電源工作時(shí)，開關(guān)處于高頻通斷狀態(tài)，在高頻電流環(huán)路中，可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射噪聲。

1.3 二次整流回路的干擾

電源工作時(shí)，整流二極管處于高頻通斷狀態(tài)，由脈沖變壓器、整流二極管以及濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路，可能向空間輻射噪聲。

1.4 控制回路的干擾

控制回路中的脈沖控制信號是主要的干擾源。

1.5 分布電容引起的噪聲干擾

2　抗干擾措施

降低干擾是開關(guān)電源穩(wěn)定工作的前提，其主要方法如下。

2.1 在電路設(shè)計(jì)上要優(yōu)化布局

對于開關(guān)電路來說，合理的布局可以對電路中產(chǎn)生的輻射噪聲加以抑制。

2.1.1 元器件布局時(shí)的抗干擾措施

（1）根據(jù)印制板的安裝方式，將散熱元器件如功率開關(guān)器件、穩(wěn)壓器、變壓器等安裝在印制板的上方，以利于散熱；熱敏元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離散熱元件。
（2）在高頻電路中，盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾；盡量減小由高頻脈沖電流所包圍的面積。
（3）輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。
（4）在雙面印制板設(shè)計(jì)中，適當(dāng)加入濾波電容，以便減小電源線阻抗，縮小電流環(huán)路，使電路工作更加穩(wěn)定可靠。
（5）盡量減少環(huán)路面積。這是減少輻射噪聲的重要途徑，為此，要求開關(guān)電源的元件彼此間緊密排列。
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如圖2為環(huán)路面積較大的開關(guān)電路，圖3為環(huán)路面積較小的開關(guān)電路。


2.1.2 印制板（PCB）布線抗干擾的措施

印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)不僅與布局有關(guān)，而且與布線也有相當(dāng)大的關(guān)系。布線的原則如下：
（1）相鄰電路之間走線盡量避免平行；若平行走線無法避免，則應(yīng)在平行信號線之間加一條起屏蔽作用的地線，且盡量加大平行信號線間距，以降低兩線之間電磁干擾。
（2）控制回路與輸出回路分開，采用單點(diǎn)接地方式。
（3）根據(jù)PCB板電流的大小，盡量加粗電源線、接地線，減少環(huán)路阻抗；同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這有助于增強(qiáng)抗噪聲能力；對于密度很高的PCB板，采用多層板；在雙面板設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該在電源線和地線之間留出一定的空間，以便安裝高頻特性好的去耦電容。
（4）印制線不要突然拐角，以免發(fā)生反饋耦合。
（5）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

2.2 合理接地

電源系統(tǒng)的接地包括公共參考接地和安全及抗干擾接地。在電路設(shè)計(jì)中，要盡量減小接地回路中的公共電阻，且應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”原則。如果形成多點(diǎn)接地，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，從而在磁力線穿過回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲。通常利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，將接地的各部分就近接到該參考地上。

2.2.1 接地過程應(yīng)遵循的規(guī)則

（1）交流電源地與直流電源地分開。一般情況下交流電源的零線是接地的，且該零線上往往存在很多干擾，如果交流電源地與直流電源地不分開，將對直流電源和直流電路的正常工作產(chǎn)生影響。通常采用“浮地技術(shù)”將交流電源地與直流電源地分開，這樣可以隔離來自交流電源地線的干擾。
（2）功率地與弱電地分開。功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。

2.2.2 為減小地線干擾，在元件及PCB布線上應(yīng)采取的措施

（1）盡可能縮短元件的引腳長度或者選用貼片元件，以減小元件分布電感的影響。
（2）在電源端盡可能靠近器件接入濾波電容，以縮短開關(guān)電流的流通途徑。
（3）PCB板布局時(shí)，高頻數(shù)字信號線要用短線，同時(shí)電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。
（4）PCB板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

2.3　采用適當(dāng)?shù)碾娐犯綦x方式

開關(guān)電源包括兩部分，變換部分與控制部分。

一般的變換部分是主要的電磁干擾源，而控制部分是被干擾對象。為了使電氣設(shè)備可靠地運(yùn)行，抗干擾問題的實(shí)質(zhì)是解決電氣設(shè)備的電磁兼容問題。隔離技術(shù)是電磁兼容性中的重要技術(shù)之一。在開關(guān)電源中，電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離等。隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。在采用了電路隔離的措施以后，絕大多數(shù)電路都能夠取得良好的抑制噪聲效果。

2.3.1 利用耦合變壓器進(jìn)行隔離

耦合變壓器只能傳輸交流信號，不能傳輸直流信號。因此對地線的低頻干擾具有較好的抑制能力，并且電路單元間傳輸?shù)男盘栯娏髦荒茉谧儔浩骼@組中流過，不流經(jīng)地線，也可以避免對其他電路的干擾。
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2.3.2 使用脈沖變壓器隔離

圖4　光電耦合器電路脈沖變壓器的匝數(shù)較少，而且一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁心的兩側(cè)，它的分布電容很小，僅為幾個(gè)皮法，可作為脈沖信號的隔離元件。脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時(shí)，不傳遞直流分量，因而在微電子技術(shù)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3.3 采用光電耦合器

進(jìn)行隔離（圖4）編譯，編譯后，還必須對單片機(jī)的熔絲位進(jìn)行合理配置，才能利用AVRStudio調(diào)用WinAVR編譯生成的Coff文件進(jìn)行調(diào)試。最后，生成的hex文件即可直接下載到芯片中運(yùn)行。此外，程序燒錄完畢后，可通過AVRStudio4燒錄鎖存位進(jìn)行加密。

操作器軟件工作流程如圖5所示。

3  結(jié)語

該操作器的工作電源由門機(jī)變頻器的主控制板的DC穩(wěn)壓模塊供給，系統(tǒng)掉電后的一段時(shí)間里，由于變頻器儲(chǔ)能模塊的存在，使得操作器仍然可以比較從容的保存重要的參數(shù)信息。此外，工作穩(wěn)定可靠，使用簡單方便，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，使得它具備良好的商業(yè)應(yīng)用前景。