基于电源瞬时波动对微机的影响及防护
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:247
1 电源瞬时波动形成的原因及其对微机系统的影响
1.1 电源瞬时波动形成的原因
电源瞬时波动主要是指电网电压的瞬时下跌和瞬时停电。瞬时下跌是指电网电压幅值因某种原因在某一瞬间突然降低;瞬时停电是指电网电压在某一瞬问突然完全为零。
电网电压瞬时波动的原因很多。例如,当电网遭到雷击或雷电感应时,可造成不小于0.1 s的瞬时停电,绝大多数情况可达0.3 s以上。电力输送线方面的事故也是产生电网电压瞬时波动的一个主要原因,90%的电力线事故会导致电网有5~8个周期的瞬时停电[1]。工业现场的大功率设备启动运行时形成相当大的冲击电流,该电流是正常工作电流的10~40倍,他可以引起局部电网电压的瞬时波动,有的大功率电机启动时,会导致附近电网电压瞬时下跌20%,持续30个周期之久[2]。
1.2 电源瞬时波动对微机系统的影响
电网电压的瞬时波动可直接导致系统内部电源电压的瞬时下跌,对微机系统的工作造成严重干扰,主要表现在以下几个方面[3]:
使数据采集误差加大;引入虚假状态信号,使控制状态失灵;破坏ram存储器的数据;改变pc值,使程序运行失常。
2 对电源瞬时波动干扰的防护
2.1采用快速交流稳压器
采用快速交流稳压器可输出稳定的220 v交流电,从而消除电网电压瞬时波动对微机系统工作的影响。
2.2 采用不间断电源ups
不间断电源ups能够在电源停电或下跌时,由内部逆变电源给微机供电,他能有效地防止电网的瞬时停电或电网电压的瞬时跌落。在要求较高的微机系统中,ups是必不可少的设备。
2.3 加大系统内部整流电路的平滑电容和采用后备电源
增大整流电路的平滑电容,在一定程度上可消除电网电压瞬时波动的影响。当平滑电容为470μf时,可承受o.5个周期20%下跌幅度的瞬时波动;当电容为4 700μf时,可抵抗6.5个周期100%下跌幅度的瞬时波动。
对持续时间较长的波动,只靠增大电容是不行的,这时应考虑用辅助电源。采用浮动充电方式的辅助电源的配置如图1所示。正常工作时,整流电路输出的脉动直流电源经r给电池e充电;当瞬时波动发生时,电池经二极管给系统供电,大大提高了系统抗电源波动干扰的能力。不仅如此,由于电池相当于一个性能良好的旁路电容,他对10 khz~1 mhz频率成份的噪声衰减有显著效果。
2.4 利用系统本身功能消除电源瞬时波动的影响
由于交流稳压器和ups的造价高,配置麻烦,要求不高的微机系统一般不采用上述措施,而是利用系统本身功能,采取预先检测手段,在瞬时波动还没有影响到系统工作时,使其迅速回到开机时的初始状态。
一般微机系统都有一个开机自动复位电路,他利用一个rc充电电路,使复位电平的建立迟于电源的建立,从而避免开机时cpu的工作混乱。
当电源瞬时停电时,+5 v供电因停电而很快下降,电容c通过vd放电。自动复位电路及瞬时停电时电容c的电压波形如图2所示[4]。当电容c上的电压下降到低于4.75 v后,由于仍高于复位阈值电压,并不能使cpu复位,这时ram中数据将遭到破坏。因此,只依靠简单的rc复位电路不能解决电源瞬时波动所带来的问题。
解决这种问题的方法是增加瞬时停电检测电路。图3是一个微机系统的复位信号输入电路及时序图。当uc低于电压检测值时,8211输出为低,使cpu的read-y和ce2最先为低,cpu停止工作,ram与数据总线隔开。1 ms后,复位信号变低,使系统复位。电源复位后,8211输出为高,再过100 ms复位信号变为高电平,这样可使cpu避开电源电压刚升至4.75 v后的不稳定工作区,复位信号为高后1 ms,ready和ce2变高,cpu开始正常工作。
1 电源瞬时波动形成的原因及其对微机系统的影响
1.1 电源瞬时波动形成的原因
电源瞬时波动主要是指电网电压的瞬时下跌和瞬时停电。瞬时下跌是指电网电压幅值因某种原因在某一瞬间突然降低;瞬时停电是指电网电压在某一瞬问突然完全为零。
电网电压瞬时波动的原因很多。例如,当电网遭到雷击或雷电感应时,可造成不小于0.1 s的瞬时停电,绝大多数情况可达0.3 s以上。电力输送线方面的事故也是产生电网电压瞬时波动的一个主要原因,90%的电力线事故会导致电网有5~8个周期的瞬时停电[1]。工业现场的大功率设备启动运行时形成相当大的冲击电流,该电流是正常工作电流的10~40倍,他可以引起局部电网电压的瞬时波动,有的大功率电机启动时,会导致附近电网电压瞬时下跌20%,持续30个周期之久[2]。
1.2 电源瞬时波动对微机系统的影响
电网电压的瞬时波动可直接导致系统内部电源电压的瞬时下跌,对微机系统的工作造成严重干扰,主要表现在以下几个方面[3]:
使数据采集误差加大;引入虚假状态信号,使控制状态失灵;破坏ram存储器的数据;改变pc值,使程序运行失常。
2 对电源瞬时波动干扰的防护
2.1采用快速交流稳压器
采用快速交流稳压器可输出稳定的220 v交流电,从而消除电网电压瞬时波动对微机系统工作的影响。
2.2 采用不间断电源ups
不间断电源ups能够在电源停电或下跌时,由内部逆变电源给微机供电,他能有效地防止电网的瞬时停电或电网电压的瞬时跌落。在要求较高的微机系统中,ups是必不可少的设备。
2.3 加大系统内部整流电路的平滑电容和采用后备电源
增大整流电路的平滑电容,在一定程度上可消除电网电压瞬时波动的影响。当平滑电容为470μf时,可承受o.5个周期20%下跌幅度的瞬时波动;当电容为4 700μf时,可抵抗6.5个周期100%下跌幅度的瞬时波动。
对持续时间较长的波动,只靠增大电容是不行的,这时应考虑用辅助电源。采用浮动充电方式的辅助电源的配置如图1所示。正常工作时,整流电路输出的脉动直流电源经r给电池e充电;当瞬时波动发生时,电池经二极管给系统供电,大大提高了系统抗电源波动干扰的能力。不仅如此,由于电池相当于一个性能良好的旁路电容,他对10 khz~1 mhz频率成份的噪声衰减有显著效果。
2.4 利用系统本身功能消除电源瞬时波动的影响
由于交流稳压器和ups的造价高,配置麻烦,要求不高的微机系统一般不采用上述措施,而是利用系统本身功能,采取预先检测手段,在瞬时波动还没有影响到系统工作时,使其迅速回到开机时的初始状态。
一般微机系统都有一个开机自动复位电路,他利用一个rc充电电路,使复位电平的建立迟于电源的建立,从而避免开机时cpu的工作混乱。
当电源瞬时停电时,+5 v供电因停电而很快下降,电容c通过vd放电。自动复位电路及瞬时停电时电容c的电压波形如图2所示[4]。当电容c上的电压下降到低于4.75 v后,由于仍高于复位阈值电压,并不能使cpu复位,这时ram中数据将遭到破坏。因此,只依靠简单的rc复位电路不能解决电源瞬时波动所带来的问题。
解决这种问题的方法是增加瞬时停电检测电路。图3是一个微机系统的复位信号输入电路及时序图。当uc低于电压检测值时,8211输出为低,使cpu的read-y和ce2最先为低,cpu停止工作,ram与数据总线隔开。1 ms后,复位信号变低,使系统复位。电源复位后,8211输出为高,再过100 ms复位信号变为高电平,这样可使cpu避开电源电压刚升至4.75 v后的不稳定工作区,复位信号为高后1 ms,ready和ce2变高,cpu开始正常工作。
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