P87LPC767單片機設計剩余電流保護器EMC設計

EMC是指設備或系統在其電磁環(huán)境中能工作且不對該環(huán)境中任何物體構成不能承受的電磁騷擾的能力。剩余電流保護器作為電網(wǎng)末端供電線(xiàn)路保護裝置(400V以下)，必須滿(mǎn)足。EMC國家標準GB/T17626.5—1999要求，取得3C認證，才能投入電網(wǎng)運行。圖1為用P87LPC767單片機設計的智能型剩余電流保護器系統框圖，在電路設計、軟件設計、PCB板設計等方面同步考慮其EMC設計。剩余電流保護器是一種低壓電器設備，內部沒(méi)有大功率的高頻電路，電磁輻射微弱，它產(chǎn)生的電磁騷擾對其他設備影響很小，這方面不是EMC設計的重點(diǎn)。剩余電流保護器EMC設計的重點(diǎn)是其在受到其他設備產(chǎn)生的電磁干擾時(shí)能保持穩定工作的能力，也即抗干擾能力。剩余電流保護器受到的干擾主要來(lái)自電網(wǎng)本身，主要有線(xiàn)路突然斷路或雷電瞬變過(guò)壓引起的單極性浪涌(沖擊)，以及由于閃電、接地故障或切換電感性設備而引起的信號參數產(chǎn)生瞬時(shí)擾動(dòng)，這兩方面是EMC設計的重點(diǎn)，也是設計的難點(diǎn)。下文從多個(gè)方面介紹該智能型剩余電流保護器的EMC設計方法。

圖1：智能型剩余電流保護器系統框圖

單片機系統的抗干擾設計

該剩余電流保護器采用P87LPC767單片機，剩余電流的采樣檢測、計算、顯示、動(dòng)作判據、保護動(dòng)作的執行等重要工作都由單片機完成，單片機系統本身的抗干擾能力直接決定整個(gè)保護器的抗干擾能力。而單片機本身的時(shí)鐘信號、復位電路、中斷信號、取樣信號等又容易受到電磁干擾的影響，消除或抑制電磁干擾信號對單片機的影響十分重要。

具體從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設計：

單片機工作電源和系統其他電路電源分開(kāi)設計，避免其他電路對單片機工作電源產(chǎn)生影響，單片機工作電源設計留有足夠的余量，防止電源的波動(dòng)影響單片機工作。在設計PCB板時(shí)，在單片機電源引腳接電容和瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)，如圖2所示。100 μF電解電容存儲的能量在電源波動(dòng)時(shí)(降低)釋放出來(lái)，保持電源穩定;0.1μF的高頻電容可以吸收電源上的高頻干擾；TVS吸收瞬態(tài)浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預定值，保持單片機工作電源穩定。

圖2：?jiǎn)纹瑱C電源引腳設計

復位電路采用P87LPC767單片機內部上電復位電路，避免干擾信號對復位電路的直接影響，只要單片機工作電源穩定，將不會(huì )出現誤復位引起的誤動(dòng)作。中斷和其他I/O口電容進(jìn)行濾波，減少干擾的影響。

系統軟件設計上，啟用P87LPC767內部的看門(mén)狗，防止PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，進(jìn)入“死循環(huán)”。在程序存儲空間的非程序區設置軟件陷阱，當由于干擾使操作系統失控而進(jìn)入非程序區時(shí)，將引導指令轉向專(zhuān)門(mén)對程序出錯進(jìn)行處理的程序，使程序納入正軌。系統高頻干擾的消除——“采樣監測”法

由于閃電、接地故障或切換電感性設備而引起的信號參數產(chǎn)生瞬時(shí)擾動(dòng)，產(chǎn)生的高頻干擾信號主要是通過(guò)系統進(jìn)線(xiàn)電源進(jìn)入系統內部。檢測這方面的抗干擾能力，主要是通過(guò)“電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗”驗證。根據低壓電器產(chǎn)品試驗標準要求，試驗時(shí)在供電輸入端疊加頻率為2500Hz，幅度4000V的群脈沖，分別進(jìn)行相線(xiàn)、地線(xiàn)的差模、共模，正極性、負極性試驗，每項試驗時(shí)間均為1min，群脈沖的波形如圖3所示。如果在“電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗”過(guò)程中保護器不產(chǎn)生誤動(dòng)作，則這方面的抗干擾能力就是合格的。

圖3：電快速瞬變群脈沖試驗波形

本系統利用“采樣監測”法對電源上的高頻干擾進(jìn)行監測，給出相應的標志，由軟件程序進(jìn)行相應的處理，避免保護器誤動(dòng)作。詳細原理如下：

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