机电一体化系统的抗干扰设计

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1、6.3提高系统抗电源干扰能力的方法6.2干扰源6.1电磁干扰形成的条件第6章机电一体化系统的抗干扰设计6.6过程通道抗干扰措施6.5几种接地技术6.4电场与磁场干扰耦合的抑制6.7模拟信号的线性光耦隔离6.9软件抗干扰技术6.8空间干扰的抑制6.10铁氧体插损器6.1电磁干扰形成的条件电磁干扰的两种传输途径：辐射耦合途径，传导耦合途径。电磁干扰的存在必须具备三个条件：(1)电磁干扰源；(2)电磁干扰传播途径；(3)电磁干扰敏感体。由于系统通过电网、空间与周围环境发生了联系而受到干扰。若系统抵御不住干扰的冲击，各电气功能模块将不能进行正常的工作。微机系统往往会因

2、干扰产生程序“跑飞”，传感器模块将会输出伪信号，功率驱动模块将会输出畸变驱动信号，使执行机构动作失常，凡此种种，最终导致系统产生故障，甚至瘫痪。因此，系统设计除功能设计、优化设汁外，另一项重要任务是要完成系统的抗干扰设计。6.2干扰源为了提高机电一体此系统抗干扰性能，首先须弄清干扰源。从干扰窜入系统的渠道来看，系统所受到的干扰源分为供电干扰、过程通道干扰、场干扰等。图6-1机电一体化系统的干扰源第1章机电一体化系统设计绪论6.2.1供电干扰大功率设备(特别是大感性负载的启停)会造成电网的严重污染，使得电网电压大幅度地涨落、浪涌，电网电压的欠压或过压常常超过额定

3、电压的±15%以上，这种状况有时长达几分钟、几小时、甚至几天。由于大功率开关的通断，电动机的启停等原因，电网上常常出现几百伏、甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。由于我国采用高压(220V)高内阻电网，电网污染严重，尽管系统采用了稳压措施。但电网噪声仍会通过整流电路串入微机系统。据统计，电源的投入、瞬时短路、久压、过压、电网窜入的噪声引起CPU误动作及数据丢失占各种干扰的90%以上。第1章机电一体化系统设计绪论6.2.2过程通道干扰通道干扰主要来源于长线传输(传输线长短的定义是相对于CPU的晶振频率而定的，当频率为lMHz时，传输线长度大于0.5m，频率为4MHz时，传

4、输线长度大于0.3m时。视其为长传输线)。当系统中有电气设备漏电，接地系统不完善，或者传感器测量部件绝缘不好等，都会在通道中直接串入很高的共模电压或差模电压；各通道的传输线如果处于同一根电缆中或捆扎在一起，各路间会通过分布电感或分布电容产生相互间的干扰。尤其是将0～15V的信号线与交流220V的电源线同处于一根长达几百米的管道内，其干扰相当严重。第1章机电一体化系统设计绪论6.2.3场干扰系统周围的空间总存在着磁场、电磁场、电场，如太阳及天体辐射电磁波；广播、电话、通讯发射台的电磁波；周围中频设备(如中频炉。晶闸管变送电源、微波炉等)发出的电磁辐射等。这些场干

5、扰会通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作，使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号。6.3提高系统抗电源干扰能力的方法6.3.1配电方案中的抗干扰措施抑制电源干扰首先从配电系统的设计上采取措施。图6-2中的交流稳压器用来保证系统供电的稳定性，阻止电网供电的过压或欠压。交图6-3低通滤波器内部电路图6-4电源变压器的隔离措施直流稳压电源：常规线性直流稳压电源、开关稳压电源。开关电源的振荡频率近10OkHz，其滤波以高频滤波为主，对尖脉冲有良好的抑制作用。开关电源对来自电网干扰的抑制能力较强，在工业控制微机中已被广泛地采用。高频干扰是通过电源变压器的初级与次级间

6、寄生耦合电容串入系统，在电源变压器的初级线圈和次级线圈间加静电屏蔽层，C3把耦合电容分隔成C2，C1，使耦合电容隔离，断开高频干扰信号，能有效地抑制共模干扰。电容和电感组成的低通滤波器对于20kHz以上的干扰抑制能力较好。6.3.2利用电源监视电路抗电源干扰在系统配电方案中实施抗干扰措施是必不可少的，但这些措施仍难抵御微秒级的干扰脉冲及瞬态掉电，特别是后者属于恶性干扰，可能产生严重的事故。电源监视电路的设计是抗电源干扰的一个有效方法。目前市场提供的电源监视集成电路，一般具有如下的功能:(1)监视电源电压瞬时短路、瞬间降压和微秒级干扰脉冲及掉电；(2)及时输出供

7、CPU接受的复位信号及中断信号；6.3.3用Watchdog抗电源于扰在Watchdog的实现中，定时器时钟输入端CLK由系统时钟提供，其控制端接CPU，定时器总在一定的时间间隔内被CPU刷新一次，因而不会产出溢出信号，当系统因干扰产生程序“跑飞”或进入死循环后，定时器因未能被及时刷新而产生溢出，使系统重新初始化，而从头开始运行。6.4电场与磁场干扰耦合的抑制6.4.1电场与磁场干扰耦合的特点电磁干扰特性：（1）接收特性。根据天线理论，电缆本身就是一条高效率的接收天线，它能够接收到空间的电磁波干扰，并且还能将干扰能量传递给系统中的电子电路或电子设备中，造成敏感

8、性的干扰影响。（2）辐射特性。根据天线