不間斷電源（UPS）的電磁兼容設計

    一、UPS的電磁兼容特性

    隨著人類對電磁波的不斷開發(fā)和利用，人們越來越注意到電磁波在造福人類的同時，也存在著危害的一面，因而，近年來在發(fā)達的國家和地區(qū)都相繼規(guī)定了相關(guān)的電磁兼容標準，也出現(xiàn)了很多國際著名的電磁兼容認證機構(gòu)，例如，銷售到歐洲的電子產(chǎn)品必須通過CE認證，美國則要求通過FCC認證，中國目前逐步要求通過CEMC認證等。

    作為信息時代IT產(chǎn)品電源保護的不間斷電源（UPS），它是集自動控制技術(shù)、電力電子技術(shù)為一體的高功率密度的電源產(chǎn)品，本身既是一個大的電磁波發(fā)射源，可能對周圍的環(huán)境和設備產(chǎn)生電磁干擾，同時自身的控制系統(tǒng)又可能受到周圍電磁環(huán)境干擾，使UPS工作故障甚至損壞。所以，高質(zhì)量的UPS必須具有良好的電磁兼容特性。

    二、與UPS電磁兼容相關(guān)的標準和要求

    針對UPS的電磁兼容特性，目前的相關(guān)標準主要有國際無線電干擾特別委員會的CISPR22-1997《信息設備的無線電騷擾的測量方法和限值》和CISPR-24-1997《信息設備的抗擾度測量方法和限值》，歐洲的EN50091-2（1995）《UPS的EMC要求》，我國與CISPR標準相關(guān)的有GB9254-1998《信息設備的無線電騷擾的測量方法和限值》和GB/T17618-1998《信息設備抗擾度限值和測量方法》。

    雖然標準不同，但是它們都是以CISPR為依據(jù)的，因此標準的基本限值是相同的，對UPS主要的要求具體如下：

    1、輸入電源端子的傳導騷擾限值

    表1為國標和CISPR標準內(nèi)容，限值沒有考慮UPS的容量，有明顯不合理的地方；而在歐標EN59001-2中則按UPS的功率容量區(qū)分為兩種限值，即25A電流以下的和25A以上的限值不同，相對比較合理。對于輻射騷擾限值，也存在相同的情況，下面2中的限值也是國標和CISPR的要求。

    2、輻射騷擾限值（10m）(表2)

    如果采用3 m法測試，則根據(jù)相關(guān)公式可知，上述數(shù)值全部加上10。

    3、其它相關(guān)要求

    電池端騷擾：對于UPS的電池端騷擾，可以將它當作UPS系統(tǒng)的組成部分，所有UPS的測試指標是基于UPS系統(tǒng)的，因此可以不單獨考慮；

    通訊接口騷擾：對于UPS的通訊接口騷擾，一般與強電信號無直接關(guān)系，較易符合相關(guān)要求，這里就沒有給出具體的限值；詳細要求可以查找相關(guān)的標準。

    輸出電源端騷擾：對于UPS的輸出電源端子的傳導騷擾，目前的國標和CISPR標準沒有給出很明確的要求，通常做法是采用輸入電源端子的騷擾限值，但測試方法有些差異；而在歐洲標準中，則明確規(guī)定為入電源端子的限值加上14dB，相對松一些。

    抗擾度要求：對于UPS設備的機箱端口、信號端口、電信端口、電源輸入端口等還必須進行相關(guān)的抗擾度實驗，包括電磁場干擾實驗、靜電放電實驗、浪涌沖擊實驗、電快速瞬變脈沖實驗等；與上述的各種UPS對外騷擾不同，UPS的抗擾度體現(xiàn)UPS在各種電磁干擾環(huán)境下正常工作的能力，出現(xiàn)問題時直接表現(xiàn)為UPS工作故障，用戶容易發(fā)現(xiàn)問題，因此是UPS廠家比較重視的可靠性問題；從目前UPS的市場上觀察，絕大多數(shù)的UPS在該方面的符合性較好些。

    三、UPS的電磁兼容符合性設計

    根據(jù)多年來人們對電磁兼容的研究和實踐的經(jīng)驗表明，假定在產(chǎn)品開發(fā)階段解決電磁兼容問題的費用為1，則在型號研制階段解決需要的費用可能為10，到批量生產(chǎn)時解決需要的費用可能達100，到現(xiàn)場安裝時解決需要的費用可能上千倍或者無法解決。因此，UPS電磁兼容的問題必須在產(chǎn)品的開發(fā)階段解決。

    針對UPS的產(chǎn)品特點，UPS的電磁兼容主要包含以下幾個部分：電源的輸入、輸出傳導干擾；電源的輻射騷擾；UPS的抗干擾特性。下面逐項闡述達到相關(guān)標準要求的設計方法。

    1、輸入、輸出傳導干擾的抑制

    針對傳導騷擾，可以從三個方面來考慮：干擾源、傳導途徑和直接的騷擾抑制。

    A、干擾源的消除和降低：在UPS中有整流的AC/DC變換，有SPWM逆變的DC/AC逆變器，有PFC的高頻變換電路，有DC/DC變換的回路，這些都是UPS內(nèi)重要的騷擾源，尤其是其中的變壓器、電感、高頻電流回路，因此，合理地設計相應變壓器和電感的參數(shù)、加工工藝和在整機中的布局將可能大幅度降低它們的騷擾強度，合理地設計高頻電流的PCB、布線也可以改善UPS的騷擾；對于功率變換器中的驅(qū)動電路，可以在不影響效率和內(nèi)阻的情況下加大驅(qū)動電阻，增加開關(guān)電源的上升、下降沿時間，從而減少電壓、電流的高頻諧波含量。