中心議題：

• 智能型剩餘電流保護器的電磁兼容設計
• 剩餘電流保護器係統的抗幹擾設計
• 剩餘電流保護器係統高頻幹擾的消除

解決方案：

• “采樣監測”法

電磁兼容(EMC)是指設備或係統在其電磁環境中能工作且不對該環境中任何物體構成不能承受的電磁騷擾的能力。剩餘電流保護器作為電網末端供電線路保護裝置(400 V以下)

，必須滿足。EMC國家標準GB／T17626．5—1999要求，取得3C認證，才能投入電網運行。圖1為用P87LPC767單片機設計的智能型剩餘電流保護器係統框圖，在電路設計
、軟件設計、PCB板(ban)設(she)計(ji)等(deng)方(fang)麵(mian)同(tong)步(bu)考(kao)慮(lv)其(qi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)設(she)計(ji)。剩(sheng)餘(yu)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)低(di)壓(ya)電(dian)器(qi)設(she)備(bei)，內(nei)部(bu)沒(mei)有(you)大(da)功(gong)率(lv)的(de)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)，電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)微(wei)弱(ruo)，它(ta)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)對(dui)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)影(ying)響(xiang)很(hen)小(xiao)，這(zhe)方(fang)麵(mian)不(bu)是(shi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)設(she)計(ji)的(de)重(zhong)點(dian)。剩(sheng)餘(yu)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)設(she)計(ji)的(de)重(zhong)點(dian)是(shi)其(qi)在(zai)受(shou)到(dao)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)時(shi)能(neng)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)工(gong)作(zuo)的(de)能(neng)力(li)，也(ye)即(ji)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。剩(sheng)餘(yu)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)受(shou)到(dao)的(de)幹(gan)擾(rao)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)電(dian)網(wang)本(ben)身(shen)，主(zhu)要(yao)有(you)線(xian)路(lu)突(tu)然(ran)斷(duan)路(lu)或(huo)雷(lei)電(dian)瞬(shun)變(bian)過(guo)壓(ya)引(yin)起(qi)的(de)單(dan)極(ji)性(xing)浪(lang)湧(yong)(衝擊)
，以及由於閃電


、jiediguzhanghuoqiehuandianganxingshebeieryinqidexinhaocanshuchanshengshunshiraodong

，zheliangfangmianshidiancijianrongshejidezhongdian，yeshishejidenandian。xiawencongduogefangmianjieshaogaizhinengxingshengyudianliubaohuqidediancijianrongshejifangfa。

1 單片機係統的抗幹擾設計

該剩餘電流保護器采用P87LPC767單片機，剩餘電流的采樣檢測、計算、顯示
、動作判據、保(bao)護(hu)動(dong)作(zuo)的(de)執(zhi)行(xing)等(deng)重(zhong)要(yao)工(gong)作(zuo)都(dou)由(you)單(dan)片(pian)機(ji)完(wan)成(cheng)，單(dan)片(pian)機(ji)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)整(zheng)個(ge)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。而(er)單(dan)片(pian)機(ji)本(ben)身(shen)的(de)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)、複位電路、中斷信號、取樣信號等又容易受到電磁幹擾的影響，消除或抑製電磁幹擾信號對單片機的影響十分重要。

具體從以下幾個方麵進行設計：

單(dan)片(pian)機(ji)工(gong)作(zuo)電(dian)源(yuan)和(he)係(xi)統(tong)其(qi)他(ta)電(dian)路(lu)電(dian)源(yuan)分(fen)開(kai)設(she)計(ji)，避(bi)免(mian)其(qi)他(ta)電(dian)路(lu)對(dui)單(dan)片(pian)機(ji)工(gong)作(zuo)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)，單(dan)片(pian)機(ji)工(gong)作(zuo)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)留(liu)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)餘(yu)量(liang)，防(fang)止(zhi)電(dian)源(yuan)的(de)波(bo)動(dong)影(ying)響(xiang)單(dan)片(pian)機(ji)工(gong)作(zuo)。在(zai)設(she)計(ji)PCB板時，在單片機電源引腳接電容和瞬態電壓抑製器(TVS)
，如圖2所示。100 μF電解電容存儲的能量在電源波動時(降低)釋放出來，保持電源穩定；0．1μF的高頻電容可以吸收電源上的高頻幹擾；TVS吸收瞬態浪湧功率，使兩極間的電壓箝位於一個預定值，保持單片機工作電源穩定。

複位電路采用P87LPC767danpianjineibushangdianfuweidianlu
，bimianganraoxinhaoduifuweidianludezhijieyingxiang，zhiyaodanpianjigongzuodianyuanwending，jiangbuhuichuxianwufuweiyinqidewudongzuo。zhongduanheqitaI／O口電容進行濾波，減少幹擾的影響。

係統軟件設計上，啟用P87LPC767內部的看門狗，防止PC受到幹擾而失控
，引起程序亂飛，進入“死循環”。在zai程cheng序xu存cun儲chu空kong間jian的de非fei程cheng序xu區qu設she置zhi軟ruan件jian陷xian阱jing
，當dang由you於yu幹gan擾rao使shi操cao作zuo係xi統tong失shi控kong而er進jin入ru非fei程cheng序xu區qu時shi，將jiang引yin導dao指zhi令ling轉zhuan向xiang專zhuan門men對dui程cheng序xu出chu錯cuo進jin行xing處chu理li的de程cheng序xu，使shi程cheng序xu納na入ru正zheng軌gui。
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2 係統高頻幹擾的消除——“采樣監測”法

由於閃電、接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)或(huo)切(qie)換(huan)電(dian)感(gan)性(xing)設(she)備(bei)而(er)引(yin)起(qi)的(de)信(xin)號(hao)參(can)數(shu)產(chan)生(sheng)瞬(shun)時(shi)擾(rao)動(dong)，產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)主(zhu)要(yao)是(shi)通(tong)過(guo)係(xi)統(tong)進(jin)線(xian)電(dian)源(yuan)進(jin)入(ru)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)。檢(jian)測(ce)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)，主(zhu)要(yao)是(shi)通(tong)過(guo)“電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗”驗證。根據低壓電器產品試驗標準要求
，試驗時在供電輸入端疊加頻率為2 500 Hz
，幅度4 000 V的群脈衝，分別進行相線、地線的差模、共模
，正極性、負極性試驗，每項試驗時間均為1 min
，群脈衝的波形如圖3所示。如果在“電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗”過程中保護器不產生誤動作，則這方麵的抗幹擾能力就是合格的。

本係統利用“采樣監測”法對電源上的高頻幹擾進行監測，給出相應的標誌，由軟件程序進行相應的處理
，避免保護器誤動作。詳細原理如下：

為保證剩餘電流測量的實時性
，該保護器采用數字采樣法測量剩餘電流
，將剩餘電流信號轉換為圖4所示的波形
，送給P87LPC767單片機內部的A／D進行采樣測量。

數字采樣方法具有數字濾波效果
，對信號的通道幹擾有抑製作用。設定每個周期采樣100個點
，由定時器T0產生采樣時間間隔。將係統某相進線電源(如A相) 信號經過降壓、整形電路如圖5所示，轉換為方波信號。作為單片機中斷0的觸發信號
，在正常情況下電源信號的頻率為50Hz左右，在兩次中斷期間，對剩餘電流的采樣次數為100次。

當dang電dian源yuan有you高gao頻pin幹gan擾rao信xin號hao時shi
，轉zhuan換huan的de方fang波bo信xin號hao也ye同tong步bu受shou到dao幹gan擾rao，頻pin率lv也ye疊die加jia有you高gao頻pin脈mai衝chong，將jiang對dui中zhong斷duan產chan生sheng影ying響xiang
，兩liang次ci中zhong斷duan觸chu發fa的de時shi間jian縮suo短duan，則ze兩liang次ci中zhong斷duan期qi間jian對dui剩sheng餘yu電dian流liu的de采cai樣yang次ci數shu也ye將jiang小xiao於yu100次。利用單片機中斷對剩餘電流采樣過程的監測
，可以判斷出係統是否受到高頻幹擾，采取相應的軟件處理可以避免保護器的誤動作。
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監測采樣的軟件程序如下：

係統主程序通過對bgrc1進行判斷

，如果有效進行幹擾軟件處理
，無效則采用測量過程沒有受到電源的高頻幹擾
，進行正常的計算處理。

3 其他抗幹擾措施

duanluhuoleidianshunbianguoyayinqidedanjixinglangyong，yeshibaohuqidiancijianrongshejidezhongdian。zaidianyuanxiandehuoxianhelingxianjianjiaruyanghuaxinyamindianzu，dangjiazaiyamindianzuliangduandedianyadiyubiaochengdianyashi
，qidianzujihuwuqiongda，shaochaoguoedingzhihou
，dianzuzhibianjijuxiajiang
，fanyingshijianweins級。壓敏電阻可以使浪湧幹擾大幅衰減
，減小對其他電路的影響。

在設計剩餘電流保護器PCB板時
，綜合考慮各種可能影響保護器性能的因素，提高PCB對(dui)幹(gan)擾(rao)的(de)抑(yi)製(zhi)能(neng)力(li)。強(qiang)電(dian)電(dian)路(lu)集(ji)中(zhong)線(xian)路(lu)板(ban)邊(bian)緣(yuan)一(yi)端(duan)，並(bing)與(yu)弱(ruo)電(dian)部(bu)分(fen)保(bao)持(chi)適(shi)當(dang)距(ju)離(li)。模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)和(he)數(shu)字(zi)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)分(fen)離(li)，由(you)於(yu)采(cai)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)內(nei)部(bu)的(de)A／D
，兩(liang)者(zhe)不(bu)能(neng)做(zuo)到(dao)完(wan)全(quan)分(fen)離(li)，布(bu)線(xian)時(shi)使(shi)模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)隻(zhi)在(zai)一(yi)點(dian)共(gong)地(di)。係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)線(xian)和(he)地(di)線(xian)加(jia)粗(cu)
，空(kong)白(bai)的(de)地(di)方(fang)覆(fu)銅(tong)


，采(cai)用(yong)網(wang)狀(zhuang)結(jie)構(gou)
，作(zuo)為(wei)數(shu)字(zi)地(di)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)，減(jian)小(xiao)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)對(dui)數(shu)字(zi)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)。單(dan)片(pian)機(ji)係(xi)統(tong)時(shi)鍾(zhong)電(dian)路(lu)盡(jin)可(ke)能(neng)靠(kao)近(jin)芯(xin)片(pian)引(yin)腳(jiao)
，並(bing)與(yu)其(qi)他(ta)器(qi)件(jian)和(he) PCB走線保持適當空間，減少高頻輻射對係統的影響。

4 結 語

由於采取的硬件、軟件措施正確有效，該保護器順利通過了產品型式試驗
，取得3Crenzheng，yunxingkekao，meiyouchuxianwudongzuo。caiyongdanpianjidezhongduan，jiancexitongdedianyuanganrao
，jierjiancejiaoliuxinhaodecaiyangguocheng。shijianzhengming，tongguoruanjianheyingjiandepeihe，shixiaochujiaoliucaiyangxitonggaopinganraodeyouxiaofangfa。