中心議題：

• 開關電源的干擾源和抗干擾措施

解決方案：

• 在電路布局上優化布局
• 合理接地
• 采用適當的電路隔離方式

單片機的開關電源工作時，其內部電壓和電流波形都以非常短的時間上升和下降，所以開關電源本身就是一個射頻干擾產生源。開關電源產生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可以分為尖鋒干擾和諧波干擾；若按耦合通路來分，可分為傳導干擾和輻射干擾，開關電路框圖如圖1。

1　開關電源的主要干擾

1.1 一次整流回路的干擾

開關電源中的主要噪聲干擾之一是由二極管斷開時的反向恢復現象引起的，一次整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過，它受反偏電壓而轉向截止時，由于PN結中有較多的載流子積累，因而在載流子消失前的一段時間，電流會反向流動，從而導致很大的電流變化。即一次整流回路的干擾。

1.2 開關回路的干擾

電源工作時，開關處于高頻通斷狀態，在高頻電流環路中，可能會產生較大的空間輻射噪聲。

1.3 二次整流回路的干擾

電源工作時，整流二極管處于高頻通斷狀態，由脈沖變壓器、整流二極管以及濾波電容構成的高頻開關電流環路，可能向空間輻射噪聲。

1.4 控制回路的干擾

控制回路中的脈沖控制信號是主要的干擾源。

1.5 分布電容引起的噪聲干擾

2　抗干擾措施

降低干擾是開關電源穩定工作的前提，其主要方法如下。

2.1 在電路設計上要優化布局

對于開關電路來說，合理的布局可以對電路中產生的輻射噪聲加以抑制。

2.1.1 元器件布局時的抗干擾措施

（1）根據印制板的安裝方式，將散熱元器件如功率開關器件、穩壓器、變壓器等安裝在印制板的上方，以利于散熱；熱敏元件應盡量遠離散熱元件。
（2）在高頻電路中，盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾；盡量減小由高頻脈沖電流所包圍的面積。
（3）輸入和輸出元件應盡量遠離。
（4）在雙面印制板設計中，適當加入濾波電容，以便減小電源線阻抗，縮小電流環路，使電路工作更加穩定可靠。
（5）盡量減少環路面積。這是減少輻射噪聲的重要途徑，為此，要求開關電源的元件彼此間緊密排列。

如圖2為環路面積較大的開關電路，圖3為環路面積較小的開關電路。


2.1.2 印制板（PCB）布線抗干擾的措施

印制電路板的抗干擾設計不僅與布局有關，而且與布線也有相當大的關系。布線的原則如下：
（1）相鄰電路之間走線盡量避免平行；若平行走線無法避免，則應在平行信號線之間加一條起屏蔽作用的地線，且盡量加大平行信號線間距，以降低兩線之間電磁干擾。
（2）控制回路與輸出回路分開，采用單點接地方式。
（3）根據PCB板電流的大小，盡量加粗電源線、接地線，減少環路阻抗；同時使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這有助于增強抗噪聲能力；對于密度很高的PCB板，采用多層板；在雙面板設計中，還應該在電源線和地線之間留出一定的空間，以便安裝高頻特性好的去耦電容。
（4）印制線不要突然拐角，以免發生反饋耦合。
（5）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

2.2 合理接地

電源系統的接地包括公共參考接地和安全及抗干擾接地。在電路設計中，要盡量減小接地回路中的公共電阻，且應遵循“一點接地”原則。如果形成多點接地，會出現閉合的接地環路，從而在磁力線穿過回路時將產生磁感應噪聲。通常利用一個導電平面作為參考地，將接地的各部分就近接到該參考地上。

2.2.1 接地過程應遵循的規則

（1）交流電源地與直流電源地分開。一般情況下交流電源的零線是接地的，且該零線上往往存在很多干擾，如果交流電源地與直流電源地不分開，將對直流電源和直流電路的正常工作產生影響。通常采用“浮地技術”將交流電源地與直流電源地分開，這樣可以隔離來自交流電源地線的干擾。
（2）功率地與弱電地分開。功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地。由于負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其他弱電地分別設置，以保證整個系統穩定可靠的工作。

2.2.2 為減小地線干擾，在元件及PCB布線上應采取的措施

（1）盡可能縮短元件的引腳長度或者選用貼片元件，以減小元件分布電感的影響。
（2）在電源端盡可能靠近器件接入濾波電容，以縮短開關電流的流通途徑。
（3）PCB板布局時，高頻數字信號線要用短線，同時電源線盡可能遠離高頻數字信號線或用地線隔開。
（4）PCB板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

2.3　采用適當的電路隔離方式

開關電源包括兩部分，變換部分與控制部分。

一般的變換部分是主要的電磁干擾源，而控制部分是被干擾對象。為了使電氣設備可靠地運行，抗干擾問題的實質是解決電氣設備的電磁兼容問題。隔離技術是電磁兼容性中的重要技術之一。在開關電源中，電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離等。隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果。在采用了電路隔離的措施以后，絕大多數電路都能夠取得良好的抑制噪聲效果。

2.3.1 利用耦合變壓器進行隔離

耦合變壓器只能傳輸交流信號，不能傳輸直流信號。因此對地線的低頻干擾具有較好的抑制能力，并且電路單元間傳輸的信號電流只能在變壓器繞組中流過，不流經地線，也可以避免對其他電路的干擾。

2.3.2 使用脈沖變壓器隔離

圖4　光電耦合器電路脈沖變壓器的匝數較少，而且一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁心的兩側，它的分布電容很小，僅為幾個皮法，可作為脈沖信號的隔離元件。脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時，不傳遞直流分量，因而在微電子技術控制系統中得到了廣泛的應用。

2.3.3 采用光電耦合器

進行隔離（圖4）編譯，編譯后，還必須對單片機的熔絲位進行合理配置，才能利用AVRStudio調用WinAVR編譯生成的Coff文件進行調試。最后，生成的hex文件即可直接下載到芯片中運行。此外，程序燒錄完畢后，可通過AVRStudio4燒錄鎖存位進行加密。

操作器軟件工作流程如圖5所示。

3  結語

該操作器的工作電源由門機變頻器的主控制板的DC穩壓模塊供給，系統掉電后的一段時間里，由于變頻器儲能模塊的存在，使得操作器仍然可以比較從容的保存重要的參數信息。此外，工作穩定可靠，使用簡單方便，成本低廉的優點，使得它具備良好的商業應用前景。