Σχεδιασμός Απόδοσης Ηλεκτρομαγνητικής Συμβατότητας για Ηλεκτρονικά Μετατροπείς Τάσης

Με την ταχεία ανάπτυξη των συστημάτων ενέργειας, οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς τάσης (EVTs), ως βασικά μέτρησης συσκευές στα συστήματα ενέργειας, η σταθερότητα και αξιοπιστία της λειτουργίας τους είναι κρίσιμες για την ασφαλή και σταθερή λειτουργία των συστημάτων ενέργειας. Η απόδοση στην ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC), ως ένας από τους πυρήνιους δείκτες των EVTs, σχετίζεται άμεσα με την ικανότητα της συσκευής να λειτουργεί φυσιολογικά σε περίπλοκα ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα και να μην προκαλεί ηλεκτρομαγνητική επέμβαση σε άλλες συσκευές. Η εξελιγμένη έρευνα και σχεδίαση της απόδοσης EMC των EVTs έχει μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της συνολικής σταθερότητας και ασφάλειας των συστημάτων ενέργειας.

1 Επισκόπηση της Απόδοσης Ηλεκτρομαγνητικής Συμβατότητας των Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Τάσης
1.1 Ορισμός και Απαιτήσεις Ηλεκτρομαγνητικής Συμβατότητας

Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) αναφέρεται στην ικανότητα μιας συσκευής ή συστήματος να λειτουργεί φυσιολογικά χωρίς επέμβαση σε ένα συγκεκριμένο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον και να μην προκαλεί ανεπιθύμητη ηλεκτρομαγνητική επέμβαση σε άλλα πράγματα στο περιβάλλον. Για τους EVTs, χρειάζεται να διατηρούν σταθερή μετρική απόδοση σε περίπλοκα ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα και να μην προκαλούν ηλεκτρομαγνητική επέμβαση σε άλλες συσκευές. Συνεπώς, κατά την σχεδίαση και κατασκευή των EVTs, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η απόδοση EMC και να τυποποιούνται αντίστοιχα μέτρα προστασίας.

1.2 Λειτουργικό Πρίγκιπιο των Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Τάσης

Οι EVT χρησιμοποιούν το πρίγκιπιο της ηλεκτρομαγνητικής επαναφοράς και την υψηλού βαθμού ακρίβειας ηλεκτρονικής μετρητικής τεχνολογία για να μετατρέπουν υψηλή τάση σημάτων σε συστήματα ενέργειας σε χαμηλή τάση σήματα. Συνήθως αποτελούνται από έναν πρωτογενή αισθητήρα, ένα δευτερεύον περιστασιακό κύκλωμα και μια μονάδα επεξεργασίας σημάτων. Ο πρωτογενής αισθητήρας είναι υπεύθυνος για τη μετατροπή υψηλών τάσεων σε αδύναμα ρεύμα/τάση σημάτων ανάλογα με την πρωτογενή τάση. Το δευτερεύον περιστασιακό κύκλωμα μετατρέπει περαιτέρω τα αδύναμα σήματα σε πρότυπα ψηφιακά/αναλογικά σήματα. Η μονάδα επεξεργασίας σημάτων βελτιώνει την ακρίβεια και τη σταθερότητα της μέτρησης μέσω λειτουργιών όπως φιλτράρισμα, επεκτάσεις και καλιβρώσεις. Οι EVΤ μπορούν να καλύπτουν διάφορες μορφές, όπως ηλεκτρονικοί μετατροπείς τάσης για μέτρηση μονοκαναλικών/πολυκαναλικών τάσεων, ηλεκτρονικοί μετατροπείς ρεύματος για μέτρηση μονοκαναλικών/πολυκαναλικών ρευμάτων, ή ολοκληρωμένοι μετατροπείς όπως εμφανίζεται στο Σχήμα 1 που μετράνε μονοκατευθυντική τάση, ρεύμα και αντίστοιχη ισχύ ταυτόχρονα.

1.3 Ανάλυση Ηλεκτρομαγνητικής Επέμβασης και Ηλεκτρομαγνητικής Ευαισθησίας

Οι EVTs είναι ευάλωτοι σε εξωτερική ηλεκτρομαγνητική επέμβαση στο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον, όπως πλημμύρες και προσωρινές υπερτάσεις από τη λειτουργία των διακόπτρων, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα όπως αύξηση των λαθών μέτρησης και αστάθεια δεδομένων. Παράλληλα, τα υψηλής συχνότητας αρμονικά και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παράγονται από τους EVTs μπορούν επίσης να επεμβαίνουν σε άλλες ηλεκτρικές συσκευές. Συνεπώς, κατά τη σχεδίαση των EVTs, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα θέματα ηλεκτρομαγνητικής επέμβασης και ηλεκτρομαγνητικής ευαισθησίας, και να λαμβάνονται μέτρα καταστολής και προστασίας.

Η δοκιμή απόδοσης EMC των EVTs είναι ένας κλειδικός σύνδεσμος για να εξασφαλίσει τη σταθερότητα και ακρίβεια τους στην πραγματική λειτουργία. Εστιάζει στην αντοχή στην επέμβαση και τα κριτήρια αξιολόγησης κατατάσσονται σε Κλάση A και Κλάση B με βάση τη βαρύτητα των αποτελεσμάτων της δοκιμής:

2 Ανάλυση Δοκιμών Απόδοσης Ηλεκτρομαγνητικής Συμβατότητας Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Τάσης
2.1 Περιεχόμενο Δοκιμών και Κριτήρια Αξιολόγησης

• Κλάση A: Απαιτεί ότι όταν οι EVTs υπόκεινται σε ηλεκτρομαγνητική επέμβαση, η ακρίβεια μέτρησης παραμένει εντός των ορίων προδιαγραφής, και το εξαγόμενο σήμα τάσης είναι συνεπές με την πραγματική τιμή χωρίς να επηρεάζει την παρακολούθηση και τον έλεγχο του συστήματος ενέργειας.

• Κλάση B: Αποδέχεται προσωρινή μείωση της απόδοσης μέτρησης (το μέρος που δεν σχετίζεται με προστασία) των EVTs, αλλά δεν πρέπει να επηρεάζει την εκτέλεση λειτουργιών προστασίας, και η συσκευή δεν χρειάζεται να επαναφερθεί/επανεκκινηθεί. Το εξαγόμενο σήμα τάσης πρέπει να ελέγχεται μέσα σε 500V για να αποφευχθεί η επέμβαση στο σύστημα ενέργειας.

2.2 Δοκιμές Ηλεκτρομαγνητικής Επέμβασης Μέσω Ηλεκτροδιαγωγών

Η ηλεκτρομαγνητική επέμβαση μέσω ηλεκτροδιαγωγών εξαπλώνεται μέσω ηλεκτροδιαγωγών, όπως καλώδια και μεταλλικά σωλήνα, και είναι ένα από τα κύρια είδη ηλεκτρομαγνητικής επέμβασης που αντιμετωπίζουν οι EVTs. Περιλαμβάνει δύο τύπους δοκιμών:

• Δοκιμή Ταχείων Ηλεκτρονικών Παρακμών/Σειρών: Σιμουλεύει την παρατηρητική επέμβαση (με ευρύ φάσμα συχνοτήτων) όταν αποσυνδέονται ηλεκτρομαγνητικά φορτία, όπως ρελέ και επαφοί. Εφαρμόζεται μια ταχεία σειρά παρακμών στο EVT, παρατηρείται η σταθερότητα και ακρίβεια του εξαγόμενου σήματος τάσης, και αξιολογείται η αντοχή στην επέμβαση.

• Δοκιμή Αντοχής σε Συναρπαγή (Επίπληξη): Σιμουλεύει τις προσωρινές υπερτάσεις/υπερρεύματα που προκαλούνται από τη λειτουργία διακόπτρων και πλημμύρες (με μεγάλη ενέργεια και μικρή διάρκεια). Εφαρμόζεται μια συναρπαγή συγκεκριμένης έντασης στο EVT για να δοκιμαστεί η αντοχή της συσκευής και η σταθερότητα της απόδοσης.

2.3 Δοκιμές Ραδιοφωνικής Ηλεκτρομαγνητικής Επέμβασης

Περιλαμβάνει τέσσερις τύπους δοκιμών για τη σιμουλασία επεμβάσεων σε διάφορα ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα:

• Δοκιμή Αντοχής σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο Ισχύος: Εφαρμόζεται ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ισχύος συγκεκριμένης έντασης στο EVT, παρατηρείται η σταθερότητα και ακρίβεια του εξαγόμενου σήματος τάσης, και αξιολογείται η αντοχή στην ηλεκτρομαγνητική επέμβαση στο περιβάλλον ηλεκτρομαγνητικού πεδίου ισχύος.

• Δοκιμή Αντοχής σε Συνεκτικό Οσκιλλωτικό Μαγνητικό Πεδίο: Σιμουλεύει το συνεκτικό οσκιλλωτικό μαγνητικό πεδίο (με ταχεία απόσβεση και υψηλή συχνότητα) που παράγεται όταν ο αποσυνδέτης σε υψηλότερη υποσταθμίδα συνδέει το μπάρ. Εφαρμόζεται το αντίστοιχο μαγνητικό πεδίο στο EVT για να δοκιμαστεί η σταθερότητα της απόδοσης μέτρησης.

• Δοκιμή Αντοχής σε Παλμικό Μαγνητικό Πεδίο: Σιμουλεύει το παλμικό μαγνητικό πεδίο (με ταχεία αύξηση και υψηλή κορυφαία τιμή) που παράγεται από πλημμύρες σε μεταλλικά συστατικά. Εφαρμόζεται ένα παλμικό μαγνητικό πεδίο στο EVT για να επαληθευτεί εάν η απόδοση εξωτερικής απομόνωσης και η ακρίβεια μέτρησης της συσκευής επηρεάζονται.

• Δοκιμή Αντοχής σε Ραδιοφωνικό Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο: Σιμουλεύει την παρασιτική ακτινοβολία από βιομηχανικές ηλεκτρομαγνητικές πηγές, ραδιοφωνικές εκπομπές/βάσεις κινητής επικοινωνίας κλπ. Εφαρμόζεται ένα ραδιοφωνικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο συγκεκριμένης έντασης στο EVT, παρατηρείται η σταθερότητα του εξαγόμενου σήματος, και αξιολογείται η αντοχή στην επέμβαση.

3 Σχεδιαστικά Πρίγκιπια για Ηλεκτρομαγνητική Συμβατότητα Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Τάσης
3.1 Σχεδιαστικά Πρίγκιπια Κυκλώματος

• Σχεδιασμός Φλεβαρικής Γης: Χρησιμοποιείται η τεχνολογία φλεβαρικής γης για να απομονώνει τις γραμμές σημάτων του κυκλώματος από το σκάφος, να μπλοκάρει την συνδυασμική επέμβαση των ρευμάτων επέμβασης στο σκάφος στο κύκλωμα σημάτων, να μειώσει το θόρυβο και να βελτιώσει την ακρίβεια και σταθερότητα του σήματος.

• Λογική Σχεδίαση Βρόχων: Βελτιώνει τη διάταξη των πηγών ενέργειας, των γείων και των γραμμών σημάτων. Μειώνει την παράλληλη διανομή γραμμών και μειώνει την συνδυασμική επέμβαση μεταξύ γραμμών μέσω μεθόδων όπως η στρωτή σχεδίαση και η ορθογώνια σχεδίαση.

• Σχεδιασμός Κατασταλκτήρων: Προσαρμόζει κατασταλκτές στην είσοδο της πηγής ενέργειας του μοντούλου. Επιλέγει τους κατασταλκτές με βάση παράγοντες όπως η τιμή της ικανότητας, η αντοχή σε τάση και τα χαρακτηριστικά συχνότητας για να φιλτράρει τον ηχητικό θόρυβο και την επέμβαση που εισάγεται από την πηγή ενέργειας.

• Σχεδιασμός Χαμηλού Λογικού Επιπέδου: Δίνει προτεραιότητα σε συσκευές χαμηλού λογικού επιπέδου (όπως συσκευές 3.3V) για να αποφευχθούν αναγκαία υψηλά λογικά επίπεδα, να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας του κυκλώματος και η παραγωγή υψηλής συχνότητας επέμβασης.

• Έλεγχος Χρόνου Ανόδου/Κατόδου: Επιλέγει τον πιο αργό χρόνο ανόδου/κατόδου που επιτρέπεται από τη λειτουργία του κυκλώματος για να κατασταλάνε οι άχρηστες υψηλές συχνοτικές συνιστώσες, να μει