Ефективен по отношение на разходите дизайн за защита от пречки за цифрови електроизмерватели: преодоляване на тестовете с 4кВ EFT и 15кВ ESD

I. Общ преглед​

Тази решението е разработено, за да отговори на сериозните предизвикателства, с които се сблъскват традиционните цифрови електроизмерватели в сложни индустриални електромагнитни среди, особено ключовата болезнена точка на недостатъчната способност за противодействие на помехи. Чрез серия от ключови иновативни дизайни на хардуерни вериги, това решение значително подобрява способността на измервателя да издържа бързи електрически преходи (EFT) и електростатичен разряд (ESD). Едновременно с това оптимизира системната архитектура, постигайки двойната цел на подобрена надеждност и оптимизация на разходите, като предоставя стабилна и точна данъчна основа за мониторинг на електроенергийната система.

​II. Контекст & Цели​

​1. Анализ на проблема​

Традиционните измерватели имат слабости в дизайна. Връзката между модула за дисплей и главния контролен плочка често липсват ефективни мерки за защита от електромагнитна съвместимост (EMC). Това води до слабо изпълнение при тестовете за имунитет, когато устойчивостта към EFT е много по-ниска от индустриалните изисквания, което сериозно влияе на стабилната работа в реални условия на разпределение.

​2. Основни цели​

• ​Подобряване на производителността:​​ Значително подобряване на EMC на измервателя, гарантирайки, че може да мине строги тестове на ниво 4 кВ EFT и високо ниво ESD.
• ​Стабилна работа:​​ Гарантиране на дългосрочна, безпроблемна работа на измервателя в електроенергийни обекти, пълни с преходни импулси и електростатични помехи, осигурявайки непрекъснато събиране и предаване на данни.
• ​Оптимизация на структурата:​​ Уеднаквяване на дизайна на веригата, намаляване на броя на външните компоненти и контрол/намаляване на хардуерните разходи, докато се подобрява производителността.

​III. Обща системна архитектура​

Измервателят използва модуларен дизайн, центриран около главен контролен чип, с ясна структура и добре дефинирани роля. Включва следните основни единици:

• ​Главна контролна единица:​​ "Мозъкът" на системата, отговарящ за изчисленията, логическия контрол и системното планиране.
• ​Единица за събиране на сигнали:​​ Отговаря за събиране и предварителна обработка на суровите трифазни напрежения и токове от електроенергийната мрежа.
• ​Единица за управление на енергията:​​ Предоставя стабилна, изолирана многоканална работна енергия за всички функционални модули.
• ​Единица за човек-машина (HMI):​​ Включва модул за контрол на дисплея за локално показване на параметри.
• ​Единица за данъчен комуникация:​​ Предоставя RS485 интерфейс за размяна на данни със системи за дистанционно наблюдение.
• ​Единица за съхранение на данни & часовник:​​ Използва се за съхранение на исторически данни и предоставяне на точна времева референция.
• ​Ключово иновация: Специализиран модул за противодействие на помехи:​​ Ключов аспект на това решение, добавяйки защитни модули за критични сигнали пътища.

​IV. Ключови технологични прориви​

​1. Дизайн на специализиран филтриращ верига за противодействие на EFT​

• ​Инновативен подход:​​ Точна идентификация на комуникационните линии между модула за контрол на дисплея и главния контролен чип като уязвима точка за EFT. Съответно, проектираме независими филтриращи канали за всяка комуникационна сигнална линия.
• ​Реализация:​​ Кондензатор с конкретна стойност е свързан паралелно от всяка комуникационна линия към земята, формирайки проста ниско-пропусклива филтрираща мрежа. Този кондензатор ефективно абсорбира високочестотната спайковата енергия, генерирана от EFT на сигналните линии, като така защитава интерфейса на главния контролен чип от помехи.
• ​Резултат:​​ Този изключително нискоценнен дизайн повишава устойчивостта на измервателя към EFT до 4 кВ, решавайки слабостта на традиционните измерватели в тази област.

​2. Оптимизация на системното противодействие за главен контрол​

• ​Оптимизация на часовата верига:​​ Отказваме от традиционното използване на високочестотни кристали, склонни към помехи, и вместо това избираме ниско-честотен кристал като главен източник на часове. Ниско-честотните часови сигнали по същество притежават по-голяма способност за противодействие, намалявайки вероятността за системно влияние.
• ​Уеднаквяване на системната интеграция:​​ Пълно използване на високата интеграция на современите главни контролни чипове. Вградената аналого-цифрова преобразувател (ADC) и кондензатори за компенсация на осцилатора елиминират необходимостта от външни дискретни компоненти.
• ​Общо полза:​​
• Оптимизираната часовата верига значително подобрява способността на измервателя да противодейства на външни електростатични помехи, позволявайки му лесно да мине най-високонивни тестове ESD.
• Високата интегрирана конструкция уеднаквява разположението на печатната плата, намалява броя на компонентите, като не само намалява материалните разходи, но и подобрява производствената ефективност и общата надеждност.

​V. Преимущества и стойност на решението​

​1. Извънредна надеждност​

• Способен на стабилна работа в околни среди с EFT помехи над 4 кВ и ESD помехи над 15 кВ, отговарящи на най-строгите индустриални стандарти.
• Оптимизираната хардуерна основа гарантира точност на времето при събиране на данни и дългосрочна стабилност на измерванията.

​2. Значителна икономическа ефективност​

• Директно намалява материалните разходи, намалявайки броя на външните компоненти.
• Уеднаквеният дизайн подобрява производствената ефективност и намалява разходите за поддръжка след продажба, предлагайки на клиентите жизнен цикъл на ценови предимства.

​3. Отлична производственост​

• Применените мерки за противодействие използват стандартни, зрели, универсални компоненти. Дизайнът е прост и надежден, правейки го много подходящ за масовото производство, гарантирайки консистентност и високо качество на продукта.