Učinkovit dizajn smanjenja interferencije za digitalne mjernice snage: Proći 4kV EFT i 15kV ESD testove

I. Pregled

Ova rješenja dizajnirana su kako bi se suočila s ozbiljnim izazovima s kojima se suočavaju tradicionalni digitalni električni brojaci u složenim industrijskim elektromagnetskim okruženjima, posebno s ključnim problemom nedostatka sposobnosti otkrivanja interferencije. Kroz niz ključnih inovativnih dizajna hardverskih krugova, ovo rješenje značajno unapređuje sposobnost brojaca da odolijeva eksplozivnim električnim prekidima (EFT) i statičkom električnom razlaganju (ESD). Ujedno optimizira arhitekturu sustava, postižeći dvostruki cilj poboljšanja pouzdanosti i optimizacije troškova, čime pruža stabilnu i točnu bazu podataka za nadzor električnih sustava.

II. Pozadina & Ciljevi

1. Analiza problema

Trajetni brojaci imaju nedostatke u dizajnu. Veza sučelja između njihovog modula prikaza i glavne kontrolne ploče često nema učinkovite mjerodavnosti za elektromagnetsku kompatibilnost (EMC). To dovodi do lošeg performansa tijekom testova imuniteta, gdje je otpornost na EFT daleko ispod zahtjeva industrijskih primjena, što značajno utječe na stabilno funkcioniranje u stvarnim distribucijskim okruženjima.

2. Ključni ciljevi

• Poboljšanje performansi: Značajno poboljšati EMC brojaca, osiguravajući mu prolaženje strogo testa na razini 4 kV EFT i visokih razina ESD testova.
• Stabilno funkcioniranje: Osigurati dugotrajno, bezgrešno funkcioniranje brojaca u električnim lokacijama ispunjenim privremenim pulsima i statičkom interferencijom, osiguravajući neprekidnu prikupljanje i prijenos podataka.
• Optimizacija strukture: Pojednostaviti dizajn kruga, smanjiti broj vanjskih komponenti i kontrolirati/smanjiti troškove hardvera dok se poboljšava performanse.

III. Opća arhitektura sustava

Brojač koristi modularni dizajn s fokusom na glavni kontrolni čip, sa jasnom strukturom i dobro definiranim odgovornostima. Glavni su mu jedinice:

• Glavna kontrolna jedinica: "Mozak" sustava, odgovoran za izračunavanje podataka, logičku kontrolu i raspoređivanje sustava.
• Jedinica za prikupljanje signala: Odgovorna za prikupljanje i prethodnu obradu sirovih signala tri-faznog napona i struje iz električne mreže.
• Jedinica za upravljanje energijom: Pruža stabilnu, izoliranu višekanalnu radnu energiju za sve funkcionalne module.
• Jedinica za ljudsku-mašinsku interakciju (HMI): Uključuje modul za kontrolu prikaza za lokalni prikaz parametara.
• Jedinica za komunikaciju podataka: Pruža sučelje RS485 za razmjenu podataka s udaljenim nadzornim sustavima.
• Jedinica za pohranu podataka i sat: Koristi se za pohranu povijesnih podataka i pružanje preciznog vremenskog referentnog vremena.
• Ključna inovacija: Posebna anti-interferentna jedinica: Ključni aspekt ove rješenja, dodavanje zaštitnih modula za ključne putove signala.

IV. Ključni tehnološki proboji

1. Dizajn posebnog filtera protiv EFT

• Inovativni pristup: Precizno identificirane su komunikacijske linije između modula za kontrolu prikaza i glavnog kontrolnog čipa kao osjetljivi točka za intruziju EFT. Stoga smo dizajnirali neovisne kanale filtriranja za svaku komunikacijsku signalnu liniju.
• Implementacija: Konkretna vrijednost kondenzatora spojena je paralelno s svake komunikacijske linije na zemlju, formirajući jednostavnu mrežu niskopropusnog filtra. Taj kondenzator učinkovito apsorbira visokofrekventnu energiju vrha generiranu EFT na signalnim linijama, čime štiti sučelje glavnog kontrolnog čipa od interferencije.
• Rezultat: Ovaj izuzetno niskotrošan dizajn podiže otpornost brojaca na EFT na 4 kV, rješavajući nedostatak trajetnih brojaca u tom smjeru.

2. Sustavni optimizaciji anti-interferencije za glavnu kontrolu

• Optimizacija časovnog kruga: Odbacili smo tradicionalnu upotrebu visokofrekventnih kristala, koji su podložni interferenciji, a umjesto toga odabrali niskofrekventni kristal kao glavni izvor časova. Niskofrekventni časovni signali su po svojoj prirodi opremljeni jačom mogućnošću otkrivanja interferencije, smanjujući vjerojatnost utjecaja na razini cijelog sustava.
• Pojednostavljenje integracije sustava: Potpuno iskoristili visoku integraciju modernih glavnih kontrolnih čipova. Unutarnja integracija analogno-digitalnog pretvarača (ADC) i kondenzatora za kompenzaciju oscilatora eliminira potrebu za vanjskim diskretnim komponentama.
• Kompleksni prednosti:
• Optimizirani časovni krug značajno unapređuje sposobnost brojaca da odolijeva vanjskoj statičkoj interferenciji, omogućujući mu lako prolazak najviših razina ESD testova.
• Visoko integrirani dizajn pojednostavljuje raspored PCB-a, smanjuje broj komponenti, time ne samo smanjuje materijalne troškove, već i poboljšava produktivnost proizvodnje i opće pouzdanost.

V. Prednosti i vrijednost rješenja

1. Izuzetna pouzdanost

• Sposoban stabilnom radu u okruženjima EFT interferencije preko 4 kV i ESD okruženjima preko 15 kV, zadovoljavajući najstroža industrijska standarda.
• Optimizirana hardverska osnova osigurava točnost vremenskog određivanja pri prikupljanju podataka i dugoročnu stabilnost mjerenja.

2. Značajna ekonomskost

• Direktno smanjuje troškove nabave materijala smanjujući broj vanjskih komponenti.
• Pojednostavljeni dizajn poboljšava stopu uspjeha u prvom prolazu proizvodnje i smanjuje troškove poslijeprodajne održavanja, pružajući klijentima prednost u troškovima tijekom životnog vijeka.

3. Izvrsna proizvodnja

• Mjere protiv interferencije koriste standardne, zrele, opće namjene komponente. Dizajn je jednostavan i pouzdan, što ga čini vrlo prikladnim za masovnu proizvodnju, osiguravajući konzistentnost i visoku kvalitetu proizvoda.