비용 효율적인 디지털 전력계의 간섭 저감 설계: 4kV EFT 및 15kV ESD 테스트 통과

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I. 개요

이 솔루션은 복잡한 산업 전자기 환경에서 전통적인 디지털 전력계가 직면하는 심각한 도전, 특히 간섭 저항 능력 부족이라는 핵심 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다. 일련의 주요 혁신적인 하드웨어 회로 설계를 통해 이 솔루션은 전기적 고속 트랜시언트(EFT) 버스트와 정전기 방전(ESD)에 대한 계측기의 내구성을 크게 향상시킵니다. 동시에 시스템 구조를 최적화하여 신뢰성 향상과 비용 최적화라는 두 가지 목표를 달성하여 전력 시스템 모니터링을 위한 안정적이고 정확한 데이터 기반을 제공합니다.

II. 배경 및 목표

1. 문제 분석

전통적인 계측기는 설계 상의 약점이 있습니다. 표시 모듈과 메인 제어 보드 사이의 연결 인터페이스는 종종 효과적인 전자기적 호환성(EMC) 보호 조치가 부족합니다. 이로 인해 면역 테스트 성능이 떨어지고, EFT 저항이 산업 적용 요구사항보다 크게 낮아져 실제 배포 환경에서의 안정적인 작동에严重影响了在实际部署环境中的稳定运行。请允许我纠正上述句子的翻译，以确保完全符合要求：

1. 문제 분석

전통적인 계측기는 설계 상의 약점이 있습니다. 표시 모듈과 메인 제어 보드 사이의 연결 인터일이 효과적인 전자기적 호환성(EMC) 보호 조치가 부족합니다. 이로 인해 면역 테스트 성능이 떨어지고, EFT 저항이 산업 적용 요구사항보다 크게 낮아져 실제 배포 환경에서의 안정적인 작동에 큰 영향을 미칩니다.

2. 핵심 목표

성능 향상: 계측기의 EMC를 크게 향상시키고, 엄격한 4 kV EFT 테스트와 고수준 ESD 테스트를 통과할 수 있도록 합니다.
안정적인 작동: 전력 현장에서 일시적인 맥衝突似乎导致了翻译中断。让我继续并完成翻译：
2. 핵심 목표
- 성능 향상: 계측기의 EMC를 크게 향상시키고, 엄격한 4 kV EFT 테스트와 고수준 ESD 테스트를 통과할 수 있도록 합니다.
- 안정적인 작동: 일시적인 맥스와 정전기 간섭이 있는 전력 현장에서 장기간 오류 없이 작동하도록 보장하며, 데이터 수집 및 전송의 중단 없음을 보장합니다.
- 구조 최적화: 회로 설계를 단순화하고 외부 구성 요소의 수를 줄여 하드웨어 비용을 제어/줄이면서 성능을 향상시킵니다.
III. 전체 시스템 아키텍처

계측기는 메인 제어 칩을 중심으로 모듈식 설계를 채택하여 구조가 명확하고 책임이 잘 정의되어 있습니다. 주요 핵심 유닛은 다음과 같습니다:
- 메인 제어 유닛: 시스템의 "뇌"로서 데이터 계산, 논리 제어 및 시스템 스케줄링을 담당합니다.
- 신호 수집 유닛: 전력망에서 원시적인 3상 전압 및 전류 신호를 수집하고 초기 처리를 담당합니다.
- 전원 관리 유닛: 모든 기능 모듈에 대해 안정적이고 격리된 다중 채널 작업 전력을 제공합니다.
- 사람-기계 상호작용(HMI) 유닛: 로컬 매개변수 표시를 위한 디스플레이 제어 모듈을 포함합니다.
- 데이터 통신 유닛: 원격 모니터링 시스템과의 데이터 교환을 위한 RS485 인터페이스를 제공합니다.
- 데이터 저장 및 시계 유닛: 과거 데이터를 저장하고 정확한 시간 참조를 제공합니다.
- 핵심 혁신: 전용 간섭 방지 모듈: 이 솔루션의 핵심 측면으로, 중요한 신호 경로에 보호 모듈을 추가합니다.
IV. 주요 기술적 돌파구

1. 전용 EFT 필터 회로 설계
- 혁신적인 접근: 디스플레이 제어 모듈과 메인 제어 칩 사이의 통신 라인이 EFT 침입의 취약 지점을 정확히 식별하였습니다. 따라서 각 통신 신호 라인에 독립적인 필터링 채널을 설계했습니다.
- 실현: 각 통신 라인에서 접지로 특정 값의 커패시터를 병렬로 연결하여 간단한 저주파 필터 네트워크를 형성합니다. 이 커패시터는 EFT에 의해 신호 라인에서 생성된 고주파 스파이크 에너지를 효과적으로 흡수하여 메인 제어 칩 인터페이스를 간섭으로부터 보호합니다.
- 결과: 이 매우 저렴한 설계는 계측기의 EFT 저항을 4 kV로 높여 전통적인 계측기의 이 분야에서의 단점을 해결합니다.
2. 메인 제어를 위한 시스템 수준의 간섭 방지 최적화
- 클럭 회로 최적화: 간섭이 발생하기 쉬운 고주파 크리스탈 대신 저주파 크리스탈을 주 클럭 소스로 선택하였습니다. 저주파 클럭 신호는 본질적으로 강력한 간섭 저항 능력을 가지고 있어 시스템 수준의 영향 가능성을 줄입니다.
- 시스템 통합 단순화: 현대적인 메인 제어 칩의 고도의 통합을 최대한 활용하였습니다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 진동 보상 커패시터를 내부적으로 통합하여 외부 개별 구성 요소가 필요하지 않습니다.
- 총괄적인 이점:
V. 솔루션의 장점 및 가치

1. 뛰어난 신뢰성
- 4 kV 이상의 EFT 간섭 환경과 15 kV 이상의 ESD 환경에서 안정적으로 작동할 수 있으며, 가장 엄격한 산업 표준을 충족합니다.
- 최적화된 하드웨어 기반은 데이터 수집의 타이밍 정확성과 측정의 장기적인 안정성을 보장합니다.
2. 뚜렷한 경제적 효율성
- 외부 구성 요소 수를 줄여 재료 구매 비용을 직접적으로 감소시킵니다.
- 단순화된 설계는 생산 첫 패스 양률을 향상시키고 사후 서비스 유지 보수 비용을 줄여 고객에게 수명 주기 비용 우위를 제공합니다.
3. 뛰어난 제조 가능성
- 간섭 방지 조치에는 표준적이고, 성숙하며, 일반적인 구성 요소가 사용됩니다. 설계가 간단하고 신뢰성이 있어 대량 생산에 매우 적합하며, 제품의 일관성과 높은 품질을 보장합니다.