Соодветна на цената дизајн за спречување на интерференција за дигитални мерачи на енергија: Проходење на тестови со 4кВ ЕФТ и 15кВ ЕСД

I. Преглед​

Оваа решенија е дизајнирана за да се справи со сериозните предизвици со кои се соочуваат традиционалните дигитални мерачи на енергија во комплексни индустријски електромагнетни околини, особено со основната болна точка на недостаток на капацитет за одбрана против интерференција. Навистина, преку серија од клучни иновативни дизајни на хардверски кола, оваа решенија значајно го подобрува капацитетот на мерачот да оддржи Бурзесто електрично променливо поле (EFT) и Електростатички одраз (ESD). Исто така, оптимизира архитектурата на системот, постигнувајќи двојни цели на подобрената надежност и оптимизација на трошоците, што му дава стабилна и точна податочна основа за мониторинг на енергетски системи.

​II. Позадина & Цели​

​1. Анализа на проблемот​

Традиционалните мерачи имаат слабости во дизајнот. Соодветната поврзувачка интерфејсна површина помеѓу модулот за приказ и главната контролна плоча често нема ефективни мерки за заштита од електромагнетна компатибилност (EMC). Ова доведува до лошо изведување во тестови за имунитет, со EFT отпорност многу подолга од индустријските применети барања, што значително влијае на стабилната работа во реалните услови на дистрибуција.

​2. Основни цели​

• ​Подобрување на перформансите:​​ Значително подобрување на EMC-от на мерачот, осигурувајќи дека може да премине строги тестови на ниво 4 kV EFT и високо ниво ESD тестови.
• ​Стабилна работа:​​ Гарантира долгосречна, безгрешна работа на мерачот во енергетски локации наполнети со преходни импулси и електростатска интерференција, осигурувајќи непрекината аквизиција и пренес на податоци.
• ​Оптимизација на структурата:​​ Поедноставување на дизајнот на колата, намалување на бројот на спољни компоненти и контрола/намалување на трошоците на хардверот додека се подобрува перформансата.

​III. Общ системски архитектура​

Мерачот користи модуларен дизајн со фокус на главната контролна чип, со јасна структура и добро дефинирани одговорности. Главно вклучува следните јадни единици:

• ​Главна контролна единица:​​ "Мозокот" на системот, одговорен за пресметување на податоци, логичка контрола и системска распоредба.
• ​Единица за аквизиција на сигнали:​​ Одговорен за аквизиција и првично обработка на сурови трифазни сигнални напони и струи од енергетската мрежа.
• ​Единица за управување со енергија:​​ Функционални модули доставуваат стабилни, изолирани многоканални работни напони.
• ​Единица за човек-машинско интеракција (HMI):​​ Вклучува модул за контрола на приказ за локален приказ на параметри.
• ​Единица за комуникација на податоци:​​ Доставува RS485 интерфејс за размена на податоци со далечински системи за мониторинг.
• ​Единица за складирање на податоци и часовник:​​ Користи се за складирање на историски податоци и доставување на точен временски референтен систем.
• ​Клучна иновација: Посветена модул за одбрана против интерференција:​​ Јаден дел на оваа решенија, додавање на заштитни модули за критични патеки на сигналите.

​IV. Клучни технолошки промени​

​1. Дизајн на посветен филтерски кола за EFT​

• ​Иновативен пристап:​​ Точно идентификување на комуникационите линии помеѓу модулот за контрола на приказ и главната контролна чип како уязвиви точки за EFT интрузии. Способствувано, дизајниравме независни филтерски канал за секоја комуникациска сигнална линија.
• ​Имплементација:​​ Кондензатор со специфична вредност е поврзан паралелно од секоја комуникациска линија до земјата, формирајќи једноставна мрежа на нископасув филтер. Овој кондензатор ефикасно ги абсорбира високочестотните пики на енергија генерирана од EFT на сигналните линии, што го заштитува интерфејсот на главната контролна чип од интерференција.
• ​Резултат:​​ Овој екстремно нискостојечен дизајн го елевира EFT-от на мерачот до 4 kV, решавајќи недостатокот на традиционалните мерачи во оваа област.

​2. Оптимизација на системскиот ниво за одбрана против главната контролна единица​

• ​Оптимизација на колата за часовник:​​ Напуштиле традиционалната употреба на интерференција-привлечни високочестотни кристали, изберувајќи нискочестотен кристал како главен извор на часовник. Нискочестотните часовни сигнални природно имаат посилна капацитет за одбрана против интерференција, намалувајќи веројатноста на системски влијание.
• ​Поедноставување на системска интеграција:​​ Полно искористување на високата интеграција на современите главни контролни чипови. Интерналната интеграција на Аналог-Циферен конвертер (ADC) и компензаторни кондензатори освен тоа елиминира потребата за спољни дискретни компоненти.
• ​Комплексни предности:​​
• Оптимизираната кола за часовник значително го подобрува капацитетот на мерачот да одбрани вонредни електростатички интерференции, дозволувајќи му лесно да премине највисоките нива ESD тестови.
• Високата интегрирана дизајн поедноставува PCB-от, намалува бројот на компоненти, што не само намалува материјалните трошоци, туку и подобрува производствената ефикасност и целокупната надежност.

​V. Предности и вредност на решението​

​1. Изузетна надежност​

• Способен на стабилна работа во околини со EFT интерференции над 4 kV и ESD околини над 15 kV, задоволувајќи најстрого индустријски стандарди.
• Оптимизираната хардверска основа осигурува точност во време на аквизиција на податоци и долгосречна стабилност на мерењата.

​2. Значителна економска ефикасност​

• Директно намалува материјалните трошоци на набавка со намалување на бројот на спољни компоненти.
• Поедноставувањето на дизајнот подобрува производствената првично успешна проценка и намалува трошоците на послепродажна одржувачка, што клиентите им дава предност во животниот циклус на трошоците.

​3. Отлична производствена способност​

• Мерките за одбрана против интерференција користат стандардни, зрелите, општоупотребувани компоненти. Дизајнот е прост и надежен, што го прави многу прифатлив за масова производство, осигурувајќи конзистентност и висока квалитет на продуктот.