Економічно Ефективний Дизайн Захисту від Перешкод для Цифрових Електролічильників: Проходження Тестів 4кВ EFT та 15кВ ESD

I. Огляд​

Це рішення розроблено для вирішення серйозних проблем, з якими стикаються традиційні цифрові електролічильники у складних промислових електромагнітних середовищах, особливо щодо ключового болісного моменту недостатньої міцності до інтерференції. Благодіяючи ряду ключових інноваційних проектів апаратної частини, це рішення значно підвищує здатність лічильника протистояти вибухам електричних швидких переходів (EFT) та електростатичним розрядам (ESD). Одночасно оптимізується системна архітектура, досягаючи подвійної мети покращення надійності та оптимізації витрат, що забезпечує стабільну та точну базу даних для моніторингу електроенергетичної системи.

​II. Фон & Мети​

​1. Аналіз проблеми​

Традиційні лічильники мають конструктивні слабкі сторони. Інтерфейс з'єднання між модулем відображення та основною керуючою платою часто не має ефективних заходів захисту від електромагнітної сумісності (EMC). Це призводить до поганої продуктивності під час тестів на стійкість, коли супротив EFT занадто низький для промислових застосувань, що серйозно впливає на стабільну роботу в реальних умовах розподілу.

​2. Основні мети​

• ​Покращення продуктивності:​​ Значно підвищити EMC лічильника, забезпечивши його проходження строгих тестів EFT рівня 4 кВ та високорівневих тестів ESD.
• ​Стабільна робота:​​ Гарантувати довготривалу безаварійну роботу лічильника в електроенергетичних об'єктах, заповнених перехідними імпульсами та електростатичною інтерференцією, забезпечуючи неперервне збирання та передачу даних.
• ​Оптимізація структури:​​ Спростити проект апаратної частини, зменшити кількість зовнішніх компонентів, контролювати/знижувати витрати на апаратне забезпечення, одночасно підвищуючи продуктивність.

​III. Загальна системна архітектура​

Лічильник використовує модульний дизайн, центральним елементом якого є основний керуючий чип, з чіткою структурою та визначеними обов'язками. Він включає наступні ключові модулі:

• ​Основний керуючий модуль:​​ "Мозок" системи, відповідальний за обчислення даних, логічний контроль та планування системи.
• ​Модуль збору сигналів:​​ Відповідає за збирання та попередню обробку необроблених сигналів напруги та струму трифазної мережі.
• ​Модуль управління живленням:​​ Надає стабільне, ізольоване багатоканальне робоче живлення для всіх функціональних модулів.
• ​Модуль взаємодії людина-машина (HMI):​​ Включає модуль керування відображенням для локального показу параметрів.
• ​Модуль даних комунікації:​​ Надає інтерфейс RS485 для обміну даними з віддаленими системами моніторингу.
• ​Модуль зберігання даних та годинник:​​ Використовується для зберігання історичних даних та надання точного часовго посилання.
• ​Ключова інновація: спеціальний модуль протидії інтерференції:​​ Центральний аспект цього рішення, додавання захисних модулів для ключових шляхів сигналів.

​IV. Ключові технологічні прориви​

​1. Дизайн спеціального фільтра протидії EFT​

• ​Інноваційний підхід:​​ Точне визначення ліній зв'язку між модулем керування відображенням та основним керуючим чипом як найбільш вразливого місця для вторгнення EFT. Відповідно, ми розробили незалежні фільтрувальні канали для кожної лінії зв'язку.
• ​Реалізація:​​ Конденсатор з певною вартістю підключений паралельно від кожної лінії зв'язку до землі, формуючи просту мережу нижнього пропускання. Цей конденсатор ефективно поглинає високочастотну імпульсну енергію, генеровану EFT на лініях сигналів, таким чином захищаючи інтерфейс основного керуючого чипа від інтерференції.
• ​Результат:​​ Цей надзвичайно низькобюджетний дизайн підвищує стійкість лічильника до EFT до 4 кВ, вирішуючи недолік традиційних лічильників у цій області.

​2. Системна оптимізація протидії інтерференції для основного керування​

• ​Оптимізація годинникової схеми:​​ Відмовилися від традиційного використання високочастотних кристалів, які підвержені інтерференції, замінивши їх низькочастотним кристалом як основним джерелом годинника. Низькочастотні сигнали годинника від природи мають більшу стійкість до інтерференції, що зменшує ймовірність впливу на системний рівень.
• ​Спрощення інтеграції системи:​​ Повністю використали високу інтеграцію сучасних основних керуючих чипів. Внутрішня інтеграція аналого-цифрового перетворювача (ADC) та конденсаторів компенсації осцилятора усуває потребу у зовнішніх дискретних компонентах.
• ​Комплексні переваги:​​
• Оптимізована годинникова схема значно підвищує здатність лічильника протистояти зовнішній електростатичній інтерференції, дозволяючи йому легко проходити найвищі рівні тестів ESD.
• Високий інтегрований дизайн спрощує розташування PCB, зменшує кількість компонентів, таким чином не лише знижує витрати на матеріали, але також підвищує ефективність виробництва та загальну надійність.

​V. Переваги та цінність рішення​

​1. Виняткова надійність​

• Здатний стабільно працювати в середовищі інтерференції EFT, що перевищує 4 кВ, та ESD, що перевищує 15 кВ, відповідаючи найстрожчим промисловим стандартам.
• Оптимізована апаратна основа забезпечує точність відліку даних та довготривалу стабільність вимірювань.

​2. Значна економічна ефективність​

• Безпосередньо знижує витрати на закупівлю матеріалів, зменшуючи кількість зовнішніх компонентів.
• Спрощений дизайн підвищує відсоток першого проходу виробництва та знижує витрати на післяпродажний сервіс, надаючи клієнтам перевагу витрат на життєвий цикл.

​3. Відмінна виготовність​

• Застосовані заходи протидії інтерференції використовують стандартні, зрілі, універсальні компоненти. Дизайн є простим та надійним, що робить його високопридатним для масового виробництва, забезпечуючи консистентність та високу якість продукту.