15kV ESD Immune Digital Power Meter Design with Simplified Circuit & High Stability 15kV ESD immunitəsi olan sadələşdirilmiş şəbəkəli və yüksək stabillikli rəqəmsal elektrik sayğacı dizaynı

 1. Həllin ümumi baxış​

Bu həll, yüksək performanslı və yüksək nəqlilikli rəqəmsal elektrik sayacının dizaynını təmin etməyi hədəfləyir. Həllin əsası, baş qontrol çipinin innovativ ana saat dairəsi dizaynındadır, bu da gələcək rəqəmsal elektrik sayaclarının elektrostatik sızıntıya (ESD) qarşı mübarizədəki məhdudluqlarını effektiv şəkildə həll edir. Sayac, 15kV kontakt olmayan elektrostatik sızıntı testini stabiil keçə bilir və eyni zamanda dairə strukturu sadələşdirilmiş və yüksək saat istiqrarına malikdir. Bu, nəqliyyat tələblərindən daha çox zəngin nəqliyyat monitorinqi sahələri üçün uyğundur.

​2. Sənaye problemləri və texniki fonda​

​2.1 Sənaye problemləri: Zayıf elektrostatik sızıntıya qarşı mübarizə qabiliyyəti​

Sənaye ortamlarında, elektrostandart sızıntısı (ESD) elektron cihazların arızalanmasına səbəb olan əsas faktorlardan biridir. Gələcək rəqəmsal elektrik sayacları, standart 15kV kontakt olmayan ESD testlərində sızıntıdan asılı olaraq sistem sıfırlanması və ya funksional anormaliyalarla üzləşirlər, bu da yüksək nəqliyyatlı tətbiqlərə uyğun deyil.

​2.2 Texniki fonda: Mövcud həlllərin analizi​

Mövcud rəqəmsal elektrik sayaclarının ESD-yə qarşı mübarizə problemləri əsasən onların ana saat tezliyinin dizaynından ilə yaranır:

• ​Həll 1: Yüksək tezlikli kristal osillatordan doğrudan bağlantı:​​ Baş qontrol çipi, iki xarici kompensasiya kondensatoruna ehtiyac duyulan 25MHz yüksək tezlikli kristal osillatorda doğrudan bağlanır. Bu dizayn strukturilə sadə olsa da, çipin I/O portlarının (düşük enerji tələbləri üçün dizayn edilmiş) genel olaraq zayıf ESD dayanığı var. Yüksək tezlikli sinyal, ESD darbələrinə məruz qaldığında təsirlənə bilir və bu, sistem çöküşünü səbəb olabilir.
• ​Həll 2: Daxili fazaya bağlı axtarış (PLL) ilə nisbətən aşağı tezlikli kristal osillatordan tezlik çoxaltması:​​ Nisbətən aşağı tezlikli kristal osillatordan istifadə edilir və daxili fazaya bağlı axtarış (PLL) vasitəsiylə yüksək tezliklərə çevrilir. Bu yanaşma, doğrudan təsirlərə qarşı bir az iyileştirici təsir göstərir, lakin elektrostatik qoplamaya qarşı problemini kökləşən həll etmir, bu da ideal olmayan qarışdırmaya qarşı performansı nəticələndirir.

İki gələcək həll, çirkin elektromaqnitik ortamlarda sayacın stabiil işləməsinə zəmanət verməkdə çətinlik çəkir.

​3. Sayacın ümumi strukturu və funksiyası​

Bu həllin sayacı, ümumi elektrik modulu tərəfindən qida alılan altı əsas moduldan ibarətdir. Struktur açıq və funksiyalar iyi təyin edilmişdir. Hər bir modulun baş qontrol çipinə olan bağlantıları və funksiyaları aşağıdakı kimi dir:

​4. Əsas texniki üstünlüklər​

​4.1 Üstün elektrostatik sızıntıya qarşı mübarizə qabiliyyəti​

Bu həllin ən vacib üstünlüyü, ana saatın innovativ dizaynıdır. Təsirlənən yüksək tezlikli kristalın doğrudan bağlantı şemasını tərk edərək, baş qontrol çipi 32768Hz aşağı tezlikli kristali ana tezlik giriş kimi istifadə edir. Aşağı tezlikli titrəmə sinyalları, xarici radiasiya intensivliyinin aşağı olması və xarici yüksək tezlikli səssizliklər (ESD darbələri kimi) tərəfindən qoplamaya daha az maraqlıdır, bu da mənbədən qarşıdırılma performansını nəticələndirir. Bu dizayn, gələcək sayacın problemini uğurla həll edir, 15kV kontakt olmayan ESD testinə stabiil keçməni təmin edir və mürəkkəb sənaye ortamlarında etibarlı işləməsinə zəmanət verir.

​4.2 Sadələşdirilmiş dairə strukturu​

Seçilmiş baş qontrol çipi (MSP430F5438A), daxili aşağı tezlikli osillatordan daxili kompensasiya kondensatoru ilə donatılmışdır. Bu dizayn, gələcək yüksək tezlikli kristal şemalarında tələb olunan iki xarici kompensasiya kondensatorunu ləğv edir, PCB düzümünü sadələşdirir, komponent sayını və material maliyyətini azaldır, istehsal löysələmə mürəkkəbliyini azaldır və məhsulun təsadüfiyyətini və nəqliyyatını artırır.

​4.3 Daha yüksək saat istiqrarı​

• ​Stabil sistem proqram tərəfindən saat:​​ 32768Hz kristal, tezlik bölünməsindən sonra, sistemin proqram tərəfindən saat temeli kimi xidmət edən dəqiqlik 1Hz saniyə saat sinyalı yaradır. Onun istiqrarlılığı və dəqiqliği, proqram tərəfindən simulyasiya edilən və ya yüksək tezlik bölünməsindən yaradılan saatlardan daha yaxşıdır.
• ​Stabil ölçmə saatı:​​ Metrda enerji ölçməsi üçün istifadə olunan ADC örnekleme saatı da bu stabil aşağı tezlikli saatdan köçürülür, bu da voltaj, amperiya, enerji və digər elektrik parametrlərinin örnekleme və hesablamasının dəqiqliyini təmin edir. Bu, yüksək keyfiyyətli enerji idarəetməsi üçün məlumat temeli təmin edir.

​5. Sistem işləmə prinsipi​

Sayacın işləmə prosesi aşağıdakı kimi aparılır:

1. ​Qida:​​ Qida Modulu, AC-DC köməkçi elektrik vasitəsiylə AC girişi qəbul edir, onu 5V, 3.3V və izolasiya edilmiş 5V voltaja çevrilir. Bu, Signal toplanması modulu, Baş qontrol sistemi (Real vaxt saatı, Xəritə, Göstərici idarəetmə) və İletişim arayüzü ilə uyğun olaraq, bütün modulları hazır haldə getirir.
2. ​Signal toplanması:​​ Signal toplanması Modulu, üç fazalı elektrik şəbəkədən davamlı olaraq voltaj və amperiya sinyallarını toplayır. İşləmə (bölmə, amperiya transformasiyası, op-amp tərəfindən genişləndirilmə, səviyyə çeviricisi) sonunda, şəbəkə parametrlərini ifadə edən analog sinyalları Baş Qontrol Çipinə göndərir.
3. ​Signal işlənməsi:​​ Baş Qontrol Çipi, inteqral AD konverteri ilə qəbul edilən analog sinyalları, digital sinyallara çevrilir. Daha sonra, Real vaxt saatından dəyişiklik zaman damgası ilə birgə, digital sinyallar üzərində hesablama və təhlil aparaq, tələb olunan elektrik parametrlərini (RMS voltaj/amperiya, aktiv/reactive enerji, enerji faktoru, tezlik) əldə edir.
4. ​Məlumat çıxışı və interaksiya:​​
• ​Saxlama:​​ İşlənmiş məlumat, tarixçi məlumatların sorğulanması və yük analizi üçün Daxili informasiya xəritəsinə saxlanılır.
• ​Göstərilmə:​​ Məlumat, LCD ekranında real vaxtla yenilənmək üçün Göstərici idarəetmə moduluna göndərilir.
• ​İletişim:​​ Məlumat, RS485 İletişim arayüzü vasitəsiylə uzaq mesafəli izləmə mərkəzinə real vaxtla yüklənir, uzaq mesafəli izləmə üçündür.
• ​İdarəetmə:​​ İstifadəçilər, göstərici modulundaki düymələrdən istifadə edərək, məlumatları sorğu və ya parametrləri təyin etmək üçün yerləşdirilən metri yerləşdirə bilərlər.