15кВ ESD иммунттықтықпен қысқартылған схемасы және жоғары стабилділікке ие цифрлық энергия өлшергіштің құрылымы

 1. Шешім жалпысы​

Бұл шешім жоғары өнімді, жоғары тиімділікті сандық энергия санғауын ұсынуға бағытталған. Шешімдің негізі - басты басқару микропроцессоры үшін инновациялық негізгі такттык контур дизайні, ол традиционды сандық энергия санғаушылардың электростатикалық ауыртастық (ESD) қаршылығына қатысты қолданыстағы слабын тиімді шешеді. Санғаушы 15кВ контактті емес электростатикалық ауыртастық тестін стабильно өткізуге болады, сонымен қатар, қысқартылған контур құрылымы мен жоғары такттық тұрақтылық сынақтарының артықшылығы бар. Бұл промышлендік энергия қарау сценарийлері үшін, міндетті тиімділік және стабилдік талаптары көп.

​2. Саланың проблемалары және техникалық негіз​

​2.1 Саланың проблемасы: Жоғары электростатикалық ауыртастық қаршылығы​

Промышлендік жағдайда, электростатикалық ауыртастық (ESD) электрондық тəжірибелердің құбылуының бірінші себептерінде болады. Традиционды сандық энергия санғаушылар стандартты 15кВ контактті емес ESD тесттерінен қолданыс уақытында системаны қайта іске қосу немесе функционалдық қателерге ыңғайлауы мүмкін, бұл жоғары тиімділік қолданыстардың талаптарын қанағаттанбайды.

​2.2 Техникалық негіз: Мүмкін болатын шешімдерді талдау​

Мүмкін болатын сандық энергия санғаушылардың ESD қаршылығының маңызды құбылысы - басты такттық тиімділікті дизайндау:

• ​Шешім 1: Жоғары дауысты кварцевый осциллятордың тікелей қосылуы:​​ Басты басқару микропроцессоры 25МГц жоғары дауысты кварцевый осцилляторға тікелей қосылады, екі сыртқы компенсация конденсаторы қажет. Бұл құрылым қарапайым, бірақ микропроцессордың I/O порттары (аз энергия қолдану үшін құрылған) жалпы ESD қаршылығы аз. Жоғары дауысты сигнал ESD пульстарында ауыртастыққа ұшырай алады, бұл система құбылуына ыңғайлауы мүмкін.
• ​Шешім 2: Төмен дауысты кварцевый осциллятор және дауысты арттыру:​​ Төмен дауысты кварцевый осциллятор қолданылады және ішкі фаза-құлау петле (PLL) арқылы жоғары дауысқа арттырылады. Бұл ықтималдық тікелей ауыртастыққа қатынасында қайта қалыптасуға қолданылады, бірақ электростатикалық байланыс проблемасын негізгі деңгейде шешпейді, бұл дұрыс емес қаршылықты қолданыс береді.

Екеуі де традиционды шешімдер күшті электромагниттік аймақтарда санғаушының стабилді қызмет етуін қамтамасыз ету үшін қиналған.

​3. Санғаушының жалпы құрылымы және функциялары​

Бұл шешімдегі санғаушы модулдық дизайн қолданылады, біріктірілген энергия құралы модулі арқылы жұмыс істейтін алты негізгі модулдан тұрады. Құрылым таза, функциялар түсіндірілетін. Аралардың және әр модулдың басты басқару микропроцессорына қосылуы және функциялары төмендегідей:

​4. Негізгі техникалық артықшылықтар​

​4.1 Жоғары электростатикалық ауыртастық қаршылығы​

Бұл шешімнің ең маңызды артықшылығы - басты такттық дизайнын инновациялық қолдану. Ауыртастыққа ыңғайлауы мүмкін жоғары дауысты кварцевый осциллятордың тікелей қосылу схемасын бөліп тастау, басты басқару микропроцессоры 32768Гц төмен дауысты кварцевый осцилляторды негізгі такттық вход ретінде қолданады. Төмен дауысты осцилляция сигналдары сыртқы радиация деңгейі төмен және сыртқы жоғары дауысты шумдар (ESD пульстары) үшін көп ыңғайлауы мүмкін, бұл негізгі деңгейде қаршылықты жақсартады. Бұл дизайн традиционды санғаушылардың проблемасын шешеді, 15кВ контактті емес ESD тестін стабильно өткізу және татаң промышлендік аймақтарда қуатты қызмет ету үшін қамтамасыз ету.

​4.2 Қысқартылған контур құрылымы​

Таңдалған басты басқару микропроцессоры (MSP430F5438A) ішкі төмен дауысты осцилляторлық контур үшін ішкі компенсация конденсаторы бар. Бұл дизайн традиционды жоғары дауысты кварцевый схемаларда қажет болатын екі сыртқы компенсация конденсаторын өшіреді, PCB құрылымын қысқартады, компоненттер санын және материалдық заттарды азайтады, өндірістерді жабу қиындығын азайтады, продукттың бірдейдігін және тиімділігін жақсартады.

​4.3 Жоғары такттық тұрақтылық​

• ​Стабилді системалық программалық такт:​​ 32768Гц кварцевый, такттық бөлу арқылы, тезекті 1Гц секунд такт сигналын қолдануға болады, системаның программалық тактың негізі болады. Оның стабилділігі және дәлдігі программалық симуляция немесе жоғары такттық бөлу арқылы қолданылатын такттарға қарағанда көптеген жағдайда жақсарылған.
• ​Стабилді санғау такты:​​ Санғаушыда энергия өлшемдері үшін қолданылатын ADC өлшемдері де бұл стабилді төмен дауысты такттан шығады, бұл напряжение, ток, энергия және басқа электр параметрлерін өлшегенде және есептеу арқылы дәлдікті қамтамасыз етеді. Бұл жоғары сапатты энергия басқару үшін деректер негізін қолдайды.

​5. Системаның қызмет ету принципі​

Санғаушының қызмет ету процессі төмендегідей:

1. ​Энергия қосылуы:​​ Энергия құралы модулі AC-DC көмекші энергия құралы арқылы AC кірісін қабылдайды, оны 5В, 3.3В және айрылған 5В напряженияға айналдыратын. Бұл сигналдарды қамтамасыз ету контуры, басты басқару системы (реалдық уақыт, энергия, көрсету басқару), және хабарласу интерфейсіне қосылады, барлық модулдер қызмет ету үшін даяр болады.
2. ​Сигналдарды қамтамасыз ету:​​ Сигналдарды қамтамасыз ету контуры модулі үш фазалы энергия тармагынан тұрақты напряжение және ток сигналдарын қамтамасыз етеді. Обработка (бөлу, ток трансформациясы, операцыоналдық көбейткіштер арқылы арттыру, деңгей өзгерту) арқылы аналог сигналдары басты басқару микропроцессорына жіберіледі.
3. ​Сигналдарды өңдеу:​​ Басты басқару микропроцессоры алған аналог сигналдарды өзінің интегралдық AD конвертері арқылы цифирлік сигналдарға айналдыратын. Содан кейін реалдық уақыт такты арқылы цифирлік сигналдарды есептеу және талдау арқылы қажетті электр параметрлерін (MES/tok, активті/reaktiv энергия, энергия коэффициенты, такт) алуға болады.
4. ​Деректерді шығару және қоғамдастыру:​​
• ​Сақтау:​​ Өңделген деректер ішкі ақпаратты сақтау модуліне сақталады, тарихи деректерді және жүк анализін қолдану үшін.
• ​Көрсету:​​ Деректер ЖК көрсеткісінде нақты уақытта жаңартылады.
• ​Хабарласу:​​ Деректер RS485 хабарласу интерфейсі арқылы алыс қолданыс басқаруына нақты уақытта жіберіледі, алыс қолданыс үшін.
• ​Басқару:​​ Пайдаланушылар көрсету модулінің түймелері арқылы санғаушыны ортақ қолдану үшін деректерді іздеу немесе параметрлерді қостыру үшін қолдануға болады.