15kV ESD notika un īpašību digitālais enerģijas skaitītājs ar vienkāršotu shēmu un augstu stabilitāti

 1. Risinājuma pārskats​

Šis risinājums mērķis ir sniegt augstas veiktspējas, augstas uzticamības digitālo elektroenerģijas rēķinātāju dizainu. Risinājuma sirds ir inovatīva galvenā pulsa līdzekļa shēma galvenajam vadības čipam, kas efektīvi risina tradicionālo digitālo elektroenerģijas rēķinātāju būtiskās vājnes attiecībā uz anti-elektrostātisko interferenci (ESD). Rēķinātājs var stabili nokļūt cauri 15kV bezkontaktnai elektrostātiskai izšķidrināšanas testēšanai, tādējādi piedāvājot priekšrocības, piemēram, vienkāršota šķērpu struktūra un augsta pulsu stabilitāte. Tas ir piemērots rūpnieciskiem enerģijas monitorēšanas scenārijiem, kas prasa stingras uzticamības un stabilitātes prasības.

​2. Nozares grūtības un tehniskais fons​

​2.1 Nozares grūtība: Vāja Anti-Elektrostātiskā Interferenču Spēja​

Rūpnieciskos apstākļos elektrostātiska izšķidrināšana (ESD) ir galvenais elektroniskā aprīkojuma kļūdu cēlonis. Tradicionālie digitālie elektroenerģijas rēķinātāji ir ļoti nospiedami sistēmas atkārtotas iestatīšanai vai funkciju anomalijām dēļ interferences standarta 15kV bezkontaktnes ESD testēšanas laikā, nepildot augstās uzticamības lietojumu prasības.

​2.2 Tehniskais fons: Esošo risinājumu analīze​

Anti-ESD izaicinājumi esošajos digitālos elektroenerģijas rēķinātājos galvenokārt nāk no to galvenā pulsa frekvences dizaina:

• ​Risinājums 1: Augstfrekvences kristāla oscilatora tieša savienojums:​​ Galvenais vadības čips tiek tieši savienots ar 25MHz augstfrekvences kristāla oscilatoru, kas prasa divus ārējos kompensācijas kondensatorus. Lai gan šī struktūra ir vienkārša, tā cieš no zemas chipa I/O portu (izstrādātiem ar zemu enerģijas patēriņu) parasti vājā ESD resistence. Augstfrekvences signāls ir jūtīgs pret ESD impulsu interferenci, ko var izraisīt sistēmas krāšanos.
• ​Risinājums 2: Zemfrekvences kristāla oscilators ar frekvences reizināšanu:​​ Tiešām tiek izmantots zemfrekvences kristāla oscilators un tiek reizināts līdz augstai frekvencei, izmantojot iekšējo fāzes slēgto kontūru (PLL). Šis pieejas nodrošina dažas uzlabojumus pret tiešo interferenci, bet nevar fundamentāli atrisināt elektrostātiskās kopplēšanas problēmu, rezultātā nepietiekama anti-interferenču veiktspēja.

Abi tradicionālie risinājumi nespēj garantēt stabila rēķinātāja darbību smagā elektromagnētiskā vide.

​3. Rēķinātāja vispārējā struktūra un funkcija​

Šis risinājuma rēķinātājs izmanto modulāru dizainu, sastādāmā no sešiem pamatmoduļiem, kas tiek piegādāti no vienotā enerģijas moduļa. Struktūra ir skaidra, un funkcijas ir labi definētas. Katra moduļa savienojumi un funkcijas ar galveno vadības čipu ir šādi:

​4. Galvenās tehniskās priekšrocības​

​4.1 Uzlabota Anti-Elektrostātiskā Interferenču Spēja​

Šī risinājuma kritiskākā priekšrocība ir galvenā pulsa inovatīvais dizains. Atlikusi interferenču aizdomīga augstfrekvences kristāla tieša savienojuma shēma, galvenais vadības čips izmanto 32768Hz zemfrekvences kristālu kā galveno frekvences ievadi. Tā kā zemfrekvences oscilācijas signāli ir ar zemu ārējo radiācijas intensitāti un ir mazāk jūtīgi pret ārējo augstfrekvences troksni (piemēram, ESD impulsiem) kopplēšanas interferenci, anti-interferenču veiktspēja tiek būtiski uzlabota avotā. Šis dizains veiksmīgi risina tradicionālo rēķinātāju grūtības, ļaujot stabili nokļūt cauri 15kV bezkontaktnai ESD testēšanai un nodrošinot uzticamu darbību sarežģītos rūpnieciskos apstākļos.

​4.2 Vienkāršota šķērpu struktūra​

Izvēlētais galvenais vadības čips (MSP430F5438A) ir iebūvēts kompensācijas kondensators tā iekšējam zemfrekvences oscilatora šķērpam. Šis dizains novērš divus ārējos kompensācijas kondensatorus, kas nepieciešami tradicionālajā augstfrekvences kristāla shēmā, vienkāršojot PCB izkārtojumu, samazinot komponentu skaitu un materiālu izmaksas, samazinot ražošanas lotišanas sarežģītību un uzlabot produktu saskaņotību un uzticamību.

​4.3 Augstāka pulsu stabilitāte​

• ​Stabils sistēmas programmatūras pulss:​​ 32768Hz kristāls, pēc frekvences sadalīšanas, var radīt precīzu 1Hz sekundes pulsa signālu, kā pamats sistēmas programmatūras pulsam. Tā stabilitāte un precizitāte ir daudz labāka nekā pulsi, kas radīti programmatūras simulācijas vai augstfrekvences sadalīšanas ceļā.
• ​Stabils mērīšanas pulss:​​ ADC mērīšanas pulss, kas tiek izmantots energoresursu mērīšanai rēķinātājā, arī izriet no šī stabila zemfrekvences pulsa, nodrošinot precīzu sprieguma, strāvas, enerģijas un citu elektrisku parametru mērīšanu un aprēķināšanu. Tas nodrošina datu pamatu augstākā kvalitātei enerģijas pārvaldībai.

​5. Sistēmas darbības princips​

Rēķinātāja darbības darbības gaita ir šāda:

1. ​Ieslēgšana:​​ Enerģijas modulis saņem AC ievadi, izmantojot AC-DC palīgelektrības avotu, to pārvērš un atsevišķi izveido 5V, 3.3V un atsevišķu 5V spriegumu. Tie piegādā Signāla iegūšanas šķērpu, Galveno Kontroles Sistēmu (ieskaitot Reālo laiku, Atmiņu, Rādītāja kontrolēšanas moduli) un Komunikācijas saskarni, novedot visus moduļus gatavībā.
2. ​Signāla iegūšana:​​ Signāla iegūšanas šķērps nepārtraukti iegūst sprieguma un strāvas signālus no trīs fāžu elektrotīkla. Pēc apstrādes (piemēram, sadalīšana, strāvas transformācija, pastiprināšana ar operāciju pastiprinātājiem, līmeņa pārveidošana) tie nosūta analoģsignālus, kas pārstāv elektrotīkla parametrus, uz Galveno Vadības Čipu.
3. ​Signāla apstrāde:​​ Galvenais Vadības Čips pirmkārt pārveido saņemtos analoģsignālus par digitālajiem signāliem, izmantojot savu integrēto AD konvertētāju. Pēc tam, kombinējot ar Reālā laika timestamp, tā veic aprēķinus un analīzi digitālajiem signāliem, lai iegūtu nepieciešamos elektriskos parametrus (piemēram, efektīvo spriegumu/strāvu, aktīvo/reaktivu enerģiju, enerģijas faktoru, frekvenci).
4. ​Datu izvade un interakcija:​​
• ​Kopēšana:​​ Apstrādātie dati tiek saglabāti Iekšējā informācijas atmiņā, lai nodrošinātu vēsturisko datu meklēšanu un slodzes analīzi.
• ​Rādīšana:​​ Dati tiek vienlaikus nosūtīti Rādītāja kontrolēšanas modulim, lai reāllaikā atjauninātu LCD rādītāju.
• ​Komunikācija:​​ Dati tiek reāllaikā iestrādāti attālinātajam monitorēšanas centram, izmantojot RS485 Komunikācijas saskarni, lai nodrošinātu attālinātu monitorēšanu.
• ​Kontrole:​​ Lietotāji var lokāli pārvaldīt rēķinātāju, izmantojot pogas rādītāja modulī, lai meklētu datus vai iestatītu parametrus.