15kV ESD Immune Digital Power Meter Design with Simplified Circuit & High Stability 15кВ ESD иммун дигитал энергия ҳисоблагичи сифатида тақсимоти соддалаштирилган ва орзуваи баланди бошқарони тасвирлаш

 1. Yechilma tushunchalari​

Ushbu yechilma juda yaxshi xususiyatlarga ega va ishonchli digital elektr energiya hisoblagichni taqdim etish maqsadida mo'ljallangan. Yechilmaning asosiy qismi, asosiy boshqaruv chipining innovatsion asosiy soat shemasi dizayniga joylashtirilgan, bu orqali traditsionel digital elektr energiya hisoblagichlarning statik elektr to'k o'zgarishi (ESD) ga qarshi noto'g'ri xususiyatlarini samarali hal etadi. Hisoblagich 15kV non-kontaktni o'tkazib beradi, shuningdek, shartnomaviy elektronika tizimlari uchun talab qilingan ishonchli va barqarorlik talablarni qanoatlantiradi.

​2. Soha muammolari va texnologik orzu​

​2.1 Soha muammolari: Statik elektr to'k o'zgarishi (ESD) ga qarshi zinovchi imkoniyatlar​

Sanoat maydonlarda, ESD elektron tajribalar yo'qotishning asosiy sababi bo'lib, traditsional digital elektr energiya hisoblagichlari 15kV non-kontaktni o'tkazishda sistemani tiklash yoki funktsiyada noqulaylikka olib kela oladi, bu esa ishonchli tashkil etish uchun talab qilinmaydi.

​2.2 Texnologik orzu: Joriy yechimlar tahlili​

Joriy digital elektr energiya hisoblagichlarning ESD ga qarshi muammolari asosan asosiy soat chastotasining dizaynidan kelib chiqadi:

• ​Yechim 1: Yuqori chastotali kristal osilatorini to'g'ridan-to'g'ri ulash:​​ Asosiy boshqaruv chipi 25MHz yuqori chastotali kristal osilatoriga to'g'ridan-to'g'ri ulanadi, ikki tashqi kompensatsiya kondensatorini talab qiladi. Bu struktura oddiy, lekin bu dizaynda I/O portlar (past energiya sarflanish uchun mo'ljallangan) umumiy ravishda ESD ga qarshi zinovchan bo'lmaydi. Yuqori chastota signallari ESD pulslari orqali nazoratdan o'tkazilishi mumkin, bu esa tizimni tortishga olib kela oladi.
• ​Yechim 2: Past chastotali kristal osilator bilan chastota ko'paytirish:​​ Past chastotali kristal osilator ishlatiladi va ichki fazalash zanjir (PLL) orqali yuqori chastotaga ko'paytiriladi. Bu yondashuv to'g'ridan-to'g'ri ta'sirga qarshi yengilroq yechimni taklif etadi, ammo statik elektr to'k o'zgarishi muammolarni butunlay hal qila olmaydi, bu esa kamroq yaxshi nazorat natijasini beradi.

Ikkala an'anaviy yechimlar ham tortib turuvchi elektromagnit maydonlarda hisoblagichning ishonchli ishlashini ta'minlashda muammoga duch keladi.

​3. Hisoblagichning umumiy strukturi va funksiyalari​

Ushbu yechilma hisoblagichi modullar dizaynini qo'llab, beshta asosiy moduldan iborat, har biri birlashtirilgan energiya ta'minot moduli orqali energiya ta'minlanadi. Struktura aniq, funksiyalar aniqlangan. Har bir modulning asosiy boshqaruv chipiga ulanish va asosiy vazifalari quyidagicha:

​4. Asosiy texnikaviy afzalliklar​

​4.1 Statik elektr to'k o'zgarishi (ESD) ga qarshi yaxshi imkoniyatlar​

Ushbu yechilmaning eng muhim afzalligi asosiy soatning innovatsion dizaynidir. Yuqori chastotali kristal to'g'ridan-to'g'ri ulanish shemasini rad etib, asosiy boshqaruv chipi 32768Hz past chastotali kristalni asosiy chastota kirishi sifatida ishlatadi. Past chastotali osilatsiya signalari tashqi radiatsiya intensiteti past bo'lib, tashqi yuqori chastotali ovinoq (masalan, ESD pulslari) tomonga nisbatan nazoratdan o'tkazilishi kam, bu esa manbada nazorat imkoniyatini olib boradi. Bu dizayn aniq hisoblagichlar muammolarini hal qiladi, 15kV non-kontaktni o'tkazishni ta'minlaydi va murakkab sanoat maydonlarda ishonchli ishlashni ta'minlaydi.

​4.2 Oddiylandirilgan shema strukturas​

Tanlangan asosiy boshqaruv chipi (MSP430F5438A) ichki past chastotali osilator shemasiga ichki kompensatsiya kondensatoriga ega. Bu dizayn an'anaviy yuqori chastotali kristal shemalarida talab qilinadigan ikki tashqi kompensatsiya kondensatorini bekor qiladi, PCB joylashtirishni oddiylaydi, komponentlar sonini va material miqdorini kamaytiradi, ishlab chiqarish joylashtirishni murakkabligini kamaytiradi va mahsulot doimiyligini va ishonchiligini oshiradi.

​4.3 Yuqori soat stabilizatsiyasi​

• ​Stabil tizim dasturiy soati:​​ 32768Hz kristal, chastota bo'linishidan keyin, aniq 1Hz sekund soat signalini yaratadi, bu tizimning dasturiy soati uchun asos bo'lib, uning stabilizatsiya va aniqlik, dasturiy simulatsiya yoki yuqori chastota bo'linishidan yaratilgan soatlardan ancha yaxshi.
• ​Stabil hisoblash soati:​​ Hisoblagichdagi energiya hisoblash uchun ishlatiladigan ADC namuna olish soati ham bu stabil past chastotali soatdan kelib chiqadi, bu esa voltaj, tok, quvvat va boshqa elektr parametrlarini aniq namuna olish va hisoblashni ta'minlaydi. Bu yaxshi energiya boshqarish uchun ma'lumot asosini taqdim etadi.

​5. Tizim ishlash printsipi​

Hisoblagichning ishlash jarayoni quyidagicha:

1. ​Energiya ta'minoti:​​ Energiya ta'minot moduli AC-DC qo'shimcha energiya ta'minot orqali AC kirishni qabul qilib, uni 5V, 3.3V va ajratilgan 5V voltgacha o'tkazib, Signal to'plash shemasiga, Asosiy boshqaruv tizimiga (Vaqtinchalik soat, Xotira, Ko'rsatmalar boshqaruv), va Ma'lumot almashish interfeysiga ta'minlaydi, bu erda barcha modullar tayyor holatga keltiriladi.
2. ​Signal to'plash:​​ Signal to'plash shemasining moduli uchfazoviy elektr tarmog'idan voltaj va tok signalini doimiy o'qiydi. Ishtirok (masalan, bo'linish, tok transformatsiya, amplyfikatorlar orqali amplifikatsiya, daraja o'zgartirish) dan keyin, elektr tarmog'i parametrlarini ifodalaydigan analog signalni Asosiy boshqaruv chipiga jo'natiadi.
3. ​Signal ishlov berish:​​ Asosiy boshqaruv chipi olingan analog signalni ichki AD konvertori orqali raqamli signalga aylantiradi. Keyin, Vaqtinchalik soatning vaqt belgisini bilan birlashtirib, raqamli signalni hisob-kitob va tahlil qilib, kerakli elektr parametrlarni (masalan, efektiv voltaj/tok, aktiv/reaktiv quvvat, quvvat faktori, chastota) aniqlaydi.
4. ​Ma'lumot chiqishi va almashish:​​
• ​Xotirada saqlash:​​ Islovlangan ma'lumot Ichki ma'lumot xotirasiga saqlanadi, bu yerda tarixiy ma'lumotlarni izlash va yuk tahlilini amalga oshirish mumkin.
• ​Ko'rsatish:​​ Ma'lumot LCD ekranini o'zgartirish uchun Ko'rsatmalar boshqaruv moduliga yuboriladi.
• ​Ma'lumot almashish:​​ Ma'lumotlar RS485 Ma'lumot almashish interfeysi orqali masofaviy monitoring markaziga real vaqtda yuklanadi, bu yerda masofaviy monitoringni amalga oshirish mumkin.
• ​Boshqarish:​​ Foydalanuvchilar ko'rsatmalar modulidagi tugmalardan foydalanib, ma'lumotlarni izlash yoki parametrlarni sozlash uchun hisoblagichni lokal ravishda boshqarishlari mumkin.