|
| |
|
Слаботочка Книги -20dB -80- lOdB -lOOJ -50dB
1к 10к ЧАСТОТА, Гц 100к Рис. 13. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики антиалайзинговой схемы после компенсации паразитной индуктивности Данный метод компенсации хорошо работает, если полюс, возникающий из-за наличия паразитной индуктивности у шунта, находится на частоте не выше приблизительно 25 кГц. Если нуль характеристики находится на гораздо более высокой частоте, его влияние может быть устранено просто добавлением дополнительной RC-цепочки в канале VI с полюсом, располагающимся гораздо выше, чем полюс антиалайзингового фильтра, например, RC-цепочки 100 Ом + 0,033 мкФ. При выборе шунта нужно руководствоваться требованием, чтобы его паразитная индуктивность была минимальна. Это особенно важно для шунтов с низким сопротивлением, ниже приблизительно 200 мкОм. Обратите внимание, что чем меньше сопротивление шунта, тем ниже частота, на которой располагается нуль характеристики при данной паразитной индуктивности (Нуль = Rshi/Lshi). КОНСТРУКЦИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ в данном счетчике используется простой недорогой источник питания, основанный на емкостном делителе на конденсаторах С17 и С18. Большая часть сетевого напряжения падает на конденсаторе С17, пленочном металлизированном полиэстеровом конденсаторе емкостью 0,47 мкФ на 250 В. Импеданс конденсатора С17 обеспечивает эффективную работу источника питания. В то же время величина конденсатора С17 соответствует требованиям стандарта IEC1036 по потребляемой мощности. Суммарная потребляемая мощность в цепи напряжения, включая источник питания, определяется в разделе 4.4.1.1 стандарта IEC1036 (1996-9). Общая потребляемая мощность не должна превышать в номинальном режиме 2 Вт и 10 ВА. Номинальное значение потребляемой мощности в данной конструкции составляет 7 ВА, при этом активная мощность, потребляемая источником питания, составляет 0,5 Вт. Вместе с мощностью, рассеиваемой на шунте при токе 40 А, суммарная потребляемая мощность счетчика составит 1,06 Вт. На рис. 14 показана схема источника питания.  Рис. 14. Схема источника питания Графики, показанные на рис. 15, 16, 17 и 18 иллюстрируют работу источника питания при большой нагрузке, подключенной к сети (50 А) и при изменении напряжения сети от 180 до 250 В. Самую большую нагрузку на источник питания представляет собой ток, необходимый для управления шаговым двигателем электромеханического счетчика; этот двигатель имеет сопротивление обмоток порядка 400 Ом. Это наглядно видно на кривой напряжения VI (напряжение на конденсаторе С18) на нижеприведенных графиках. Чтобы устранить расхождение фаз сигналов между каналами V1 и V2, полюс в канале V2 должен быть расположен точно также. При значении С = 0,033 мкФ, новая величина резистора в антиалайзинговом фильтре в канале V2 должна составлять приблизительно 1,23 кОм (используйте 1,2 кОм). На рис. 13 показано, как влияет схема компенсации на фазо-частотную и амплитудно-частотную характеристики антиалайзингового фильтра в канале VI. Пунктирной линией показана частотная характеристика канала V2 при использовании реальных величин заново рассчитанных компонентов, т.е. 1,2 кОм и 0,033 мкФ. Сплошной линией показана частотная характеристика канала VI с учетом паразитной индуктивности шунта. Обратите внимание, что АЧХ и ФЧХ очень близки к идеальным, показанным пунктирными линиями. Это соответствие обеспечивается действием схемы компенсации.
ВРЕМЯ, С Рис. 15. Напряжение на выходе источника питания при напряжении 220 В и нагрузке сети 50 А
ВРЕМЯ, С Рис. 16. Ток на выходе источника питания при напряжении 220 В и нагрузке сети 50 А Рис. 17. Напряжение на выходе источника питания при напряжении 180 В и нагрузке сети 50 А
ВРЕМЯ, С Рис. 18. Напряжение на выходе источника питания при напряжении 180 В и нагрузке сети 50 А АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ, СВЯЗАННЫЕ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ СЧЕТЧИКА К ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОМЕХАМ В разделе 4.5 стандарта IEC1036 сказано: Счетчик должен быть разработан так, чтобы проведенные или излученные электромагнитные помехи, а также электростатические разряды не повреждали счетчик и не оказывали на его работу существенного влияния. Речь здесь идет о следующих воздействиях: 1. Электростатические разряды 2. Электромагнитные высокочастотные поля 3. Быстрые импульсы тока, вызванные переходными процессами Все меры предосторожности и схемотехнические средства (такие как ферритовые бусины, конденсаторы, фильтрующие напряжение сети, большие по размерам резисторы для поверхностного монтажа, технически грамотная разводка печатной платы, предусматривающая хорошее заземление) способствуют определенному повышению степени защиты электроники счетчика от различных видов электромагнитных помех. Некоторые средства (например, ферритовые бусинки), однако, играют более важную роль в защите схемы от определенных видов помех (таких как радиочастотные помехи и импульсы от переходных процессов). Ниже обсуждается характер воздействия всех перечисленных помех и рассматривается, какие средства защиты применяются в каждом случае. 5427452 и D3. Защита аналогового входа V2P обеспечена большим импедансом схемы делителя, который используется для калибровки. Еще один очень широко распространенный и недорогой способ защиты от электростатического разряда - использование разрядных промежутков на компонентной стороне печатной платы - см. рис. 19. Однако, так как счетчик будет, скорее всего, работать на открытом воздухе и будет часто подвергаться электростатическим разрядам, этот способ не рекомендуется для некоторых чувствительных точек, таких как точки соединения с шунтом. Многократные разряды могут привести к появлению нагара в искровом промежутке, что может вызвать короткое замыкание или привнести в схему дополнительный импеданс, который со временем повлияет на точность прибора. В данной конструкции искровой промежуток был введен в схему источника питания после варистора (обозначенного на схеме аббревиатурой MOV - metal oxide varistor) чтобы блокировать любые высоковольтные и быстрые разряды. V ИМПУЛЬС к ВНЕШНИМ ЦЕПЯМ К СЧЕТЧИКУ ДОРОЖКА (СИГНАЛ) 6-9 ММ, БЕЗ ПОКРЫТИЯ ПРИПОЕМ I 1-31 ИМПУЛЬС РАЗРЯЖАЕТСЯ ЧЕРЕЗ ИСКРОВОЙ ПРОМЕЖУТОК СИГНАЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ Рис. 19. Блокировка прохождения высоковольтных импульсов при помощи искрового промежутка ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЧ ПОЛЯ Тестирование проводилось в соответствии со стандартом IEC100-4-3. Восприимчивость интегральных микросхем к радиочастотным воздействиям, как правило, наиболее выражена в полосе частот 20 - 200 МГц. Сигналы более высокой частоты обычно шунтируются паразитными емкостями. В целом, для интегральной микросхемы воздействие радиочастотного сигнала в полосе 20 - 200 МГц является широкополосным в сущности, то есть не существует какой-то частоты помехи, которая влекла бы больше неприятностей, чем другая. Однако чувствительность к каким-то определенным частотам может быть более выражена ввиду резонансных свойств разводки печатной платы. Эти резонансы могут вызвать дополнительное усиление на определенных частотах, и для чувствительного устройства это может стать причиной проблем Большая часто радиочастотных помех попадает в устройство через соединительный кабель. Это место соединения должно быть защищено. Существуют следующие способы защиты устройства: ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РАЗРЯД (ESD) Хотя многие чувствительные электронные компоненты содержат на кристалле определенные средства защиты от электростатического разряда, эти средства не могут защитить от грубых разрядов, которые описаны ниже. Другая проблема заключается в том, что эффект от электростатических разрядов кумулятивный, т.е. устройство может выжить после электростатического разряда, но это не значит, что оно и в будущем останется исправным после многократного повторения таких же разрядов. Лучше всего избегать разряда или подавлять электростатический заряд до того, как он подействует на чувствительную электронику. То же самое можно сказать и о других видах электромагнитных воздействий. Данный тест проводится в соответствии с IEC1000-4-2 в следующих условиях: - Контактный разряд; - Нагрузочный тест 4 категории; - Тест на напряжение 8 кВ; - Количество разрядов = 10. Часто бывает, что дополнительные компоненты для защиты устройства не нужны. С учетом некоторых деталей уже имеющиеся в схеме компоненты могут играть двойную роль. Например, счетчик должен быть защищен от электростатического разряда в той точке, где он взаимодействует с внешним миром , то есть в точке соединения с шунтом. Микросхема AD7755 соединена с шунтом через два низкочастотных (антиалайзинговых) фильтра, которые необходимы для работы АЦП (см. раздел Антиалайзинговые фильтры ). Этого RC-фильтра также может быть достаточно для защиты от электростатических разрядов микросхем, выполненных по технологии КМОП. Однако, некоторые меры должны быть предусмотрены. Например, резисторы не должны быть проволочными, так как разряд может легко преодолеть такой резистор. Кроме того, резисторы должны быть большого размера, чтобы предотвратить искровой разряд через резистор. В данной конструкции в антиалайзинговом фильтре использовались резисторы для поверхностного монтажа мощностью 1/8W типоразмера 1206 Также для соединения с шунтом были применены две ферритовые бусины. Такой дроссель особенно эффективен для замедления быстрого нарастания тока, вызванного электростатическим разрядом. Высокочастотная энергия импульса рассеивается в феррите, прежде чем она окажет воздействие на чувствительные компоненты устройства. (Свойства феррита будут обсуждены ниже). Также с выводами счетчика напрямую соединена схема блока питания. Таким образом, разряд будет рассеиваться на ферритовом дросселе, фильтрующем конденсаторе (С16) и диодах выпрямителя D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 |