|
| |
|
Слаботочка Книги Ji Lci 4>iF r2--C2-son 10nF Cie llJlMOV Puc. 25. Генератор электрических импульсов для испытания счетчика Выходной сигнал этого генератора, подключенного к чисто резистивной нагрузке сопротивлением 50 Ом, показан на рис. 26. Без нагрузки амплитуда выходного импульса генератора составляет 4 кВ. Таким образом, так как внутреннее сопротивление генератора равно 50 Ом (нормируется стандартом IEC1000-4-4), то соотношение амплитуд выходного импульса без нагрузки и с нагрузкой сопротивлением 50 Ом будет составлять 2:1. 4kVT50ATl< kW 3kV-- 2kV-- IkV-- 40A-- 80kW OV-L OA-L OW 20A-- 40kW 10A-- 20kW
3.00 1.04 ВРЕМЯ, МКС Рис. 26. Выходной сигнал генератора на нагрузке сопротивлением 50 Ом На графике на рис. 26 также показаны ток и мгновенная мощность (VI) на нагрузке. Суммарная энергия импульса представляет собой интеграл мощности и может быть приблизительно вычислена методом прямоугольника, как показано. Она равна приблизительно 4 мДж при напряжении 2 кВ, что соответствует спецификации. На рис. 27 показаны кривые напряжения на выходе генератора на нагрузке 50 Ом с подключенным параллельно варистором и небольшой индуктивностью (5 нГн). Индуктивность подключена для того, чтобы учесть паразитные индуктивности дорожек печатной платы и выводов элементов. Хотя результат моделирования показывает, что электрический импульс был ослаблен (до 600 В) и большая часть энергии была рассеяна на варисторе (только 0,8 мДж пришлось на нагрузку 50 ОМ), необходимо учитывать, что паразитные индуктивности и емкости могут привести к тому, что варистор будет неэффективен. Для примера на рис. 28 показана форма сигнала в той же схеме, но индуктивность увеличена до 1 мкГн; такая индуктивность вполне может быть получена, если не будет уделено соответствующее внимание разводке платы Тогда амплитуда импульса опять может достигать 2 кВ.
400V--10A- aOOV-- 5A-- -\-\- МОЩНОСТЬ (HA НАГРУЗКЕ 50 Ом)  3.00 3.04 3.08 3.12 ВРЕМЯ, МКС 3.1* 3.20 Рис. 27. Выходной сигнал генератора на нагрузке сопротивлением 50 Ом с подключенным варистором m 1.2 -0.4  НАПРЯЛ ЕНИЕ 3.00 3.0S 3.10 ВРЕМЯ, МКС 3.15 3.20 Рис. 28. Выходной сигнал генератора на нагрузке сопротивлением 50 Ом с подключенным варистором и паразитной индуктивностью 1 мкГи Если подключен конденсатор С16 (0,01 мкФ), то он обеспечивает для дифференциальных электрических импульсов низкоимпедансный путь. Рис. 29 иллюстрирует эффект, достигаемый подключением конденсатора С16. Здесь величина паразитной индуктивности (L1) по прежнему составляет 1 мкГн; к нагрузке присоединен варистор. На графике показан ток через конденсатор С16 и напряжение на нагрузке в 50 Ом. Конденсатор С16 обеспечивает низкоимпедансный путь для электрического импульса. Обратите внимание, что пиковый ток через конденсатор С16 составляет 80 А. В результате этого амплитуда электрического импульса значительно уменьшается. 300V т 20A 200V-- 100V-- 0V--  -100V1 -80A Puc. 29. Выходной сигнал генератора на нагрузке сопротивлением 50 Ом с подключенным варистором, индуктивностью в 1 мкГи и конденсатором С16 (0,01 мкФ) Стандарт IEC1000-4-5 Стандарта I ЕС 1000-4-5 утверждает общие правила оценки функционирования системы, которая подвергается воздействию мощных помех по проводам питания и соединительным кабелям. На рис. 30 показана схема, которая используется для генерации комбинированного импульса, описанного в стандарте IEC1000-4-5. Эта схема основана на схеме, приведенной в стандарте IEC1000-4-5 (1995-02) на рис. 1. Этот генератор выдает импульс напряжения 1,2 мкс/50 МКС без нагрузки и импульс тока 8 МКС/20 МКС при короткозамкнутом выходе, поэтому данный генератор носит название гибридного. Генератор импульсов имеет выходной импеданс 2 Ома. Этим импедансом определяется соотношение максимального напряжения при разомкнутой цепи к масимальному току при замкнутой цепи. R2 L1 10,lh
Puc. 30. Генератор импульсов в соответствии со стандартом IЕС1000-4-5 На рис. 31 показаны формы тока и напряжения на выходе генератора. Характеристики данного комбинированного генератора следующие: При разомкнутой цепи: - Напряжение от 0,5 кВ до 4,0 кВ (минимум); - Форма сигнала показана на рис. 31; - Разброс значения выходного напряжения ±10%. При короткозамкуном выходе: - Ток от 250 А до 2000 А; - Форма сигнала показана на рис. 31; - Разброс значения тока ±10%. Частота повторений импульсов - 1 импульс за 60 сек. 4kVx 2.0kА 3kV- - 1.5кА 2kV-- I.OkA IkV-- 0.5кА ovj- OA
40 60 ВРЕМЯ, МКС Рис. 31. Напряжение на разомкнутом выходе и ток при короткозамкнутом выходе генератора При подавлении подобного рода мощных и продолжительных импульсов варистор очень эффективен. На рис. 32 показано напряжение на варисторе при подключении его к генератору, изображенному на рис. 30. Также показаны формы тока и мгновенной мощности. Энергию, рассеянную на варисторе, нетрудно оценить методом прямоугольника, как показано. 1.0кУт2.0кАх1.5 0.8kV- - 0.6kV- - 0.4kV-- 0.2kV- - 1.5kA-- I.OkA-. O.SkA- - ovl oaI OW I.OMW  0.5MW 100 150 ВРЕМЯ, МКС Рис. 32. Энергия, рассеиваемая варистором при воздействии мощного импульса 4 кВ Ограничение импульсного тока через варистор Максимальный импульсный ток (и, следовательно, рассеиваемая энергия), который может выдержать варистор, зависит от того, сколько раз сколько раз варистор будет подвергаться таким импульсам в процессе эксплуатации. Ресурс варистора сокращается всякий раз, как он подвергается воздействию  10.000 SIEMENS MATSUSHITA COMPONENTS Рис. 33. Кривые зависимости максимально допустимого тока через варистор от продолжительности и числа импульсов Результаты теста на электромагнитную совместимость Данная разработка была полностью тестирована на электромагнитную совместимость независимыми специалистами. Тестирование было проведено фирмой Integrity Design & Test Services Inc., Littleton, MA 01460, USA. Конструкция была также тестирована на уровень излучения (EN 55022 Класс В) в соответствии с требованиями стандарта IEC1036:1996. Копию отчета по тесту можно получить с вебсайта фирмы Analog Devices по адресу: http: www.analog.com/techsupt/application notes/ ad7755/64567 e1.pdf Конструкция была также тестирована на устойчивость к электростатическому разряду, радиочастотному излучению, импульсному радиочастотному излучению и электрическим импульсам в соответствии со стандартом IEC1036:1996. Отчет по тесту доступен по адресу: http: www.analog.com/techsupt/application notes/ ad7755/64567 c1.pdf Копия сертификата на данную конструкцию приведена в разделе Результаты тестирования данного руководства по применению. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ При разработке печатной платы необходимо учитывать как устойчивость устройства к проведенным или излученным электромагнитным помехам, так и работу аналоговой части устройства. К счастью, существует много приемов разработки печатных плат, эффективных с точки зрения аналоговой и аналого-цифровой производительности системы, а также способствующих улучшению помехоустойчивости устройства. Основная идея заключается в изоляции тех частей устройства, которые наиболее чувствительны к шумам и электромагнитным помехам. Так как все этапы преобразования сигнала и его цифровая обработка происходят в ИС AD7755, то надежность работы устройства определяется в первую очередь тем, как защищена микросхема AD7755. Для того, чтобы обеспечить точность в широком динамическом диапазоне, та часть платы, которая ответственна за обработку сигналов, должна находиться в условиях минимального электрического шума. Шум приводит к росту погрешности в процессе аналогово-цифрового преобразования, выполняемого ИС AD7755. Обычным источником шума в любом устройстве со смешанными сигналами является шум шины земли , идущей к источнику питания. Здесь вьюокочастотный шум (возникающий из-за того, что цифровые сигналы имеют вьюокую скорость нарастания) может влиять на аналоговую часть устройства, т.к. шины земли аналоговой и цифровой частей имеют общий участок, идущий к источнику питания. Рис. 34 поясняет этот принцип. АНАЛОГОВАЯ ЧАСТЬ СХЕМЫ ЦИФРОВАЯ ЧАСТЬ СХЕМЫ  Рис. 34. Влияние цифрового шума через о6ш.ий импеданс земли импульса тока. В техническом описании варистора указывается максимальный неповторяющийся импульсный ток для импульсов длительностью 8 мкс/20 мкс. Если импульс тока будет более продолжительным, и если он может появиться более чем один раз за время работы варистора, данный максимальный ток необходимо ограничить. На рис. 33 показаны характеристики варистора S20K275. Предполагая длительность импульсов равной 30 мкс и максимальный ток, как показано на рис. 32, максимальное число импульсов, которое может выдержать данный варистор без критического ухудшения параметров, равно 10. После многократных перегрузок (10 раз в данном случае) напряжение защиты варистора будет изменяться. Вначале оно несколько увеличится, затем будет бьютро падать. SIOV-S20K275 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||