Thiết kế bộ đo năng lượng giá rẻ sử dụng AD7753 AD7755

Hướng dẫn chi tiết thiết kế bộ đo năng lượng giá rẻ với độ chính xác cao phù hợp với các tiêu chuẩn IEC, các thông số đo cồng công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến, độ lệch pha. Tìm hiểu về các tham số cần đạt được trong các tiêu chuẩn đo lường chất lượng và cách khắc phục nhiễu để đạt được các tham số này.

BỘ ĐO NĂNG LƯỢNG – CÔNG SUẤT DỰA TRÊN AD7755

(AD7753)

 MỤC TIÊU CỦA THIẾT KẾ

Tiêu chuẩn quốc tế IEC1036 (1996-09) – bộ đo năng lượng tích cực watt-hour cho dòng xoay chiêu (classes 1 và 2) như là một thông số kỹ thuật căn bản cho thiết kế này Đối với độc giả quen thộc hơn với các thông số kỹ thuật ANSI C12.16 thì sẽ thấy ở chú ý trong phần cuối của ứng dụng với các so sánh giữa hai tiêu chuẩn Phần này giải thích các thông số chính IEC1036 có một vài điểm tương đương với ANSI

Thiết kế vượt quá các thông số cơ bản này để đáp ứng nhiều yêu cầu về độ chính xác, như hệ số công suất đơn vị và ở hệ số công suất thấp (PF = ±0.5) Thêm nữa là hiệu suất của

bộ đo có thể tăng lên tới 500 Tiêu chuẩn IEC1036 chỉ rõ độ chính xác trên một dải là 5% Ib đến IMAX- nhìn bảng dưới Giá trị phổ biến của IMAX là 400% đến 600% Ib Bảng dưới phác thảo các yêu cầu về độ chính xác đối với bộ đo watt-giờ Phạm vi dòng điện (dải rộng) đối với độ chính xác được ghi rõ trong hệ số Ib (dòng cơ bản)

Chú ý:

Các phạm vi dòng điện được chỉ định độ chính xác trong bảng 1 là được biểu diễn ở

hệ số của dòng điện cơ bản (Ib) Dòng điện cơ bản được định nghĩa trong IEC1036 như là giá trị của dòng điện tương ứng với hiệu suất phù hợp của bộ đo kết nối trực tiếp cố định

I MAX là dòng tối đa mà độ chính xác được duy trì

Hệ số công suất (PF) trong bảng 1 liên quan tới mối quan hệ pha giữa các dạng sóng dòng điện và điện áp cơ bản (45 – 65Hz) PF trong trường hợp này có thể được định nghĩa đơn giản là PF = cos (θ), ở đây θ là góc pha giữa dạng sóng sin thuần của dòng điện và điện

áp Chỉ số lớp được định nghĩa trong IEC1036 như những giới hạn lỗi phần trăm cho phép

và được định nghĩa như công thức:

Sơ đồ nguyên lý dưới đây trình bày cách thực hiện của một bộ đo watt-giờ giá rẻ Một shunt được sử dụng để cung cấp sự chuyển đổi dòng điện tới điện áp cần thiết cho AD7755

và mạng chia trở đơn giản để làm suy giảm điện áp dây Thanh ghi năng lượng (kWh) là một

bộ đếm cơ điện tử đơn giản sử dụng một motor stepper hai pha AD7755 cung cấp trực tiếp khả năng lái cho bộ đếm này AD7755 cũng cung cấp một đầu ra tần số cao ở chân CF

chohawngf số bộ đo (3200 imp/kWh) Như vậy một đầu ra tần số cao có sẵn ở LED và đầu ra cách ly quang Đầu ra tần số cao này được sử dụng để tăng tốc quy trình hiệu chuẩn và cung cấp một phương tiện để xác nhận nhanh chóng chức năng bộ đo và độ chính xác trong môi trường sản xuất Bộ đo được hiệu chuẩn bằng cách thay đổi sự suy giảm điện áp dây sử dụng mạng điện trở R5 tới R14

 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ

AD7755 đưa một đầu ra tần số mà tỷ lệ thuận với giá trị trung bình thời gian được tạo

ra bởi hai tín hiệu điện áp Các tín hiệu điện áp đầu vào được đặt ở V1 và V2 Phương trình này được trình bày ở đây lần nữa để cho thuận tiện và sẽ được sử dụng để xác định tỷ lệ tín hiệu chính xác ở V2 để hiệu chuẩn đồng hồ đo về một hằng số cố định

Bộ đo trình bày ở hình trên được thiết kế để hoạt động ở một điện áp dây 220V và một dòng điện tối đa (IMAX) 40A Tuy nhiên, bằng việc chia tỷ lệ chính xác các tín hiệu trên

kênh 1 và kênh 2, có thể thiết kế bộ đo hoạt động ở bất kỳ điện áp dây và dòng điện tối đa nào

4 tùy chọn tần số có sẵn trên AD7755 sẽ cho phép thiết kế các bộ đo giống nhau với dòng IMAX lên tới 120A Dòng điện cơ bản (Ib) cho bộ đo này được chọn là 5A và phạm vi chính xác của dòng điện sẽ là 2% Ib tới IMAX, hoặc dải động của 400 (100mA tới 40A) Thanh ghi cơ điện (kWh) sẽ có một hằng số của 100imp/kWh, 100 xung từ AD7755 sẽ được yêu cầu đưa tới thanh ghi 1kWh IEC1036 phần 4.2.11 ghi rằng các thanh ghi điện từ có giá trị thấp nhất được ghi thành phần mười, mỗi phần được chia làm 10 phần Do đó màn hình với 5 + 1 digit được sử dụng 10,000s, 1,000s, 100s, 10s, 1s, 1/10s Hằng số bộ đo được chọn (cho hiệu chuẩn và kiểm tra) là 3200imp/kWh

 Điện áp tham chiếu cho AD7755

Mạch nguyên lý trong hình trên cũng cho thấy một mạch tham chiếu tùy ý Mạch tham chiếu on-chip của AD7755 có hệ số nhiệt độ thường là 30ppm/0C Tuy nhiên một phần thông số kỹ thuật ở cấp này không được đảm bảo và có thể cao tới 80ppm/0C Ở 80ppm/0C AD7755 ỗi ở -200C/+600C có thể có đến 0.65%, giả sử rằng hiệu chuẩn ở 250C

 Chọn shunt

Giá trị shunt (350µΩ) được chọn để sử dụng tối đa dải động trên kênh V1 (kênh dòng điện) Tuy nhiên có một số đánh giá quan trọng khi chọn lựa một shunt cho một ứng dụng đo năng lượng Đầu tiên, tối thiểu hóa công suất tiêu thụ trên shunt Tốc độ tối đa của dòng điện cho ứng dụng này là 40A, do đó, công suất tiêu tán tối đa trong shunt là (40A)2 x 350 µΩ = 560mW IEC1036 cho công suất tối đa này là 2W (bao gồm nguồn cấp) Thứ hai, công suất

tiêu tán cao hơn sẽ có thể tạo ra khó khăn trong việc kiểm soát vấn đề nhiệt độ Mặc dù shunt được sản xuất từ chất Manganin, đó là một hợp kim có hệ số nhiệt điện trở thấp, nhiệt độ cao

có thể gây ra lỗi đáng kể ở tải lớn Xem xét thứ 3 là khả năng của bộ đo để chống các rủi ro làm ngắn mạch pha Với giá trị shunt rất thấp, các tác động của việc ngắn mạch ngoài shunt giảm thiểu rất nhiều Do đó, shunt phải luôn được làm nhỏ nhất nhưng điều này cần phải được offset với phạm vi tín hiệu trên V1 (0mV – 20mV rms cùng với hệ số khuếch đại là 16) Nếu shunt được chế tạo quá nhỏ nó sẽ không có khả năng có được các yêu cầu về độ chính xác ở các tải nhỏ của IEC1036 Một shunt có giá trị là 350 µΩ được cho là tốt và phù hợp với thiết kế này

 Các tính toán thiết kế

Các tham số thiết kế:

Điện áp dây: 220V (thông thường)

IMAX = 40A (Ib = 5A)

Bộ đếm = 100 imp/kWh

Hằng số bộ đo = 3200 imp/kWh

Kích cỡ Shunt = 350 µΩ

100 imp/h = 100/3600 sec = 0.027777Hz

Bộ đo sẽ được hiệu chuẩn ở dòng Ib (5A)

Công suất tiêu thụ ở Ib = 220V x 5A = 1.1kW

Tần số trên F1 (và F2) ở Ib = 1.1 x 0.027777 Hz = 0.0305555 Hz

Điện áp hai đầu shunt (V1) ở Ib = 5A x 350 µΩ = 1.75 mV

Để chọn tần số F1-4 cho công thức, xem datasheet của AD7755, phần chọn tần số cho một bộ đo năng lượng Từ bảng 5 và bảng 6 trong datasheet có thể thấy rằng chọn lựa tốt nhất của tần số cho bộ đo với IMAX = 40A là 3.4 Hz(F2) Sự chọn lựa tần số này được thực hiện bởi các đầu vào logic S0 và S1 – xem bảng II trong datasheet Chọn tần số CF (hằng số đo) bằng cách sử dụng đầu vào logic SCF Hai tùy chọn có sẵn là 64 x F1 (6400 imp/kWh) hoặc 32 x F1 (3200 imp/kWh) Đối với thiết kế này, 3200 imp/kWh được chọn bằng cách cài đặt SCF về mức logic thấp Với một hằng số đo là 3200 imp/kWh và một dòng điện tối đa là 40A, tần số tối đa từ CF là 7.82 Hz Nhiều phương tiện hiệu chuẩn để bàn được sử dụng để xác nhận độ chính xác của bộ đo vẫn sử dụng công nghệ quang học Điều này sẽ giới hạn tần

số tối đa mà có thể tin cậy khi đọc ở khoảng 10Hz Chỉ còn lại một thông số chưa biết từ công thức trên là V2 hay mức tín hiệu trên kênh 2 (kênh điện áp)

Từ công thức 1 ở trang trước chúng ta có:

Do đó để hiệu chuẩn bộ đo, điện áp dây cần phải được làm suy giảm tới điện áp 248.9mV

 Hiệu chuẩn bộ đo

Từ các chương trước có thể thấy rằng bộ đo được hiệu chuẩn đơn giản bằng cách làm giảm điện áp dây xuống còn 248.9 mV Điện áp dây được làm giảm xuống bằng một bộ chia

áp sử dụng mạng điện trở như sơ đồ dưới đây ở trên Mạng điện trở sẽ cho phép phạm vi hiệu chuẩn ít nhất là ±30% để cho phép dung sai của shunt và dung sai tham chiếu trong chip là

±8% - xem datasheet Thêm nữa, mạng được cấu trúc sao cho độ lệch pha giữa hai kênh 1 và

2 được giữ nguyên, ngay cả khi hệ số suy giảm được điều chỉnh lại

Như có thể thấy từ hình trên, tần số -3dB của mạng này được xác định bằng R4 và C4 Ngay cả với tất cả jump đều đóng, trở kháng của R15 (330kΩ) và R16 (330kΩ) vẫn cao hơn nhiều R4 (1kΩ) Do đó sự thay đổi trở kháng trong chuỗi từ R5 tới R14 sẽ có ảnh hưởng một chút lên tần số -3dB của mạng Mạng được trình bày trong hình trên cho phép điện áp dây được giảm và được điều chỉnh trong dải từ 175mV tới 333mV với độ phân dải là 10 bits hoặc 154 µV Có được điều này bằng cách sử dụng chuỗi điện trở nhị phân dài từ R5 tới R14 Điều này sẽ cho phép bộ đo được hiệu chuẩn chính xác sử dụng công nghệ xấp xỉ nối tiếp Bắt đầu với J1, mỗi jumper được đóng theo thứ tự tăng dần, j1, j2, j3 Nếu tần số hiệu chỉnh trên CR là 32 x 100 imp/hr (0.9777 Hz) thì sẽ bị vượt quá khi tất cả jump được đóng, nó nên được mở lại Chú ý các jump được thực dùng có giá trị điện trở 0Ω và được đổ thiếc ở vị trí

đó Hướng tiếp cận này được ưu thích hơn là sử dụng biến trở bởi khả năng ổn định về sau trong những điều kiện môi trường không chắc chắn

Do hàm truyền của AD7755 vô cùng tuyến tính, hiệu chuẩn một điểm (Ib) ở hệ số công suất đơn vị là tất cả những gì cần thiết cho việc hiệu chuẩn bộ đo Nếu các biện pháp phòng ngừa chính xác đã được thực hiện ở khâu thiết kế thì không cần thiết phải hiệu chuẩn ở

hệ số công suất thấp (PF = 0.5)

 Phối hợp pha chính xác giữa các kênh

AD7755 được phối hợp pha bên trong trên dải tần số 40Hz tới 1kHz Phối hợp pha chính xác là rất quan trọng trong một ứng dụng đo năng lượng bởi vì bất kỳ sự lệch pha nào giữa các kênh sẽ tạo ra các lỗi đo lường đáng kể ở hệ số công suất thấp Điều này dễ dàng được hình dung với ví dụ dưới đây Hình dưới trình bày dạng sóng của dòng điện và điện áp với tải điện cảm Trong ví dụ, dòng điện trễ pha hơn điện áp 600 (PF = -0.5) Giả sử dạng sóng là điều hòa thuần SIN, công suất được tính toán dễ dàng là Vrms x Irms x cón(600)

Tuy nhiên, nếu có một lỗi pha được đưa từ bên ngoài vào AD7755, như ở bộ lọc răng cưa, thì lỗi sẽ được tính như sau:

Ở đây δ là góc pha giữa điện áp và dòng điện và φe là pha lỗi bên ngoài Với một lỗi pha là 0.20, cho ví dụ, lỗi ở PF = 0.5 (600) sẽ tính được là 0.6% Như mô tả trong ví dụ này, ngay cả một lỗi pha nhỏ cũng sẽ tạo ra một lỗi đo lớn ở hệ số công suất thấp

 Các bộ lọc răng cưa

Như được hướng dẫn trong chương trước, một khả năng gây ra các lỗi pha bên ngoài

là của các bộ lọc răng cưa trên kênh 1 và kênh2 Các bộ lọc răng của là các bộ lọc thông thấp được đặt trước các đầu vào của mọi ADC Chúng cần thiết để loại bỏ các khả năng gây méo

do quá trình lấy mẫu được gọi là răng cưa Hình dưới đây mô tả ảnh hưởng của răng cưa

Hình trên cho thấy cách mà răng cưa có thể ảnh hưởng đến các thiết kế bộ đo trên AD7755 AD7755 sử dụng 2 ADC sigma-delta để số hóa các tín hiệu điện áp và dòng điện Các ADC này có tốc độ lấy mẫu rất cao khoảng 900 KHz Hình trên cho thấy cách mà các thành phần tần số trên một nửa tần số lấy mẫu (tần số Nyquist) 450kHz tạo ra ảnh hoặc gấp xuống dưới 450kHz Điều này sẽ xảy ra với tất cả các ADC không quan trọng là kiến trúc nào Trong ví dụ trình bày có thể thấy rằng chỉ các tần số gần tần số lấy mẫu 900kHz sẽ được đưa vào băng thông của bộ đo 0kHz – 2kHz Hệ số này sẽ cho phép chúng ta sử dụng một bộ lọc rất đơn giản (bộ lọc thông thấp) để làm giảm các tần số cao này (gần 900kHz) và do đó ngăn méo trong các băng thông

Dạng đơn giản nhất của bộ lọc thông thấp là bộ lọc RC Đây là một bộ lọc đơn cực với một độ dốc hay suy giảm là -20dBs/dec

 Chọn tần số góc cho bộ lọc

Cũng như đáp ứng cường độ, tất cả các bộ lọc cũng có một đáp ứng pha Đáp ứng cường độ và pha của bộ lọc RC (R=1kΩ, C = 33nF) được trình bày hình dưới đây Từ hình cho thấy rằng sự suy giảm ở 900kHz với bộ lọc LPF đơn giản này lớn hơn 40dBs Điều này

là đủ suy giảm để đảm bảo rằng không có sai xót do răng cưa

Như đã giải thích trong phần trước, đáp ứng pha có thể đưa vào các lỗi đáng kể nếu đáp ứng pha của các bộ lọc LPF cả kênh 1 và kênh 2 không phù hợp Sự sai pha có thể dễ dàng xuất hiện do các linh kiện có dung sai lớn trong LPF Tần số càng thấp hơn -3dB trong LPF (bộ lọc răng cưa) các lỗi này được thấy rõ ràng hơn ở các thành phần tần số cơ bản hoặc tần số dây Ngay cả với tần số góc được cài đặt ở 4.8kHz (R=1kΩ, C = 33nF) các lỗi pha do các linh kiện dung sai nghèo nàn có thể khá đáng kể Hình dưới đây mô tả quan điểm này Đáp ứng pha với LPF đơn được trình bày ở hình dưới với 50Hz với R=1kΩ ± 10%, C = 33nF

± 10% Nhớ rằn với độ dịch pha 0.20 có thể gây ra các lỗi đo lường là 0.6% ở hệ số công suất thấp Thiết kế này sử dụng các điện trở có dung sai 1% và tụ điện có dung sai 10% với các bộ lọc răng cưa để làm giảm các khả năng có vấn đề với độ sai lệch pha Ngoài ra tần số góc của

bộ lọc có thể đực đẩy ra ngoài 10 kHz hoặc 15Hz Tuy nhiên, tần số góc không nên quá cao,

do điều này có thể cho phép các thành phần tần số cao tạo răng cưa và gây ra vấn đề về độ chính xác trong các môi trường nhiễu

Chú ý rằng đây cũng là lý do tại sao phải có biện pháp phòng tránh với thiết kế của mạng điện trở hiệu chuẩn trên kênh 2 (kênh điện áp) Hiệu chuẩn bộ đo vằng cách thay đổi các điện trở của mạng suy giảm sẽ không thay đổi tần số -3dB và do đó đáp ứng pha của mạng trên kênh 2 Hình dưới trình bày biểu đồ trễ pha ở 50Hz khi trở kháng của mạng hiệu chuẩn thay đổi từ 660kΩ (J1 – J10 đóng) tới 1.26 MΩ (J1-J10 mở)

 Bù điện cảm ký sinh trên Shunt

Khi được dùng ở tần số thấp, một shunt có thể được xem như một thuần trở với các thành phần phản kháng không đáng kể Tuy nhiên, trong một số tình huống, ngay cả một lượng nhỏ điện cảm phát sinh cũng có thể gây ra các ảnh hưởng không mong muốn khi một điện trở shunt được sử dụng trong các hệ thống lấy mẫu dữ liệu Vấn đề rất đáng chú ý khi điện trở của shunt là rất thấp vào khoảng 200µΩ Trình bày dưới đây là một mạch tương đương với shunt được dùng trong thiết kế tham chiếu AD7755 Có 3 kết nối tới shunt Một cặp kết nối được cung cấp bởi các đầu vào dòng điện (V1P và V1N) và kết nối tứ 3 là tham chiếu đất của hệ thống

Điện trở shunt trong hình là RSH1(350 µΩ) RSH2 là điện trở giữa đầu vào V1N và điểm đất của hệ thống Các thành phần kí sinh chính (điện dung) là LSH1 và LSH2 Hình dưới cũng cho thấy cách mà shunt được kết nối tới các đầu vào của AD7755 (V1P và V1N) thông qua các bộ lọc răng cưa Chức năng của các bộ lọc răng cưa, đáp ứng pha, đáp ứng cường độ được giải thích trong chương trước

 Loại bỏ các ảnh hưởng của dung kháng kí sinh trên shunt

Ảnh hưởng của dung kháng kí sinh trên shunt được trình bày hình dưới đây Biểu đồ cho thấy đáp ứng pha và cường độ của mạng bộ lọc có hoặc không có dung kháng kí sinh là 2nH Như có thể thấy trên biểu đồ, cả đáp ứng pha và hệ số khuếch đại của mạng đều bị ảnh hưởng Sự suy giảm ở 1MHz giờ chỉ khoảng -15dB, điều này có thể gây ra một số vấn đề về

độ chính xác và độ lặp lại trong một môi trường nhiễu Quan trọng hơn, một sự khác pha bậy giờ có thể được tạo ra ở giữa hai kênh dòng điện và điện áp Giả sử mạng trên kênh 2 được thiết kế để phù hợp với đáp ứng pha lý tưởng của kênh 1 thì bây giờ nó sẽ bị lệch pha so với thiết kế khoảng 0.10 ở 50Hz Chú ý rằng, 0.10 sẽ gây ra lỗi đo lường 0.3% ở PF = ±0.5

Vấn đề xảy ra là do thêm một zero vào mạng răng cưa Sử dụng kiểu đơn giản với shunt trong hình 10, vị trí của zero được đưa ra là RSH1/LSH1 radians

Một cách loại bỏ các ảnh hưởng này là thêm một cực bổ xung ở (hoặc gần) giống vị trí Việc bổ xung thêm RC trên mỗi đầu vào của kênh 1 sẽ có thêm cực cần thiết Mạng răng của mới của kênh 1 được trình bày hình dưới đây Để đơn giản trong việc tính toán và mô tả thì RS và CS của mạng được giả sử có giá trị giống nhau

Hình trên của cho thấy vị trí của các cực trong mạng bù này Mục đích của POLE#1

là để loạt bỏ các ảnh hưởng của zero do điện cảm kí sinh trên shunt Pole#2 sẽ thực hiện chức năng của các bộ lọc răng cưa như được mô tả ở những phần trước Công thức dưới đây mô tả một mẫu tính toán cho shunt 330µΩ với điện cảm kí sinh là 2nH

Phương thức bổ xung làm việc tốt khi cực của điện dung shunt là nhỏ hơn 25kHz Nếu zero ở tần số cao hơn thì các ảnh hưởng của nó có thể bị loại bỏ bằng cách đặt thêm RC trên kênh 1 với cực lớn hơn 1dB (1decade) so với bộ lọc răng cưa là 100Ω và 33nF

Cần thật cẩn thận khi chọn một shunt để đảm bảo điện dung kí sinh của nó là nhỏ Điều này đặc biệt đúng với các shunt có giá trị trở kháng nhỏ <200 µΩ Chú ý rằng trở kháng shunt càng nhỏ thì tần số zero cho điện cảm kí sinh càng thấp (Zero = RSH1/LSH1)

 Thiết kế nguồn cấp

Thiết kế này sử dụng một nguồn cấp đơn giản giá rẻ dựa trên mạng chia tụ điện C17

và C18 Hầu hết điện áp dây đều rơi trên C17, đó là một tụ điện film metalized polyeste 470nF 250V Điện kháng của tụ điện C17 quyết định đến mức VA danh định của nguồn cấp Tuy nhiên độ lớn của C17 bị hạn chế bởi thông số kỹ thuật về tiêu thụ năng lượng trong IEC1036 Tổng công suất tiêu thụ trong mạch điện áp bao gồm cả nguồn cấp được chỉ định trong chương 4.4.1.1 của IEC1036 Thổng công suất tiêu thụ trên mỗi pha là 2W và 10VA ở những điều kiện bình thường Thông thường VA danh định của nguồn trong thiết kế này là 7VA Tổng nguồn tiêu tán xấp xỉ 0.5W Cùng với nguồn tiêu tán trên điện trở shunt ở 40A thì tổng nguồn tiêu thụ của bộ đo là 1.06W Hình dưới đây cho thấy thiết kế của mạch nguồn

Các biểu đồ trình bày dưới đây cho thấy hiệu xuất của PSU dưới tải lớn (50A) với điện áp dây thay đổi từ 180V tới 250V Cho đến giờ thì tải lớn nhất của nguồn cấp là dòng điện cần để lái mô tơ bước có điện kháng cuộn dây khoảng 400Ω Điều này dễ thấy nhất bằng cách nhìn ở V1 (điện áp trên V18) trong biểu đồ dưới Hình 16 cho thấy dòng điện chảy ra từ nguồn cấp Tham khảo hình 14 khi xem xét các hình mô phỏng bên dưới

 Thiết kế để tránh các nhiễu tạp điện từ

Trong phần 4.5 của IEC1036 được bắt đầu bằng “đồng hồ phải được thiết kế theo cách mà nhiễu hoặc bức xạ điện từ cũng như phóng tĩnh điện không làm hỏng hay ảnh hưởng đáng kể đến đồng hồ”.Các nhiễu tạp cần phải xem xét là:

1 Phóng tĩnh điện

2 Các trường HF điện từ

3 Các xung quá độ nhanh (Fast Transience Burst)

Tất cả các biện pháp phòng tránh và công nghệ thiết kế (ferrite beads, capacitor line filters, các điện trở smd có kích thước lớn , PCB layout bao gồm đất) đều góp phần để đảm

bảo các mức độ trong việc bảo vệ các bộ đo điện tử từ mỗi dạng nhiễu tạp điện từ Tuy nhiên, một số biện áp phòng tránh (ferrite beads) đóng vai trò quan trọng hơn trong việc ngăn ngừa các loại nhiễu tạp (RF hay xung quá độ nhanh) Dước đây là các thảo luận về mỗi loại nhiễu tạp được liệt kê ở trên và các chi tiết về cách bảo vệ cùng vị trí đặt chúng

 Phóng tĩnh điện

Mặc dù nhiều thành phần điện tử nhạy cảm có tích hợp các mạch bảo vệ trên chip nhưng không phải như thế đã đủ để bảo vệ chống lại các loại xả nghiêm trọng được mô tả dưới đây Vấn đề khác đó là ảnh hưởng của phóng điện ESD là tích lũy, một thiết bị có thể sống sót sau một lần phóng ESD, nhưng không bảo đảm rằng nó sẽ sống xót qua nhiều lần phóng ở một số tầng trong tương lai Cách tốt nhất là loại bỏ hoặc làm suy giảm các ảnh hưởng của ESD ngay cả trước khi nó tiếp xúc với các thiết bị điện tử nhạy cảm Điều này đúng với tất cả các nhiễu tạp điện từ xảy ra Thử nghiệm này được thực hiện theo IEC1000-4-

2 theo các điều kiện dưới đây:

Một kỹ thuật chi phí thấp rất phổ biến khác được sử dụng để bắt các sự kiện ESD là

sử dụng khe hở tia lửa ở phía thành phần của PCB – hình 19 Tuy nhiên, vì đồng hồ có thể sẽ hoạt động trong môi trường ngoài trời và chịu nhiều phóng điện, điều này không được

khuyến nghị tại các nút nhạy cảm như kết nối shunt Nhiều phóng điện có thể gây ra tích tụ carbon trên khe hở tia lửa nên có thể gây ra chập điện hoặc đưa thêm vào một số trở kháng làm ảnh hưởng đến độ chính xác Một khe hở tia lửa đã được đưa vào trong PSU sau MOV

để xử lý bất kỳ sự phóng điện với cường độ rất cao và thời gian tăng nhanh

vệ Một số công nghệ để bảo vệ hệ thống là:

1 Tối thiểu băng thông mạch

2 Cách ly các phần nhạy cảm trong hệ thống

 Tối thiểu băng thông mạch

Trong ứng dụng này băng thông tương tự được yêu cầu chỉ là 2kHz Đây là một ưu điểm đáng kể khi cố gắng làm giảm các ảnh hưởng của RF Các vị trí vào cáp có thể được lọc thông thấp để làm giảm lượng bức xạ RF đi vào hệ thống Đầu ra shunt cũng được lọc trước khi kết nối đến AD7755 Điều này để ngăn các ảnh hưởng răng cưa đã được mô tả từ trước Bằng việc chọn lựa đúng các linh kiện và thêm một số thành phần nữa (như ferrite beads) các

bộ lọc răng cưa này có thể nhân đôi các bộ lọc RF hiệu quả Hình 7 trình bày một số thứ để lý tưởng hóa đáp ứng tần số cho các bộ lọc răng cưa trên các đầu vào tương tự Khi xem xét ở tần số cao hơn (>1MHz), các thành phần phản kháng kí sinh của mỗi thành phần được gộp lại cần phản được xem xét Hình 20 cho thấy các bộ lọc răng cưa có bao gồm cả các phần tử kí sinh Các giá trị dung kháng và cảm kháng kí sinh này trở nên đáng kể ở tần số cao và do vậy

nó cần phải được xem xét