ניטור אנרגיה הפך אבן הפינה של מערכות חשמל מודרניות, ממתקנים תעשייתיים לבתים חכמים.מעגל מדידה כוח הם הבסיס של מערכות ניטור אלה, ומגברי תפעוליים (op amps) לספק את הדיוק והגמישות הדרושים כדי לבנות אותם.אם אתה מעצב מד חכם, מהפך סולארי, או חיישן אנרגיה IoT, הבנה כיצד למנף אמפסים למתחים ורגישים הנוכחיים מספק אסטרטגיות חיוניות לאימון אנרגיה, עיצוב, כדי לפתח מדדים בסיסיים, עיצוב, או לאימון אנרגיה, או לאימון אנרגיה, או לאימון אנרגיה, או לאימון אנרגיה, או לאימון, או לאימון, או לאימון חומרים המבוססים על מנת לפתח שיטות הפעלה, או לאימון אנרגיה, או לאימון, או לאימון אנרגיה, או לאימון אנרגיה, או לאימון, או לאימון אנרגיה, או לאימון, או לאימון אנרגיה, או חיישן אנרגיה מבוסס על ידי מערכת הפעלה, או חיישן אנרגיה, או לאימון, כדי לאימון, כדי לאימון של אמצעי בקרה על מנת לאימון יעיל של חומרים מקודשׂערעורחסון, או לאימון, או לאימון אנרגיה, או לאימון אנרגיה, או לאימון, או חיישן אנרגיה, או חיישן אנרגיה, כדי לאימון אנרגיה, כדי לאימון יעיל של אנרגיה, או לאימון יעיל,

יסודות של מדדי כוח מבוססי mp

מדידת כוח במערכת חשמל דורשת רכישה בו זמנית של מתח וגלי גל נוכחיים.המוצר המיידי של שני אותות אלה מניב כוח מיידי, והממוצע שלו על מחזור נותן כוח אמיתי (וואטים) אופוס הם משמשים כדי למצב הן מתח והן אותות נוכחיים לפני שהם דיגיטציה גבוהה או מעובד.

וולטנסנס מתנצל

מעגלים רגישים של וולטאז חייב להציג תנופה גבוהה כדי להימנע לטעון את המקור.הגישה הפשוטה ביותר היא חסיד מתח (buffer), המספק רווח אחדות ואימפולסיבית גבוהה מאוד. תצורה נפוצה יותר עבור ניטור כוח היא מתפצל התנגדות ואחריו bu- bu. פיזור למטה את המתח (למשל, VMS) לרמה תואמים עם טווח דבק נוסף (ap) לאחר מכן t.

עבור מתח שונה חישה על פני עומס, מגבר כלי (ב-amp) מציע דחייה משותפת מעולה.In-amps בנוי משלושה ps או משולבים לתוך חבילה אחת. הם דוחים מתח משותף (למשל, העומס עצמו) תוך כדי הגדלת המתח הקטן של עניין.

שיטות רגישות נוכחיות

זה לעתים קרובות נמדד על ידי העברתו דרך דיפרקט התנגדות וחישה את הירידה המתח וכתוצאה מכך. ירידה זו, בדרך כלל עשרות עד מאות מ"ל, הוא מוגבר על ידי מגבר שונה או כלי.הבחירה של התנגדות חרוט כרוך במסחר בין פירוק כוח אותות אות: ערך גדול יותר מניב מתח גדול יותר עבור מדידה עצמית, אך עלייה קלה יותר כוח.

שיטות רגישות נוכחיות חלופיות כוללות את הטרנספורמציות הנוכחיות (CTs) ואת חיישני אפקט הול. CTs לספק בידוד גליוני אבל הם מוגבלים במדידות AC. Hall- Effect חיישנים יכולים למדוד הן AC והן DC אבל לעתים קרובות דורשים calibration זהיר ויש להם סחף גבוה יותר. בכל המקרים, ספקטרום משמשים כדי לטבול, להגביר, ולסינון את הפלט לפני המרה אנלוגית.

Calculating Power: Analog לעומת שיטות דיגיטליות

ברגע מתח ואותות נוכחיים מותנים, ניתן לחשב את הכוח באמצעות מכפילים אנלוגיים או עיבוד אותות דיגיטליים. Analog מכפילים, כגון AD633 או MPY634, ישירות לחשב את המוצר המיידי של המתח ואת אותות נוכחיים.הפלט הוא מתח פרופורציה לכוח מיידי, אשר ניתן לסווג עם מסנן נמוך כדי להשיג כוח אמיתי.

בעיצובים מודרניים, חישוב דיגיטלי הוא המועדף. המתח המנומנם והאות הנוכחיות מדגימים על ידי ADCs סימולטי (או ADC מרובותxHz עם תזמון זהיר) מיקרובקר או DSP מכפילים את הזוגות בזמן אמת ומצטברים את המוצרים על מחזור מלא כדי למקם כוח פעיל, כוח תגובתי, כוח גלוי, וגורם כוח.

כוח אמיתי, פעיל ואחווה

מעגלי Op amp חייבים לשמור על מידע שלב בין מתח לערוצים הנוכחיים.כל שינוי שלב שהוצג על ידי נתיב המיזוג אותות בטעויות חישובי כוח תגובתי וגורם כוח תגובתי זה מציב דרישות מחמירות על התגובה של מסננים נגד הפליה והעיכוב קבוצתי של שלבים AMP. התאמת רכיבי סינון ונתיבי אות זהה למתח וזרם הם מומלצים.

שיקולים מרכזיים למדידת אחריות

תכנון מעגל מדידה בעוצמה גבוהה דורש תשומת לב זהירה לבחירה של רכיב, פריסה, וחילופי סחר ברמת המערכת.הגורמים הבאים הם קריטיים.

אופוס Amp Selection קריטריה

בחר ⁇ עם מתח נמוך של ירידה (VFLT:0reaOSFLT:1 מתחת 50 μV), סחף נמוך (תחת 1 μV / ° C), ויחס דחייה נפוץ גבוה (CMRR מעל 100 dB) עבור נפיחות נוכחית נפיחות נמוכה (החומר חייב לטפל במתח המשותף הנוכחי) מול תצורה גבוהה של תצורה של תצורה גבוהה עם קיבולת גבוהה זה עשוי לעתים קרובות עם קיבולת נמוכה).

דמוקרטיה וקאליברציה

שגיאות שיטתיות מסובלנות מנוגדת, או מפוספס, וניתן לתקן את הסחף באמצעות calibration. a two-point calibration במתח ידוע ורמות נוכחיות יכולות להפחית שגיאות בתוך 0.1% או יותר. השתמש בהתנגדות מדויקת (% סובלנות או טוב יותר) עם מחזור טמפרטורה נמוך (10עמ/C או נמוך) ברשת הרווח העצמי.

בידוד ובטיחות

במוניטורים של אנרגיה, בידוד גליוני נדרש בין התחום המדידה גבוה לבין ממשק דיגיטלי בעל מתח נמוך.Isolation amplifiers, כגון ISO124 או AMC1301, לשלב שלב אמפ עם מחסום בידוד קיבוליבי או אינדוקטיבי. Alternatively, ADC מבודד (למשל, ADSM131M, יכול לשלב באופן ישיר לשלב את אותות של מינוף עם מחסום אנרגיה I10EC.

תגובה מוקדמת ושקיפות

מעגלי מדידה כוח חייבים ללכוד תוכן הרמוני עד לפחות 31 הרמוני (1.5 kHz על מערכת 50 הרץ, או 1.86 kHz על 60 הרץ) עבור ניתוח אנרגיה מדויק.עבור ניתוח איכות כוח, רוחב פס לעתים קרובות משתרע על 10 kHz או גבוה יותר.המוצר של Amp-band-bandwidth של רווח (GBW) צריך לפחות 100 × תדירות מקסימלית של עניין של 1 ו- GB הוא גבוה יותר עבור מדידה טיפוסי עבור מדידה אחת של כוח.

ניכוי רעש ו-Leeout

נתיבי אות נמוכים רגישים לרעש מעיגולים דיגיטליים, אספקת חשמל והתערבות אלקטרומגנטית. השתמש במטוס קרקע מוצק, אנלוגי ובסיס דיגיטלי נפרד, ותוואי אותות שונים סימטריים. Place bypass capacitors קרוב ל- ריצוף אספקת mp.עבור חיבור ⁇ tunt התנגדות, השתמש Kelvin (4-wire) ensing כדי לחסל את ההשפעה של עקבות והתנגדות מגע.

דוגמאות מעשיות

הדוגמאות הבאות ממחישות את ההתנצלות המבוססת על פומפ בשימוש במכשירי ניטור אנרגיה.

מדד כוח יחיד

מעגל יחיד טיפוסי משתמש דיבידנד התנגדות (למשל, 1 M ⁇ ו 1 k ⁇ ) כדי לדרג את המתח קו למטה לרמה בטוחה, ואחריו מגבר buffer. for Current, 1 m ⁇ tunt התנגדות עם מגבר aDS שונה (gain של 50-100) מייצר אות ביחס לעומס הנוכחי.

3-Phase Measurement with Instrument Amplifiers

עבור שלוש מערכות מיקוד, כל שלב דורש מתח עצמאי ותחושה נוכחית. instrument amplifiers (למשל, AD8221 או INA118) משמשים עבור שניהם מתח ונוכחים לשמור על CMRR גבוה בכל השלבים. הפלטים הם מרובים מחלחלים לתוך ADC או מסומן על ידי רב-ערוצי ADC הפניה (למשל, מתח של 1.6.F) מאפשר מדידה של VD.

ניתוח תקציב שגיאות

פיתוח הליך של כיבוד חיוני להשגת דיוק גבוה על הטמפרטורה והזמן.תקציב השגיאה חייב לקחת בחשבון עבור כל רכיב בשרשרת האות: התנגדות סובלנות, פיגור וסחף, רווח ADC ושגיאות ממותק, ודיוק מתח ההתייחסות. גישה שיטתית כרוכה במדידת המעגל בנקודות מבחן ידועות וליישם גורמי תיקון בקושחה.

לייצור, קליברציה אוטומטית באמצעות מקור דיוק ומריצה ממסר יכול לקצץ ולהוביל לכל יחידה בנפרד. רבים אנרגיה מודרנית ממטר ICs (למשל, ADE9000 או MCP39F511) כוללים רישומים של קיטור ופיצוי דיגיטלי, אבל דיסקרטית mp דורש לעתים קרובות תיקון חיצוני או מבוסס תוכנה.

יישומים ב- Energy Monitoring Devices

מעגלי מדידה מבוססי mp נמצאים בטווח רחב של מוצרים מסחריים ותעשייתיים.

מסטיקנים חכמים ומדפי

מונים חכמים הם היישום הנפוץ ביותר של מדידה כוח דיוק.הם דורשים דיוק גבוה (בדרך כלל טוב מ 0.5%) על טווח דינמי רחב (מ 0.1 A עד 100 A) מעגלים של mp במונים חכמים חייב לפעול באופן אמין במשך עשרות שנים ולאורך קיצוניות טמפרטורה. עיצובים רבים עכשיו לשלב את ה- ODC לתוך חזית אנלוגית יחידה (AFE) IC, אבל עיצובים נפוצים עבור פתרונות מטר מותאם אישית.

מערכות אנרגיה מתחדשת

סולרי טורבינות וממירי טורבינות רוח משתמשים מעגלים למדידת כוח כדי לפקח ולהמקסים את קציר האנרגיה. חיישנים נוכחיים בי-שידור האנרגיה הם נדרשים למדוד הן את הדור והן את צריכת החשמל.או מעגלים עם מריד נמוך וזמן התיישבות מהיר משמשים כדי לעקוב אחר אלגוריתמים נקודת הכוח המקסימלית (MPPT) אשר מתואמים את המתח התפעולי של מערך photovoltaic.

תחנות טעינה לרכב חשמלי

מטען EV צריך מדידה אנרגיה מדויקת עבור חיוב ובטיחות.הרמות הנוכחיות יכולות לעלות על 200 A, הדורש התנגדות חזקה ומפזרים עם יכולת מתח נפוצה גבוהה.

בניית אוטומציה ו-IoT

ניטור אנרגיה במערכות ניהול בנייה (BMS) לעתים קרובות משתמש חיישני IoT אלחוטיים.מכשירים אלה חייבים לפעול על כוח נמוך תוך שמירה על דיוק מדידה. Op amps עם מצבי השבתה וזרם quiescent נמוך (למשל, 1 μA למגבר) מאפשר סוללות מופעלות או אנרגיה-harvesting עיצובים.התפלט הוא דיגיטציה על ידי ADC בעל כוח נמוך ומועבר על פרוטוקול אלחוטי כגון Bluetooth, או Bluetooth ZB.

מגמות וכיוונים עתידיים

תחום מדידה כוח מתפתח עם טכנולוגיות חדשות שמפשטות עיצוב ושיפור ביצועים.

ראשי > אנליסטים Front Ends

חברות כמו Analog מכשירים, טקסס מכשירים, ו Microchip מציעים אנלוגיה משולבת חזיתית (AFE) ICs המשלב מספר תרחישים, ADCs, התייחסות, וסינון דיגיטלי בחבילה אחת.המכשירים האלה להפחית את שטח הלוח, לשפר את ההתאמה בין ערוצים, לפשט הסמכה.עם זאת, דיסקרטיט עיצובים עדיין מציעים גמישות לדרישות לא סטנדרטיות, כגון פעילות טמפרטורה גבוהה מאוד או קיצונית.

טבלאות דיגיטליות וחיבוריות

עיצובים מודרניים המבוססים על AMP משלבים יותר ויותר ממשקים דיגיטליים כגון SPI או I2C עבור תצורה וקריאה נתונים.מגמה זו מאפשרת calibration מרחוק, ניטור אבחון, וסינון הסתגלות. חלק AFEs כוללים מעבד אותות דיגיטליים (DSP) שיכול למקם מדדי חשמל ישירות, ממיסת המיקרובקר הראשי.

ראשי > Bandgap Semiconductors

אימוץ של סיליקון carbide (SiC) ו-Geium nitride (GaN) מכשירים כוח מציג מעבר מהיר יותר של מעבר טראנסים במערכות כוח. Op amp מעגלים המשמשים יישומים אלה חייב להיות רוחב פס גבוה יותר ושיעורי סלולים מהירים יותר כדי ללכוד במדויק את המתח ואת הגלפורים הנוכחיים ללא הבדלה או עיוות. amplifiers עם מוצרים מדבקים מעל 10Hz הופכים להיות נפוץ יותר ניטור אנרגיה.

סגירת ההמלצות הטכניות

פיתוח מעגל אמין מבוסס mp דורש גישה שיטתית לבחירה רכיב, פריסת המעגל, ו calibration.התחל עם מפרט ברור של טווח המדידה, דיוק, דרישות בידוד. לבחור אמפרים כי מעבר רוחב הפס המינימלי, CMRR, וביצוע רעש צריך. השתמש במרכיבים פסיביים מדויקים עם סחף טמפרטורה נמוכה.

לקריאה נוספת, מתייחס להערות יישום של ספקים מרכזיים: "טכניקת מדידה" (AN-684), טקסס מכשירים "Current Sensing Solutions" (SBQA001), ו"טכניקת מדדי האנרגיה" של מיקרוצ'יפ (AN2369), משאבים אלה מספקים משוואות עיצוב מפורטות ודוגמאות מעגליות שמשלבות את החומר המוצג כאן.