১৫কেভি ইএসডি প্রতিরোধী সরলিকৃত বর্তনী ও উচ্চ স্থিতিশীলতা সহ ডিজিটাল পাওয়ার মিটার ডিজাইন

 ১. সমাধানের সারসংক্ষেপ​

এই সমাধানটি উচ্চ পারফরমেন্স, উচ্চ বিশ্বসনীয়তা সম্পন্ন ডিজিটাল পাওয়ার মিটার ডিজাইন প্রদানের লক্ষ্যে উদ্দেশ্য করা হয়েছে। সমাধানের কেন্দ্রীয় অংশ হল মূল নিয়ন্ত্রণ চিপের জন্য একটি নতুন মাস্টার ক্লক সার্কিট ডিজাইন, যা ঐতিহ্যগত ডিজিটাল পাওয়ার মিটারের আন্তরিক দুর্বলতা যেমন বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধ (ESD) সম্পর্কে প্রভাবশালী ভাবে সমাধান করে। মিটারটি ১৫kV অ-সংস্পর্শ বিদ্যুৎ স্থির আধান বিসর্জন পরীক্ষায় স্থিতিশীলভাবে পার হতে পারে, এবং সরলীকৃত সার্কিট স্ট্রাকচার এবং উচ্চ ক্লক স্থিতিশীলতা এর মতো সুবিধাগুলি প্রদান করে। এটি কঠোর বিশ্বসনীয়তা এবং স্থিতিশীলতা প্রয়োজনীয় শিল্প পাওয়ার মনিটরিং পরিস্থিতিতে উপযোগী।

​২. শিল্পের সমস্যা এবং প্রযুক্তিগত পটভূমি​

​২.১ শিল্পের সমস্যা: দুর্বল বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধ প্রতিরোধ ক্ষমতা​

শিল্প পরিবেশে, বিদ্যুৎ স্থির আধান বিসর্জন (ESD) ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতির ব্যর্থতার একটি প্রধান কারণ। ঐতিহ্যগত ডিজিটাল পাওয়ার মিটারগুলি প্রায়ই ১৫kV অ-সংস্পর্শ ESD পরীক্ষার সময় বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধের কারণে সিস্টেম রিসেট বা ফাংশনাল অস্বাভাবিকতা প্রদর্শন করে, যা উচ্চ-বিশ্বসনীয়তা প্রয়োজনীয় অ্যাপ্লিকেশনের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে ব্যর্থ হয়।

​২.২ প্রযুক্তিগত পটভূমি: বর্তমান সমাধানের বিশ্লেষণ​

বর্তমান ডিজিটাল পাওয়ার মিটারের বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধ প্রতিরোধ সমস্যা মূলত তাদের মূল ক্লক ফ্রিকোয়েন্সি ডিজাইন থেকে উদ্ভূত হয়:

• ​সমাধান ১: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল অসিলেটরের সরাসরি সংযোগ:​​ মূল নিয়ন্ত্রণ চিপটি একটি ২৫MHz উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল অসিলেটরের সাথে সরাসরি সংযুক্ত, যা দুটি বহিরাগত কম্পেনসেশন ক্যাপাসিটরের প্রয়োজন। যদিও স্ট্রাকচারটি সরল, এই ডিজাইনটি চিপের I/O পোর্ট (নিম্ন শক্তি ব্যবহারের জন্য ডিজাইন করা) সাধারণত দুর্বল ESD প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদর্শন করে। উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সিগনাল বিদ্যুৎ স্থির আধান বিসর্জনের সময় বিদ্যমান হওয়া পালসের কারণে বিভ্রান্তি প্রাপ্ত হয়, যা সিস্টেম ক্র্যাশ ঘটাতে পারে।
• ​সমাধান ২: কম-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল অসিলেটর সঙ্গে ফ্রিকোয়েন্সি গুণন:​​ একটি কম-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল অসিলেটর ব্যবহার করা হয় এবং এটি একটি অভ্যন্তরীণ ফেজ-লকড লুপ (PLL) দ্বারা উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে গুণিত হয়। এই পদ্ধতিটি সরাসরি বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধের বিরুদ্ধে কিছুটা উন্নতি করে, কিন্তু বিদ্যুৎ স্থির আধান কোপলিং সমস্যার মৌলিক সমাধান করতে ব্যর্থ হয়, যা প্রতিরোধ পারফরমেন্স খুব ভাল নয়।

উভয় ঐতিহ্যগত সমাধান কঠোর ইলেকট্রোম্যাগনেটিক পরিবেশে স্থিতিশীল মিটার অপারেশন নিশ্চিত করতে পারে না।

​৩. মিটারের মোট স্ট্রাকচার এবং ফাংশন​

এই সমাধানের মিটারটি মডিউলার ডিজাইন অনুসরণ করে, যা ছয়টি মূল মডিউল নিয়ে গঠিত যারা একটি একীভূত পাওয়ার সাপ্লাই মডিউল দ্বারা চালিত হয়। স্ট্রাকচারটি স্পষ্ট এবং ফাংশনগুলি সুনির্দিষ্ট। প্রতিটি মডিউলের মূল নিয়ন্ত্রণ চিপের সাথে সংযোগ এবং ফাংশনগুলি নিম্নরূপ:

​৪. মূল প্রযুক্তিগত সুবিধা​

​৪.১ উচ্চ বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধ প্রতিরোধ ক্ষমতা​

এই সমাধানের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা হল মূল ক্লকের নতুন ডিজাইন। বিদ্যুৎ স্থির আধান বিরোধ প্রবণ উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল সরাসরি সংযোগ পদ্ধতি ত্যাগ করে, মূল নিয়ন্ত্রণ চিপটি ৩২৭৬৮Hz কম-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল ব্যবহার করে মূল ফ্রিকোয়েন্সি ইনপুট হিসাবে। কারণ কম-ফ্রিকোয়েন্সি অসিলেশন সিগনালগুলির বাহ্যিক রেডিয়েশন তীব্রতা কম এবং বাহ্যিক উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ (যেমন ESD পালস) থেকে কোপলিং বিবর্ধনের সাথে সহজে প্রভাবিত হয় না, ফলে প্রতিরোধ পারফরমেন্স উৎস থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়। এই ডিজাইনটি ঐতিহ্যগত মিটারের সমস্যাটি সমাধান করে, ১৫kV অ-সংস্পর্শ ESD পরীক্ষায় স্থিতিশীলভাবে পার হওয়া এবং জটিল শিল্প পরিবেশে বিশ্বসনীয় অপারেশন নিশ্চিত করে।

​৪.২ সরলীকৃত সার্কিট স্ট্রাকচার​

নির্বাচিত মূল নিয়ন্ত্রণ চিপ (MSP430F5438A) এর অভ্যন্তরীণ কম-ফ্রিকোয়েন্সি অসিলেটর সার্কিটে একটি অভ্যন্তরীণ কম্পেনসেশন ক্যাপাসিটর সংযুক্ত রয়েছে। এই ডিজাইনটি ঐতিহ্যগত উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিস্টাল পদ্ধতিতে প্রয়োজনীয় দুটি বহিরাগত কম্পেনসেশন ক্যাপাসিটর অপসারণ করে, PCB লেআউট সরলীকরণ করে, উপাদান সংখ্যা এবং উপাদান খরচ হ্রাস করে, উৎপাদন সোল্ডারিং জটিলতা হ্রাস করে এবং উत্পাদনের সুসংগতি এবং বিশ্বসনীয়তা বৃদ্ধি করে।

​৪.৩ উচ্চতর ক্লক স্থিতিশীলতা​

• ​স্থিতিশীল সিস্টেম সফটওয়্যার ক্লক:​​ ৩২৭৬৮Hz ক্রিস্টাল, ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগের পর একটি নিখুঁত ১Hz সেকেন্ড ক্লক সিগনাল উৎপাদন করে, যা সিস্টেমের সফটওয়্যার ক্লকের ভিত্তি হয়। এর স্থিতিশীলতা এবং সঠিকতা সফটওয়্যার সিমুলেশন বা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগ দ্বারা উৎপাদিত ক্লকের তুলনায় অনেক বেশি উন্নত।
• ​স্থিতিশীল মিটারিং ক্লক:​​ মিটারে শক্তি মাপনের জন্য ব্যবহৃত ADC স্যাম্পলিং ক্লকও এই স্থিতিশীল কম-ফ্রিকোয়েন্সি ক্লক থেকে উৎপন্ন হয়, যা ভোল্টেজ, কারেন্ট, শক্তি এবং অন্যান্য ইলেকট্রিক্যাল প্যারামিটার স্যাম্পলিং এবং গণনার জন্য সঠিকতা নিশ্চিত করে। এটি উচ্চ গুণমানের শক্তি ব্যবস্থাপনার জন্য ডেটা ভিত্তি প্রদান করে।

​৫. সিস্টেমের কাজের নীতি​

মিটারের অপারেশনাল ওয়ার্কফ্লো নিম্নরূপ:

1. ​পাওয়ার অন:​​ পাওয়ার সাপ্লাই মডিউল AC-DC অক্ষুণ্ণ পাওয়ার সাপ্লাই দ্বারা AC ইনপুট গ্রহণ করে, এবং এটি ৫V, ৩.৩V, এবং অক্ষুণ্ণ ৫V ভোল্টেজে রূপান্তর এবং অক্ষুণ্ণ করে। এই ভোল্টেজগুলি সিগনাল অ্যাকোয়ারিং সার্কিট, মূল নিয়ন্ত্রণ সিস্টেম (বাস্তব সময় ক্লক, মেমরি, ডিসপ্লে নিয়ন্ত্রণ), এবং যোগাযোগ ইন্টারফেস যথাক্রমে সরবরাহ করে, সমস্ত মডিউল প্রস্তুত অবস্থায় আনে।
2. ​সিগনাল অ্যাকোয়ারিং:​​ সিগনাল অ্যাকোয়ারিং সার্কিট মডিউল তিন-ফেজ পাওয়ার গ্রিড থেকে নিয়মিতভাবে ভোল্টেজ এবং কারেন্ট সিগনাল অ্যাকোয়ার করে। প্রক্রিয়া করা (যেমন, বিভাজন, কারেন্ট ট্রান্সফরমেশন, অপারেশনাল অ্যাম্পলিফায়ার দ্বারা বিবর্ধন, লেভেল কনভার্সন) পর, এটি মূল নিয়ন্ত্রণ চিপে গ্রিড প্যারামিটার প্রতিনিধিত্ব করা এনালগ সিগনাল পাঠায়।
3. ​সিগনাল প্রক্রিয়াকরণ:​​ মূল নিয়ন্ত্রণ চিপ প্রথমে সংগৃহীত এনালগ সিগনালগুলিকে তার সংযুক্ত AD কনভার্টার দ্বারা ডিজিটাল সিগনালে রূপান্তর করে। এরপর, বাস্তব সময় ক্লক থেকে টাইমস্ট্যাম্প সহ ডিজিটাল সিগনালগুলিকে গণনা এবং বিশ্লেষণ করে প্রয়োজ