15kV ESD محفوظ ڈیجیٹل پاور میٹر ڈیزائن سادہ کرکٹ اور بلند استحکام کے ساتھ

 1. حل کا خلاصہ​

یہ حل ایک عالی کارکردگی، عالی قابلِ اعتماد دجیٹل بجلی کا میٹر ڈیزائن فراہم کرنے کا مقصد رکھتا ہے۔ حل کا مرکزی جوہر بنیادی کنٹرول چپ کے لیے نئی ترین کلک سرکٹ ڈیزائن میں پایا جاتا ہے، جس سے روایتی دجیٹل بجلی کے میٹروں کے الکتریک سٹیٹک انٹرفیئرنس (ESD) کے خلاف موجود ضعف کو موثر طور پر حل کیا جاتا ہے۔ میٹر مستقیماً 15kV غیر ملمس الکتریک سٹیٹک ڈیسچارج ٹیسٹ کو پاس کر سکتا ہے، ساتھ ہی آسان سرکٹ ڈیزائن اور عالی کلک استحکام کی فضیلتیں بھی شامل ہیں۔ یہ صنعتی بجلی کے مانیٹرنگ کے مناظر کے لیے موزوں ہے جہاں صارف کیلئے عالی قابلِ اعتمادیت اور استحکام کی ضرورت ہوتی ہے۔

​2. صنعتی دردناک نقاط اور ٹیکنالوجیکل پس منظر​

​2.1 صنعتی دردناک نقطہ: ضعیف الکتریک سٹیٹک انٹرفیئرنس کے خلاف قابلِ تحملیت​

صنعتی سیٹنگز میں، الکتریک سٹیٹک ڈیسچارج (ESD) الیکٹرانک معدات کی کمزوری کا ایک بڑا وجوہ ہے۔ روایتی دجیٹل بجلی کے میٹر 15kV غیر ملمس ESD ٹیسٹ کے دوران انٹرفیئرنس کی وجہ سے نظام کی ری سیٹ یا کارکردگی کے عدم معیاری کے لیے بہت زیادہ محفوظ ہوتے ہیں، جس سے عالی قابلِ اعتمادیت کے اطلاقیوں کی ضرورتوں کو پورا نہیں کیا جا سکتا۔

​2.2 ٹیکنالوجیکل پس منظر: موجودہ حل کا تجزیہ​

موجودہ دجیٹل بجلی کے میٹروں میں ESD کے خلاف چیلنج کا اصل وجوہ ان کی بنیادی کلک فریکوئنسی ڈیزائن ہے:

• ​حل 1: عالی فریکوئنسی کرسٹل آسیلیٹر کی مستقیم جڑیدگی:​​ بنیادی کنٹرول چپ کو 25MHz عالی فریکوئنسی کرسٹل آسیلیٹر سے مستقیم جوڑا جاتا ہے، جس کی ضرورت دو بیرونی کمپینسیشن کیپیسٹرز کی ہوتی ہے۔ یہ ڈیزائن ساختی طور پر آسان ہے لیکن چپ کے I/O پورٹ (کم توانائی کے لیے متعارف کرایا گیا) عام طور پر ESD کے خلاف ضعیف ہوتے ہیں۔ عالی فریکوئنسی سگنل ESD پالس کے تحت انٹرفیئرنس کا شکار ہوسکتا ہے، جس سے نظام کا کریش ہوسکتا ہے۔
• ​حل 2: کم فریکوئنسی کرسٹل آسیلیٹر کے ساتھ فریکوئنسی کی بڑھائی:​​ کم فریکوئنسی کرسٹل آسیلیٹر کا استعمال کیا جاتا ہے اور اسے داخلی فیز لاکڈ لوپ (PLL) کے ذریعے عالی فریکوئنسی تک بڑھا دیا جاتا ہے۔ یہ م恕ی کچھ بہتری فراہم کرتا ہے لیکن اسے بنیادی طور پر الکتریک سٹیٹک کوپلنگ کے مسئلے کا حل نہیں کرتا ہے، جس کی وجہ سے انٹرفیئرنس کے خلاف کم از کم کارکردگی حاصل ہوتی ہے۔

دونوں روایتی حل کے ساتھ سخت الکٹرو میگنیٹک ماحول میں میٹر کی مستقل کارکردگی کی یقینیت کو فراہم کرنے میں مشکلات ہوتی ہیں۔

​3. میٹر کی کل ساخت اور کارکردگی​

یہ حل کا میٹر مودیولر ڈیزائن کا استعمال کرتا ہے، جس میں ستائیس بنیادی ماڈیول ہوتے ہیں جن کو ایک متحدہ برقی سپلائی ماڈیول سے طاقت دی جاتی ہے۔ ساخت واضح ہے، اور کارکردگی کا تعین کیا گیا ہے۔ ہر ماڈیول کی بنیادی کنٹرول چپ سے کنکشن اور کارکردگی یہ ہیں:

​4. بنیادی ٹیکنالوجیکل فضیلتیں​

​4.1 عالی الکتریک سٹیٹک انٹرفیئرنس کے خلاف قابلِ تحملیت​

یہ حل کی سب سے اہم فضیلت بنیادی کلک کا نئی ترین ڈیزائن ہے۔ انٹرفیئرنس کے خلاف عالی فریکوئنسی کرسٹل کی مستقیم جڑیدگی کے طریقے کو چھوڑ کر بنیادی کنٹرول چپ 32768Hz کم فریکوئنسی کرسٹل کو بنیادی فریکوئنسی کے ان پٹ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ کیونکہ کم فریکوئنسی آسیلیشن سگنل کی بیرونی ریڈییشن کی شدت کم ہوتی ہے اور یہ بیرونی عالی فریکوئنسی شور (مثل ESD پالس) کے کوپلنگ انٹرفیئرنس کے خلاف کم حساس ہوتے ہیں، تو انٹرفیئرنس کے خلاف کارکردگی کو بنیادی طور پر بہتر بنایا جاتا ہے۔ یہ ڈیزائن روایتی میٹروں کے دردناک نقطہ کو کامیابی سے حل کرتا ہے، 15kV غیر ملمس ESD ٹیسٹ کو مستقیم پاس کرنے کی اجازت دیتا ہے اور پیچیدہ صنعتی ماحول میں موثوق آپریشن کو یقینی بناتا ہے۔

​4.2 آسان سرکٹ ساخت​

منتخب بنیادی کنٹرول چپ (MSP430F5438A) کے اندر کم فریکوئنسی آسیلیٹر سرکٹ کے لیے کمپینسیشن کیپیسٹر کو داخل کیا گیا ہے۔ یہ ڈیزائن روایتی عالی فریکوئنسی کرسٹل کے طریقے کے لیے درکار دو بیرونی کمپینسیشن کیپیسٹرز کو ختم کرتا ہے، PCB لیاؤٹ کو آسان بناتا ہے، کمپوننٹ کی تعداد اور میٹریل کی لاگت کو کم کرتا ہے، پروڈکشن سولڈرنگ کی پیچیدگی کو کم کرتا ہے، اور پروڈکٹ کے مطابقت اور موثوقیت کو بہتر بناتا ہے۔

​4.3 عالی کلک استحکام​

• ​مستقیم نظام سافٹ ویئر کلک:​​ 32768Hz کرسٹل کو فریکوئنسی ڈویژن کے بعد صحیح 1Hz سیکنڈ کلک سگنل بنایا جا سکتا ہے، جو نظام کے سافٹ ویئر کلک کی بنیاد بنتا ہے۔ اس کا استحکام اور صحت سافٹ ویئر کے ذریعے محاکاة یا عالی فریکوئنسی ڈویژن سے بنائے گئے کلکوں سے بہت زیادہ ہوتا ہے۔
• ​مستقیم میٹرنگ کلک:​​ میٹر میں توانائی کی میزاج کے لیے استعمال کیے جانے والے ADC سینسنگ کلک بھی اس مستقیم کم فریکوئنسی کلک سے منشأ ہوتا ہے، ولٹیج، کرنٹ، توانائی، اور دیگر بجلی کے پیرامیٹرز کے سینسنگ اور کلکولیشن کی صحیحیت کو یقینی بناتا ہے۔ یہ عالی کوالٹی کے توانائی کے مینجمنٹ کے لیے ڈیٹا کی بنیاد فراہم کرتا ہے۔

​5. نظام کا کام کرنے کا اصول​

میٹر کا آپریشن کا عمل یہ ہے:

1. ​برقی سپلائی کو آن کریں:​​ برقی سپلائی ماڈیول AC-DC معاون برقی سپلائی کے ذریعے AC ان پٹ کو دریافت کرتا ہے، اسے کنورٹ کرتا ہے اور 5V، 3.3V، اور علاحدہ 5V ولٹیج میں علاحدہ کرتا ہے۔ یہ سگنل ایکسسیشن سرکٹ، بنیادی کنٹرول سسٹم (ریل ٹائم کلک، میموری، ڈسپلے کنٹرول)، اور کمیونیکیشن انٹرفیس کو فراہم کرتا ہے، جس سے تمام ماڈیول آپریشن کے لیے تیار ہوتے ہیں۔
2. ​سگنل ایکسسیشن:​​ سگنل ایکسسیشن سرکٹ ماڈیول تین فیز بجلی کے شبکے سے مسلسل ولٹیج اور کرنٹ کے سگنل کو حاصل کرتا ہے۔ پروسیسنگ (مثال کے طور پر تقسیم، کرنٹ ٹرانسفر، آپ ایمپلیفار کی طرف سے ایمپلیفائیشن، لیول کنورژن) کے بعد یہ شبکے کے پیرامیٹرز کو ظاہر کرنے والے آنالوگ سگنل کو بنیادی کنٹرول چپ کو بھیجا جاتا ہے۔
3. ​سگنل پروسیسنگ:​​ بنیادی کنٹرول چپ پہلے اپنے داخلی AD کنورٹر کے ذریعے دریافت کیے گئے آنالوگ سگنل کو ڈیجیٹل سگنل میں کنورٹ کرتا ہے۔ پھر ریل ٹائم کلک کے ٹائم سٹیمپ کے ساتھ مل کر یہ ڈیجیٹل سگنل کو کلکولیشن اور تجزیہ کرتا ہے تاکہ مطلوبہ بجلی کے پیرامیٹرز (مثال کے طور پر RMS ولٹیج/کرنٹ، ایکٹیو/ریاکٹیو توانائی، توانائی کا فیکٹر، فریکوئنسی) کو حاصل کیا جا سکے۔
4. ​ڈیٹا آؤٹ پٹ اور انٹریکشن:​​
• ​میموری:​​ پروسیسد ڈیٹا کو داخلی معلومات کے میموری میں محفوظ کیا جاتا ہے تاکہ تاریخی ڈیٹا کو دریافت کیا جا سکے اور لود کی تجزیہ کی جا سکے۔
• ​ڈسپلے:​​ ڈیٹا کو ڈسپلے کنٹرول ماڈیول کو بھیجا جاتا ہے تاکہ LCD ڈسپلے پر حقیقی وقت میں اپ ڈیٹ کیا جا سکے۔
• ​کمیونیکیشن:​​ ڈیٹا کو RS485 کمیونیکیشن انٹرفیس کے ذریعے ریموٹ مانیٹرنگ مرکز کو حقیقی وقت میں اپ لوڈ کیا جاتا ہے تاکہ ریموٹ مانیٹرنگ کی جا سکے۔
• ​کنٹرول:​​ صارف ڈسپلے ماڈیول پر بٹنوں کے ذریعے میٹر کو محلی طور پر آپریٹ کر سکتا ہے تاکہ ڈیٹا کو دریافت کیا جا سکے یا پیرامیٹرز کو سیٹ کیا جا سکے۔