تعارف: Zhaoyi Innovation گھریلو MCU سیریز کی مصنوعات کی ایک بڑی کمپنی ہے۔ MCU ڈیزائن سلوشنز کی اپنی سیریز میں، ان کا SKLOR کے ساتھ وسیع تعاون ہے۔

ریفریجریٹر کمپریسر انورٹر بورڈ اسکیم کو ڈیزائن کرنے کے لیے GD32F130 سیریز MCU کا استعمال

ریفریجریٹر کمپریسر انورٹر اسکیم کا جائزہ

اس آرٹیکل میں متعارف کرایا گیا فریکوئنسی کنورژن بورڈ ریفریجریٹر کمپریسرز کے فریکوئنسی کنورژن کنٹرول کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، اور رینج ہوڈز اور ایئر کنڈیشنرز کے فریکوئنسی کنورژن کنٹرول کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اسکیم GigaDevice کے GD32F130 سیریز MCU ڈیزائن پر مبنی ہے۔ MCU Cortex-M3 کور سے لیس ہے، جو سافٹ ویئر کے ذریعے PI کنٹرول، SVPWM جنریٹر، اور موٹر اسٹیٹ آبزرور کو محسوس کر سکتا ہے۔ ایک اعلی درجے کا ٹائمر براہ راست تکمیلی ڈیڈ زون ایڈجسٹ ایبل PWM کے 6 چینلز بنا سکتا ہے، یہ چپ صنعتی درجہ کے آپریٹنگ درجہ حرارت اور ESD، EMI معیارات پر پورا اترتی ہے، اور PMSM، BLDC متغیر فریکوئنسی رفتار کنٹرول کے لیے بہت موزوں ہے۔

GD32F130 سیریز MCU اہم وضاحتیں

Cortex-M3@48Mhz، 50 MIPS پروسیسنگ کارکردگی؛

فلیش: 64KB/32KB/16KB؛

SRAM: 8KB/4KB/4KB؛

تیز رفتار ہائی پریسجن ADC، 12 بٹس ADC x 1@2.6Msps، 10 چینلز؛

ایڈوانسڈ ٹائمر x1، جو ایڈجسٹ ڈیڈ ٹائم کے ساتھ 6 تکمیلی PWM آؤٹ پٹ تیار کر سکتا ہے۔ جنرل ٹائمر x6؛

ہارڈ ویئر کی خفیہ کاری کے تحفظ کے ساتھ فلیش؛

سیریل مواصلات کے مختلف طریقے: I2C x2، SPI x2، UART x2؛

امیر پیکج کی اقسام: TSSOP20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48/LQFP64

صنعتی درجہ آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد: -40℃~+85℃;

صنعتی گریڈ ESD خصوصیات: 6000 وولٹ؛

انورٹر بورڈ کی اہم وضاحتیں اور پیرامیٹرز

ریٹیڈ آؤٹ پٹ پاور 200W، 310V بس وولٹیج، زیادہ سے زیادہ ورکنگ کرنٹ 2A؛

مقناطیسی میدان پر مبنی طریقہ، سائن ویو کرنٹ، بغیر سینسر کے آغاز اور کنٹرول؛

3 ریزسٹر کرنٹ سیمپلنگ؛

انورٹر سرکٹ 6 پاور MOSFETs کے ذریعہ بنایا گیا ہے۔

موٹر کنٹرول سسٹم کا کنٹرول بلاک ڈایاگرام مندرجہ ذیل ہے:

MTPA کا نفاذ

جیسا کہ سسٹم بلاک ڈایاگرام میں دکھایا گیا ہے، پورا سسٹم ایک ڈبل بند لوپ کنٹرول ہے، اندرونی لوپ کرنٹ کنٹرول لوپ ہے، اور بیرونی لوپ اسپیڈ کنٹرول لوپ ہے۔ روٹر مقناطیسی بہاؤ کی سمت کو d-axis کے طور پر سیٹ کریں، q-axis d-axis کا آرتھوگونل محور ہے، موجودہ لوپ کا کنٹرول مقصد سٹیٹر کرنٹ اور میگنیٹک فلوکس کو ڈیکوپل کرنا ہے، اور سٹیٹر کرنٹ کو q-axis پر کنٹرول کرنا ہے۔

SPM موٹر کے لیے، ہم نے d-axis کی ٹارگٹ کنٹرول ویلیو id کو 0 پر سیٹ کیا، اور زیادہ سے زیادہ ٹارک فی ایمپیئر (MTPA) حاصل کرنے کے لیے سٹیٹر پر موجود تمام کرنٹ کو q-axis پر کنٹرول کرتے ہیں۔ اس وقت، PMSM موٹر کا ٹارک اور رفتار صرف q-axis کے موجودہ جزو سے متعلق ہے۔ اس کے بعد ہم سپیڈ کنٹرول لوپ کے ذریعے d-axis پر کرنٹ کو کنٹرول کرتے ہیں تاکہ ڈبل بند لوپ کنٹرول حاصل کیا جا سکے۔

اصل کام میں، چونکہ SPM موٹر کی ساخت مثالی نہیں ہے، اس لیے d-axis پر اصل کرنٹ 0 نہیں ہے۔ ایک ہی وقت میں، ہم d-axis پر کرنٹ کو بھی جان بوجھ کر کنٹرول کریں گے، تاکہ موٹر کو بیس سپیڈ آپریشن سے زیادہ حاصل کیا جا سکے۔ اس وقت، ہمیں MTPA کی وصولی کو یقینی بنانے کے لیے D-axis میں ایک فیلڈ کمزور کرنے والا کنٹرولر شامل کرنے کی ضرورت ہے۔ جب SPM موٹر چل رہی ہو تو ویکٹر ڈایاگرام مندرجہ ذیل ہے:

ایف او سی کا نفاذ

PMSM موٹر کی اصل وائرنگ میں a, b, c تھری فیز کرنٹ ہوتے ہیں۔ اب ہمیں اے، بی، اور سی تھری فیز کرنٹ کو ڈی ایکسس کرنٹ اور کیو محور کرنٹ سے جوڑنے کی ضرورت ہے۔ ہمیں کلارک اور پارک کی دو ریاضیاتی تبدیلیوں کو استعمال کرنے کی ضرورت ہے:

? کلارک کی تبدیلی: (a, b, c) → (α, β), α, β دو فیز آرتھوگونل اسٹیشنری کوآرڈینیٹ سسٹمز ہیں۔

پارک کی تبدیلی: (α, β)→(D, Q), D, Q ایک دو فیز آرتھوگونل گھومنے والا کوآرڈینیٹ سسٹم ہے، جہاں θ روٹر کی مقناطیسی بہاؤ کی پوزیشن ہے۔

کلارک اور پارک کی دو ریاضیاتی تبدیلیوں کے ذریعے، ہم PMSM موٹر کے a، b، اور c تھری فیز کرنٹ کو D محور اور Q محور میں گل کر سکتے ہیں، اس طرح فیلڈ اورینٹڈ کنٹرول (FOC) کا احساس ہوتا ہے۔ ہم یہ بھی تلاش کر سکتے ہیں کہ پورے FOC کنٹرول کا کلیدی نقطہ روٹر کی مقناطیسی بہاؤ پوزیشن θ تلاش کرنا ہے۔

SVPWM کا نفاذ

سٹیٹر کرنٹ کو D، Q اسپیس سے α، β اسپیس میں تبدیل کرنے کے لیے ہم الٹا پارک ٹرانسفارمیشن بھی استعمال کر سکتے ہیں۔ مقناطیسی فیلڈ کی سمت بندی مکمل کرنے کے بعد، PMSM موٹر کنٹرول کا آخری مرحلہ موٹر کے تین فیز ٹرمینلز پر کام کرنے والا PWM وولٹیج پیدا کرنا ہے۔ تھری فیز انورٹر کی 8 سوئچنگ سٹیٹس کے مطابق، ہم سپیس ویکٹر ماڈیولیشن انورٹر سٹیٹ ٹیبل کو درج کر سکتے ہیں:

ان میں، جب A، B، اور C کے تینوں مراحل 0 اور 1 ہیں، تو یہ ایک غلط حالت ہے۔ ہم ان دو ریاستی ویکٹروں کو خلا کی اصل پر رکھتے ہیں، اور باقی 6 ویکٹر ریاستیں U0→U300 صرف خلا میں ایک باقاعدہ مسدس کھینچتے ہیں۔ موٹر کو کنٹرول کرنے کا روایتی 6 قدمی طریقہ یہ ہے کہ ان 6 وولٹیج ویکٹرز کو موٹر کے سٹیٹر اینڈ میں باری باری شامل کیا جائے۔

اسپیس ویکٹر ماڈیولیشن (SVPWM) کا مقصد ویکٹر اسپیس میں ایک 360 ڈگری مساوی طول و عرض گھومنے والا وولٹیج ویکٹر بنانا ہے، اس طرح انورٹر کے ذریعہ موجودہ ہارمونک اجزاء کی پیداوار کو کم کرنا اور ٹارک کی لہر کو کم کرنا ہے۔ SVPWM کے نفاذ کا طریقہ یہ ہے کہ ویکٹر اسپیس میں گھومنے والے وولٹیج ویکٹر Uout کو سنتھیسائز کرنے کے لیے دو ملحقہ بنیادی وولٹیج ویکٹر کا استعمال کیا جائے، اور Uout کی زیادہ سے زیادہ قدر تقریباً 0.886*VDC ہے۔ پہلے کواڈرینٹ کو بطور مثال لیتے ہوئے،

ان میں سے، T1 ایک PWM سائیکل میں وولٹیج ویکٹر U0 کا ایکشن ٹائم ہے، T2 ایک PWM سائیکل میں وولٹیج ویکٹر U60 کا ایکشن ٹائم ہے، اور T0 صفر ترتیب والے جزو کا ایکشن ٹائم ہے۔

ہم پہلے سیکٹر سیکٹر کا تعین کرنے کے لیے V_α اور V_β کی قدروں کا استعمال کرتے ہیں، اور پھر T1، T2 اور T0 کی قدروں کو trigonometric فنکشن اور Vdc کی قدر کے مطابق شمار کرتے ہیں۔

A= V_β;

B= 1.7320508*V_α-V_β;

C= -1.7320508*V_α-V_β;

اگر (A>= 0) {a= 1;} ورنہ a= 0؛

اگر(B>= 0) {b=1;} ورنہ b=0؛

اگر(C>= 0) {c=1;} ورنہ c=0؛

N=a+2*b+4*c;

سوئچ (N)

{

کیس 1: سیکٹر = 2؛ توڑنا

کیس 2: سیکٹر = 6؛ توڑنا

کیس 3: سیکٹر = 1؛ توڑنا

کیس 4: سیکٹر = 4؛ توڑنا

کیس 5: سیکٹر = 3؛ توڑنا

کیس 6: سیکٹر = 5؛ توڑنا

ڈیفالٹ: وقفہ

}

انورٹر سرکٹ میں MOSFETs کے سوئچنگ کے اوقات کو کم کرنے کے لیے، 7 سیگمنٹ اسپیس ویکٹر کی ترکیب کا طریقہ استعمال کیا جا سکتا ہے، ہر ویکٹر سیکٹر میں صفر ویکٹر (000) کے ساتھ شروع اور ختم ہوتا ہے، جس میں صفر ویکٹر (111) ہوتا ہے۔ درمیانی، اور باقی وقت درست ویکٹر کے ساتھ۔ جیسا کہ نیچے دکھایا گیا ہے:

SVPWM وولٹیج PMSM موٹر کے تین فیز ٹرمینلز پر لاگو ہونے کے بعد، سیڈل کی شکل کا فیز وولٹیج ویوفارم دیکھا جا سکتا ہے، جیسا کہ درج ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے:

روٹر اینگل آبزرور کا نفاذ

روٹر مقناطیسی بہاؤ کی پوزیشن θ تلاش کرنا FOC الگورتھم کی کلید ہے، لیکن موٹر کی تیز رفتار گردش کے عمل میں، ہال سینسر کی درستگی روٹر مقناطیسی بہاؤ کی پوزیشن θ کو درست طریقے سے تلاش کرنے کے لیے کافی نہیں ہے۔ . اس صورت میں، ایک روٹر زاویہ مبصر کی ضرورت ہے. روٹر مقناطیسی بہاؤ کی زاویہ کی معلومات پچھلے EMF سے حاصل کی جاسکتی ہے۔ ہم موٹر کے پچھلے EMF کی براہ راست پیمائش نہیں کر سکتے، لیکن مبصر کے طریقہ کار سے پچھلے EMF کی قدر کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے۔

مبصر کرنٹ اور حقیقی کرنٹ کے درمیان خرابی کی قدر کو سلائیڈنگ موڈ کنٹرول سطح S کے طور پر منتخب کیا جاتا ہے،

اگر سلائیڈنگ موڈ گین K کافی بڑا ہے، تو ہم ایک سلائیڈنگ موڈ کنٹرول سطح S تلاش کر سکتے ہیں۔

سلائیڈنگ موڈ مبصر کا سسٹم بلاک ڈایاگرام مندرجہ ذیل ہے:

اگر ہم سلائیڈنگ موڈ کنٹرول سطح S کے استحکام کو یقینی بنانا چاہتے ہیں، تو ہمیں اس بات کو یقینی بنانے کے لیے مؤثر K اور l اقدار کو منتخب کرنے کی ضرورت ہے۔

اور l کی قدر -1 سے زیادہ ہونی چاہیے۔ آخر میں، روٹر کے زاویہ θ کو آرکٹینجنٹ فنکشن سے شمار کیا جا سکتا ہے۔

GD32F130 سیریز MCU اوپر بیان کردہ SVPWM جنریٹر، پارک/کلارک ٹرانسفارمیشن، PI کنٹرولر، اور روٹر پوزیشن آبزرور کو آسانی سے نافذ کر سکتا ہے۔ MCU کا بلٹ ان تیز رفتار اور اعلیٰ درستگی والا SAR ADC اور ملٹی لیول انٹرپٹ سسٹم کلوز لوپ کنٹرول کی ریئل ٹائم کارکردگی کو یقینی بنا سکتا ہے۔

GD32F130 ریفریجریٹر انورٹر بورڈ

سامنے کی تصویر

ریورس کی تصویر