04 پاور ڈرائیو: 3 فیز MOS برج جوائنٹ کی آؤٹ پٹ ٹارک کی صلاحیت کا تعین کرتا ہے

شکل 5: تھری فیز موٹر کی تاریں مرکزی طور پر MOS پاور سیکشن سے جڑی ہوئی ہیں، اس کے ارد گرد سیمپلنگ ریزسٹر، ڈرائیور اور فلٹر کے اجزاء ترتیب دیے گئے ہیں۔

 

یہ مشترکہ ڈرائیور تھری فیز برش لیس موٹرز کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ تھری فیز BLDC موٹرز کے اعلیٰ کارکردگی کے کنٹرول کے لیے عام طور پر تین آدھے پلوں کی ضرورت ہوتی ہے، جو کم از کم چھ پاور MOSFETs کے ساتھ تین فیز انورٹر بناتے ہیں۔ ایک سے زیادہ بڑے پیکج MOS آلاتکر سکتے ہیںتین فیز آؤٹ پٹ سولڈر پوائنٹس کے ارد گرد PCBA پر دیکھا جائے گا، اس فن تعمیر کے مطابق۔

 

تین فیز پل کی آپریٹنگ منطق کو اس طرح آسان بنایا جا سکتا ہے:

بیٹری یا بس وولٹیج کو P+ اور P- کے ذریعے فیڈ کیا جاتا ہے۔ ایم او ایس آدھے پلوں کی تیز رفتار سوئچنگ ڈی سی وولٹیج کو تھری فیز کرنٹ میں تبدیل کرتی ہے۔

گھومنے والا مقناطیسی میدان پیدا کرنے کے لیے تھری فیز کرنٹ موٹر وائنڈنگز میں بہتا ہے۔ کنٹرولر انکوڈر پوزیشن اور موجودہ فیڈ بیک کی بنیاد پر PWM ڈیوٹی سائیکل کو مسلسل ایڈجسٹ کرتا ہے۔

بالآخر جوائنٹ کو ٹارگٹ ٹارک، رفتار یا پوزیشن کو آؤٹ پٹ کرنے کے قابل بنانا۔

اس سیکشن کا ناقص ڈیزائن کئی عام مسائل کا باعث بنے گا: ضرورت سے زیادہ ایم او ایس ہیٹنگ، کم رفتار جٹر، شدید ٹارک ریپل، غلط اوور کرنٹ پروٹیکشن ٹرگرنگ، اور انکوڈرز یا کمیونیکیشن سرکٹس کو متاثر کرنے والی EMI مداخلت۔ اس وجہ سے، روبوٹ جوڑوں کے لیے پاور بورڈ کا ڈیزائن عام چھوٹے موٹر ڈرائیور بورڈز سے کہیں زیادہ مشکل ہے۔

 

شکل 6: TLV767 وولٹیج ریگولیٹر بورڈ پر انڈکٹرز، کیپسیٹرز اور کئی کم وولٹیج پاور پرزوں کے ساتھ دیکھا جا سکتا ہے۔

بجلی کی فراہمی کا درخت بھی قابل تجزیہ ہے۔ LDO ریگولیٹرز جیسے TLV767 اور پاور انڈکٹرز جن پر "100" کا نشان لگایا گیا ہے وہ PCB پر نظر آتے ہیں۔ 48V-ریٹیڈ جوائنٹس کے اطلاق کے منظر نامے پر غور کرتے ہوئے، یہ اندازہ لگایا جا سکتا ہے کہ کم وولٹیج کے نظام کے براہ راست ہائی وولٹیج سے صرف LDOs کے ذریعے نیچے جانے کا امکان نہیں ہے۔ اس کے بجائے، مندرجہ ذیل سے ملتا جلتا پاور سپلائی فن تعمیر اپنایا گیا ہے:

ہائی وولٹیج بس → سوئچنگ سٹیپ ڈاون کنورژن → کم وولٹیج ریلز (5V / 3.3V وغیرہ) → سیکنڈری LDO ریگولیشن / مقامی شور فلٹرنگ

یہ پاور فن تعمیر زیادہ عقلی ہے۔ MCU، انکوڈر، سیمپلنگ ایمپلیفائرز اور کمیونیکیشن ٹرانسسیورز کو صاف، مستحکم کم وولٹیج پاور کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ MOS سوئچز اور موٹر فیز لائنز شدید شور پیدا کرتی ہیں۔ اگر کم وولٹیج پاور سپلائی میں مداخلت مخالف کارکردگی کا فقدان ہے، تو سامنے آنے والی پہلی خرابیاں عام طور پر موٹر کی خرابی نہیں ہوتیں، بلکہ زاویہ کی اچانک چھلانگ، کمیونیکیشن ڈراپ آؤٹ یا کرنٹ سیمپلنگ ریڈنگز میں بہتی ہوتی ہیں۔

05 کرنٹ اور ٹمپریچر سینسنگ: روبوٹ جوائنٹس کو ریئل ٹائم میں آؤٹ پٹ ٹارک کی نگرانی کرنی چاہیے

 

شکل 7: ایک سے زیادہ R001 کم قیمت والے احساس مزاحم تھری فیز پاور سیکشن کے نیچے واقع ہیں۔

R001 اجزاء اس بورڈ پر اہم ہیں، جو ملی اوھم سطح کے کم قدر والے احساس مزاحم (1 mΩ عام طور پر) کی نمائندگی کرتے ہیں جو موٹر فیز کرنٹ یا بس کرنٹ کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ کرنٹ سینسنگ روبوٹ جوڑوں کے لیے بند لوپ کنٹرول کا بنیادی حصہ بناتی ہے، کیونکہ BLDC موٹر کا آؤٹ پٹ ٹارک اس کے فیز کرنٹ کے ساتھ مضبوطی سے منسلک ہوتا ہے۔

دوسرے الفاظ میں، کنٹرولر جوائنٹ کے ٹارک آؤٹ پٹ کا "اندازہ" نہیں لگاتا۔ اس کے بجائے، یہ سینس ریزسٹرس میں چھوٹے وولٹیج ڈراپ کی پیمائش کرکے کرنٹ کا حساب لگاتا ہے:

سینس ریزسٹر کے پار وولٹیج میں کمی

اس سگنل چین کی درستگی براہ راست متاثر کرتی ہے:

ٹارک کنٹرول کی درستگی: اگر موجودہ تخمینہ غلط ہے، تو ٹارک آؤٹ پٹ غلط ہوگا۔

کم رفتار کی ہمواری: ہائی سیمپلنگ شور کم رفتار پر گڑبڑ کا باعث بنتا ہے۔

اوورکورنٹ پروٹیکشن: سست ردعمل MOSFETs کو ختم کر سکتا ہے، جبکہ حد سے زیادہ حساس سیٹنگز کے نتیجے میں غلط پروٹیکشن ٹرگر ہوتے ہیں۔

تھرمل مینجمنٹ کی حکمت عملی: تیز رفتار کرنٹ موٹر وائنڈنگز، MOSFETs اور کرنٹ سینس ریزسٹرس میں بیک وقت درجہ حرارت میں اضافے کا باعث بنتا ہے۔

لے آؤٹ کے نقطہ نظر سے، کرنٹ سینس ریزسٹرس کو MOSFETs اور فیز وائرنگ کے قریب رکھنا ہائی کرنٹ لوپ کو چھوٹا کرتا ہے، جو پرجیوی انڈکٹنس اور نمونے لینے کی غلطیوں کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ ہر مرحلے کے قریب بڑی تعداد میں چھوٹے ریزسٹرس اور کیپسیٹرز کا اہتمام کیا جاتا ہے، جو عام طور پر گیٹ ڈیمپنگ، سیمپلنگ فلٹرنگ، ڈرائیور اسٹیبلائزیشن اور مقامی ڈیکپلنگ کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

درجہ حرارت کا پتہ لگانا بھی اتنا ہی ناگزیر ہے۔ MOTOR NTC لیبل موٹر کے اندر یا وائنڈنگز سے متصل تھرمسٹر کی نشاندہی کرتا ہے۔ ہیومنائیڈ روبوٹ جوڑوں کے لیے، کم رفتار ہائی ٹارک آپریشن، طویل عرصے تک جامد ہولڈنگ، اور کھڑے ہونے یا بیٹھنے کے دوران عارضی اثر، یہ سب درجہ حرارت میں خاطر خواہ اضافہ پیدا کرتے ہیں۔ این ٹی سی کنٹرولر کو درجہ حرارت پر مبنی تین اہم افعال انجام دینے کے قابل بناتا ہے:

موجودہ حد بندی: درجہ حرارت بڑھنے کے ساتھ ہی زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ کرنٹ کو کم کریں۔ ڈیریٹنگ: مسلسل بھاری بوجھ کے تحت کیپ چوٹی ٹارک؛

حفاظتی بند: درجہ حرارت حفاظتی حد سے تجاوز کرنے پر فالٹ موڈ میں داخل ہوں۔

یہ بھی ایک بنیادی صلاحیت ہے جو پیشہ ور روبوٹ جوڑوں میں ہونی چاہیے۔ درجہ حرارت کے بند لوپ کنٹرول کے بغیر، جوائنٹ اپنی اعلی چوٹی ٹارک کی درجہ بندی کے باوجود طویل مدت تک قابل اعتماد طریقے سے کام نہیں کر سکتا۔

06 پوزیشن کا پتہ لگانا: دوہری مقناطیسی انکوڈرز اور گیئرز سنگل ٹرن اینگلز کو ملٹی ٹرن پوزیشن ریڈنگز میں تبدیل کرتے ہیں

PCBA کو ہٹانے کے بعد، چھوٹے گیئر ڈھانچے کا ایک سیٹ ریورس طرف دیکھا جا سکتا ہے۔ یہ بنیادی کمی کے گیئرز نہیں ہیں، بلکہ زاویہ کا پتہ لگانے کے لیے بنائے گئے معاون میکانزم ہیں۔

 

شکل 8: کنٹرول بورڈ کے الٹ سائیڈ پر گیئر اور مقناطیسی انکوڈر کا علاقہ

 

شکل 9: مرکزی شافٹ کی گردش دو ملحقہ پنین گیئرز کو ہم آہنگی سے گھومنے کے لیے چلاتی ہے۔

ساختی طور پر، مرکزی شافٹ کی گردش دو چھوٹے گیئرز کو چلاتی ہے۔ ایک مقناطیسی جزو ہر چھوٹے گیئر کے مرکز میں نصب کیا جاتا ہے، جس میں مقناطیسی انکوڈر ICs PCBA کے عقبی حصے پر مماثل پوزیشنوں پر نصب ہوتے ہیں۔ مقناطیسی انکوڈر مقناطیسی شعبوں کی کونیی تغیرات کی پیمائش کرتے ہیں، آپٹیکل گریٹنگ ڈسکس کی ضرورت کو ختم کرتے ہیں۔ وہ تیل کی معمولی آلودگی اور دھول کو برداشت کرتے ہیں، جو انہیں مکمل طور پر بند روبوٹ جوڑوں کے لیے زیادہ موزوں بناتے ہیں۔

 

شکل 10: ڈوئل گیئر اور ڈوئل انکوڈر ڈھانچہ کونیی ریزولوشن کو بہتر بناتا ہے اور ملٹی ٹرن پوزیشن کا پتہ لگانے کے قابل بناتا ہے۔

یہاں جو چیز سب سے نمایاں ہے وہ ہے "ڈبل گیئر + ڈوئل میگنیٹک انکوڈر" کنفیگریشن۔ اس کی قیمت زیادہ درستگی کے لیے محض ایک دوسرے سینسر کو شامل کرنے سے کہیں زیادہ ہے۔ یہ ایک ملٹی ٹرن مطلق پوزیشن انکوڈنگ اسکیم کا احساس کرنے کے لئے سب سے زیادہ امکان ہے:

ایک واحد مقناطیسی انکوڈر 0–360° کے اندر زاویوں کی درست پیمائش کرتا ہے۔

پھر بھی ایک جوائنٹ متعدد انقلابات کو گھما سکتا ہے، اور ایک باری والا انکوڈر اپنے طور پر گردشوں کی تعداد کا تعین نہیں کر سکتا۔

اگر دو گیئرز مختلف دانتوں کی گنتی یا گیئر کے تناسب کو نمایاں کرتے ہیں، تو وہ ایک ورنیئر جیسا باہمی تعلق بناتے ہیں۔

دو کونیی ریڈنگ کو ملا کر، کنٹرولر بہت وسیع رینج پر مطلق پوزیشن کا حساب لگاتا ہے۔

یہ ڈھانچہ ہیومنائیڈ روبوٹس کو بہت زیادہ اہمیت دیتا ہے۔ بجلی بند ہونے کے بعد، ٹانگیں، بازو یا کمر کے جوڑ بیرونی قوتوں سے بے گھر ہو سکتے ہیں۔ دوبارہ طاقت دینے پر، جوڑوں کو گھر کی وسیع نقل و حرکت کی ضرورت ہوتی ہے وہ کم کارکردگی کا شکار ہوتے ہیں اور حفاظتی خطرات لاحق ہوتے ہیں۔ ملٹی ٹرن مطلق پوزیشن سینسنگ جوڑوں کو پاور بحال ہوتے ہی فوری طور پر کرنسی ڈیٹا کو بازیافت کرنے کی اجازت دیتی ہے۔