基于FPGA及DDS技術(shù)的USM測試電源的設計
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時(shí)間：2010-10-06
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
程序設計中的FWORD[16．．O]為原理描述中的頻率控制字M，連接于32位計數器F32[32．．6]，其輸出信號FOUT的頻率按如下公式計算FFOUT=fclk／222·FWORD，頻率分辨率為Fmin=25fclk／222，最大輸出頻率為Fmax=Fmin FWORDmax。當系統頻率fclk=50MHz時(shí)，Fmin=0．745 Hz，Fmax=97．648 kHz，即輸出頻率可在O．7～97．6 Hz之間調節。相位控制字為9位，輸出信號FOUT的相位可按如下公式計算：POUT=360°／2°×PWORD，最小分辨率為360°／2°=0．7°。DIEIN[8．．O]為占空比(死區)調節控制字輸入，占空比按計算公式：(29-DIEIN)／210x1 00％，最大占空比為50％，最小接近于O，占空比的調節以使圖一H橋同側的兩個(gè)MOS管剛好不同時(shí)導通為度(故占空比不能大于50％)，占空比太小會(huì )使整個(gè)系統轉換效率降低。
以單相調頻調相PWM信號設計作為底層元件，利用VHDL的結構化描述方式(例化語(yǔ)句)，按相位要求將4個(gè)單相調頻調相信號DDS元件設置成不同相位來(lái)實(shí)現。相位字PWORD為9位，U0：PWORD=O，初始相位=0；U2：PWORD=“100000000”，初始相位為180°；U1元件的初始相位PWOR-D，U2元件的初始相位為PWORD+“00000000”，這就實(shí)現了UO和U1相位差為PWORD，U0和U2，U1和U2相位差各為180°，從而實(shí)現四路調頻調相PWM信號設計。
通過(guò)調節FWORD、PWORD及DIEIN來(lái)分別調節四路輸出信號的頻率、相位差、四路輸出信號的占空比。仿真結果如圖3所示。由仿真圖可知超前90°和滯后90°得到的四路相序正好相反，若用其驅動(dòng)圖1的4個(gè)開(kāi)關(guān)，得到兩相互差90°的信號，一個(gè)為A相超前于B相，另逐個(gè)為A相滯后于B向。用其驅動(dòng)USM，在不改變電機連線(xiàn)的情況下，通過(guò)調節相位差PWORD，方便的實(shí)現電機的旋轉方向控制。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/180432.htm
3 實(shí)驗測試
將上述四路控制信號下載于FPGA中，再經(jīng)過(guò)資料介紹的驅動(dòng)隔離模塊后施加于圖1的功率控制電路，通過(guò)示波器測得USM的A、B兩相波形如圖4所示。將上述電路獲得的信號應用于USM45超聲波電機的驅動(dòng)中，該電機所要求的驅動(dòng)信號頻率為45．8 kHz，相位差為90°，峰峰值可達300 V。將其頻率控制字設定為FWORD=x0F000，相位控制字為PWORD=x180(或x080)，死區時(shí)間DIEIN=x33～xFF之間調整，成功地驅動(dòng)了USM 45電機。運行10 min左右，電機轉速下降，通過(guò)將FWORD調小至xED00，即信號頻率為45．2 kHz時(shí)，電機速度又上升到開(kāi)始時(shí)的值(65轉／mi n)。超聲波電機一般工作在定子導納2頻率特性的諧振和反諧振點(diǎn)之間。隨電機運行溫度的升高，導致諧頻率和反諧振頻率約有1．4 kHz的變化。由于USM45電機功率小，額定功率只有2 W，且是空載測試，因而溫升較小，諧振頻率的變化也較小(只有大約0．6 kHz的變化)。
4 結語(yǔ)
由FPGA按照相位累加振蕩器的方法產(chǎn)生的四路調頻、調相PWM信號，具有較高頻率分辨率，在保持相位連續的前提下，能實(shí)現快速頻率切換。該信號不但在外部的逆變電路作用下，成功地對USM45電機進(jìn)行了驅動(dòng)和測試，還可通過(guò)外加專(zhuān)用的L298N型驅動(dòng)芯片方便地應用于步進(jìn)電機和直流電機的驅動(dòng)以及步進(jìn)電機的調頻調速和直流電機的PWM調速。
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