賽靈思基于FPGA平臺的PFM電機控制方案有何優(yōu)勢？

據了解，目前大多數工業(yè)電機控制采用的是基于MCU或DSP平臺的PWM算法，而這一類(lèi)方案都會(huì )帶來(lái)不可避免的EMI問(wèn)題，此外還經(jīng)常會(huì )有能效不高和時(shí)延較長(cháng)等問(wèn)題的出現。PFM在理論上是一種比PWM更好的電機控制算法，因為它可以實(shí)現更高的能效和更低的EMI。

Xilinx歐洲電機控制專(zhuān)家會(huì )同第三方合作伙伴率先在業(yè)內實(shí)現基于PFM算法的電機控制方案。電機設備供應商采用PFM電機控制方案，就可以節省很多EMI消除措施帶來(lái)的額外成本。雖說(shuō)基于MCU和DSP平臺的電機控制解決方案有著(zhù)低成本的優(yōu)勢，但基于FPGA平臺的電機控制方案可將電機控制的時(shí)延做得更小和更精準，從而將電機的能效做得更高，使電機設備的附加值或差異化優(yōu)勢就更大。

毫無(wú)疑問(wèn)，高端電機設備制造商會(huì )更希望FPGA供應商能夠提供時(shí)延更短、更精確的電機控制方案，以幫助他們實(shí)現產(chǎn)品的差異化特色。

數據來(lái)說(shuō)明一切

更低的時(shí)延：目前業(yè)內通常用MCU實(shí)現的電機控制方案一般有40-50us的延時(shí);用DSP實(shí)現的電機控制方案一般也要20-30us的延時(shí);如果用Spantan-6 FPGA來(lái)實(shí)現電機控制的話(huà)，最低時(shí)延可降低到2.5us。由于MCU和DSP都是串行運算機制，如果用它們來(lái)控制4或8個(gè)電機時(shí)，最長(cháng)時(shí)延就會(huì )增加4倍或8倍;而FPGA是并行計算機制，不管用它控制多少個(gè)電機，每個(gè)電機的時(shí)延都是一樣的，都可做到2.5us。

成本優(yōu)勢：?jiǎn)渭儚膯伟遒徺I(mǎi)成本上講，如果要同時(shí)控制的電機數量超過(guò)8個(gè)，那么用FPGA來(lái)實(shí)現控制性?xún)r(jià)比是比較有優(yōu)勢的。事實(shí)上，Xilinx爭取的電機控制市場(chǎng)也就是那些對性能要求比較高的多電機應用場(chǎng)合。

延長(cháng)電機壽命：電機是今天最耗電的設備，66%的電網(wǎng)電力都消耗在電機上，如果電機控制的好，那么在電機上省下來(lái)的錢(qián)就遠遠不是控制芯片價(jià)錢(qián)的數量級。而且電機壽命取決于控制方法，如果控制得好，那么電機的壽命就會(huì )延長(cháng)。更換電機常常意味著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)要停下來(lái)，這也是為什么今天的高端電機設備制造商都在尋找更高端電機控制方案的背后原因。

可擴展性：賽靈思PFM電機控制方案具有可擴展性，能從Spantan-6 FPGA平臺移植到ZYNQ-7000 FPGA平臺上。

關(guān)于PWM和PFM

PWM是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，意為脈沖寬度調制，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

PFM英文全稱(chēng)為Pulse frequency modulation，意為脈沖頻率調制，是一種脈沖調制技術(shù)：調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化，其占空比不變，通常被應用于DC-DC轉換器來(lái)提高輕負載效率。

PFM的特點(diǎn)

脈沖頻率調制(PFM)方式具有調頻特性，可望有較高的傳輸信噪比，而且信號的脈沖形式便于中繼傳輸、再生整形， 因而既可放寬對系統線(xiàn)性的容限要求，又可獲得較好的抗干擾能力。脈沖頻率調制(PFM)以傳輸性能遠優(yōu)于基帶直接光強調制及成本遠低于脈沖編碼調制而在光纖通信中得到廣泛的應用。

脈沖頻率調制與脈沖寬度調制的比較

1.脈沖頻率調制優(yōu)點(diǎn)

脈沖頻率調制(PFM)相比較脈沖寬度調制(PWM)主要優(yōu)點(diǎn)在于效率：

a、對于外圍電路一樣的脈沖頻率調制(PFM)和脈沖寬度調制(PWM)而言，其峰值效率PFM與PWM相當，但在峰值效率以前，脈沖頻率調制(PFM)的效率遠遠高于脈沖寬度調制(PWM)的效率，這是脈沖頻率調制(PFM)的主要優(yōu)勢。

b、脈沖寬度調制(PWM)由于誤差放大器的影響，回路增益及響應速度受到限制，脈沖頻率調制(PFM)具有較快的響應速度。

2.脈沖頻率調制缺點(diǎn)

脈沖頻率調制(PFM)相比較脈沖寬度調制(PWM)主要缺點(diǎn)在于濾波困難

a、濾波困難(諧波頻譜太寬)。

b、峰值效率以前，脈沖頻率調制(PFM)的頻率低于脈沖寬度調制(PWM)的頻率，會(huì )造成輸出紋波比脈沖寬度調制(PWM)偏大。

c、脈沖頻率調制(PFM)控制相比脈沖寬度調制(PWM)控制 IC 價(jià)格要貴。