基于FPGA水磁無(wú)刷直流電機控制電路

　　主要介紹基于現場(chǎng)可編程門(mén)陣列及EDA方法學(xué)的永磁無(wú)刷直流電機控制系統的電子電路設計。FPGA是一種高密度可編程邏輯器件，其邏輯功能的實(shí)現是通過(guò)把設計生成的數據文件配置進(jìn)芯片內部的靜態(tài)配置數據存儲器來(lái)完成的，具有可重復編程性，可以靈活實(shí)現各種邏輯功能。

　　與ASIC不同的是，PCA本身只是標準的單元陣列，沒(méi)有一般IC所具有的功能，但用戶(hù)可以根據需要，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的布局布線(xiàn)工具對其內部進(jìn)行重新編程，在最短的時(shí)間內設計出自己專(zhuān)用的集成電路，從而大大提高了產(chǎn)品的競爭力。由于它以純硬件的方式進(jìn)行并行處理，而且不占用CPU資源，所以可以使系統達到很高的性能。這種新的設計方法可以把A／D接口、驅動(dòng)器接口、通信接口集成在一塊芯片上，同時(shí)在算法上完成位置、速度甚至電流算法，從而實(shí)現真正的片上可編程系統（SoPC）。這將成為下一代高性能伺服控制器集成化設計的一個(gè)趨勢。

　　下面針對永磁無(wú)刷直流電機模塊化設計的思想，介紹基于FPGA的控制系統的電子電路設計方法，其控制系統結構如圖1所示。

　　圖1 控制系統結構圖

　　電路由電源模塊，電壓轉化模塊，FPCA模塊，驅動(dòng)電路模塊，斬波電流、電壓檢測模塊，繞組電流檢測模塊，A／D模塊，通信模塊，外擴存儲器模塊等部分組成。

　　圖2 斬波器電感電流檢測電路

　　永磁無(wú)刷直流電機電樞電流檢測信號調理電路和DC／DC BUCk變換器輸出電壓檢測信號調理電路參見(jiàn)圖3－16c和d，其功率電路如圖3所示。

　　首先，由FPGA產(chǎn)生5路PWM波，其中3路用于永磁無(wú)刷直流電機換相，1路用于斬波，另1路用于再生能耗調節制動(dòng)電流。三相換相PWM經(jīng)驅動(dòng)電路控制電機的換相，這3路PWM只用于換相不進(jìn)行調制，由斬波環(huán)節進(jìn)行調制。電機繞組電流經(jīng)求偏、放大、濾波通過(guò)A／D（ADS7864）轉換進(jìn)人FPGA（XC3S200），經(jīng)PID調節器控制電流環(huán)；同樣，斬波電壓電流經(jīng)濾波通過(guò)A／D轉換也進(jìn)人FPGA。圖2所示為FPCA的最小系統電路，XCF02S為FPGA XC3S200的配置芯片，TPS767D325是電源芯片，將＋5V電源電壓轉換為＋2.5V和＋3.3V供給FPGA，電源芯片LM317將＋5V電源電壓轉換為＋1.2V供給FPGA；FPGA的時(shí)鐘選為50MHz，晶體振蕩器為50MHz有源晶振，輸出的時(shí)鐘信號電壓的高電平為＋3.3V。