利用FPGA實(shí)現優(yōu)異的家用電器設計
1. 維持電壓恒定;
2. 盡量減少相位不平衡;
3. 維持功率因數恒定;
4. 保持良好的電源質(zhì)量;
5. 采用可調式速度驅動(dòng)或雙速電機;
6. 控制好溫度;
7. 匹配電機運行速度。
利用數字電路或FPGA控制模擬電機電路將使系統成本和功耗大大降低。采用FPGA除了可以節能之外,還能夠將嵌入式數字信號處理(DSP)、微控制器、I/O接口等功能整合到一起,從而實(shí)現完整的家電設計。
脈沖寬度調制
用數字方式控制模擬電機電路的一種典型方法是采用脈沖寬度調制(PWM)。此時(shí)方波的時(shí)間周期是恒定的,而接通時(shí)間(TON)即信號保持高電平的時(shí)間可以被改變或調制。因此,信號的占空比或平均直流電平是變化的。借助于數字系統的支持,PWM已經(jīng)成為控制模擬電路的一種極好方式。圖1就是數字脈沖的接通時(shí)間改變的例子。
應用實(shí)例包括電壓調整,即通過(guò)改變占空比將輸出電壓控制到所要求的電平。另一個(gè)例子是功率發(fā)送,這時(shí)的平均發(fā)送功率是調制占空比的函數。PWM的實(shí)現取決于具體的使用方法,對于簡(jiǎn)單的電壓調整,可以使用CPLD(例如Altera MAX II)實(shí)現,而對于需要利用內部DSP模塊的復雜控制算法,可以使用低成本的FPGA(例如Altera Cyclone III)實(shí)現。
圖2是PWM的基本方框圖,而圖3則是一個(gè)驅動(dòng)模擬電機接口電路的調制輸出。UP和DOWN輸入信號被用來(lái)調整輸出信號的占空比,它們可以由微控制器產(chǎn)生。第一個(gè)模塊利用所有MAX II器件中都有的UFM振蕩器來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)頻率不同的時(shí)鐘。來(lái)自該模塊的4位輸出信號DUTY_CYCLE的增加或降低取決于UP或DOWN信號的證實(shí)。第二個(gè)4位輸出信號COUNT以第一個(gè)模塊中產(chǎn)生的較高時(shí)鐘頻率連續增加。該信號與第二個(gè)模塊中相同頻率的DUTY_CYCLE信號進(jìn)行比較。比較的結果是分配到最終輸出信號PWM的單個(gè)位。信號DUTY_CYCLE是一個(gè)4位的變量,因此輸出信號的占空比具有16個(gè)不同的取值。在本設計實(shí)現中,輸入UP的優(yōu)先級要高于DOWN。因此,如果兩個(gè)信號同時(shí)為高電平,輸出信號將被視作占空比的增加。

圖1:PWM波形示例。

圖2:PWM基本框圖

圖3:電機模擬驅動(dòng)電路
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