FPGA助工業(yè)電機節能增效

　　FPGA具低成本優(yōu)勢

　　現有多種關(guān)于數字控制邏輯/系統的潛在解決方案，其一是使用專(zhuān)用DSP，但這可能會(huì )比較昂貴，而且往往需要增添模擬組件、控制組件和子系統。另一個(gè)常用方案是使用微控制器(MCU)，許多應用至少包括某些所需的模擬功能如模數轉換器(ADC)，微控制器的優(yōu)勢在于相對廉價(jià)(用于工業(yè)電機控制應用約為1至2美元)，但是它們的時(shí)鐘頻率通常只有10至50MHz，限制了控制PWM的速度。再者，每個(gè)微控制器都擁有控制單一電機所需的充足模擬功能和帶寬，但卻可能沒(méi)有充足的帶寬以支持診斷應用的通信。例如，如果機器人包括10個(gè)電機，就可能需要10個(gè)微控制器，也可能還需要增加一個(gè)或兩個(gè)微控制器來(lái)處理用戶(hù)接口和通信，導致成本增加。

　　一個(gè)5美元的混合信號FPGA具有充足的模擬和數字處理功能，可以同時(shí)控制10個(gè)或更多的電機，這樣的器件以 250至300MHz的時(shí)鐘頻率運作，FPGA架構的數字部分用于實(shí)現電機控制算法的大量并行處理。在使用ActelFusion等混合信號FPGA的情況下，數字架構的一部分可用于實(shí)現一個(gè)軟微處理器內核，如專(zhuān)為FPGA應用而優(yōu)化的ARM Cor-tex-M1。除了處理用戶(hù)接口和通信之外，這個(gè)內核還能夠以動(dòng)態(tài)方式監控和細調模擬組件。

　　使用帶有集成式軟處理器的混合信號FPGA，可以采用無(wú)傳感器的正弦電流控制來(lái)構建電機，這就降低了電子控制裝置的價(jià)格。除了監控總線(xiàn)電壓、電機電流和速度之外，在混合信號FPGA中結合Cortex-M1處理器，還能夠實(shí)現診斷功能和處理任何用戶(hù)接口需求。若能以智能方式運行診斷功能并在問(wèn)題發(fā)生時(shí)做出響應，便可顯著(zhù)減少損害、延長(cháng)電機壽命，同時(shí)降低擁有成本。

　　此外，在A(yíng)C電機加入電子控制系統，不一定需要換掉所有使用中的電機，否則成本會(huì )很高。據美國能源部預計，僅工業(yè)領(lǐng)域就使用了1240萬(wàn)臺超過(guò)735W的電機，在美國每年有60萬(wàn)臺電機失效并被替換。這意味著(zhù)在今后20年中，大多數超過(guò)735W的電機將需要被替換，使用高效的電子控制電機來(lái)替換這些電機，可將現有的工業(yè)功率需求減少18%，從而顯著(zhù)降低制造領(lǐng)域的能源成本。