基于FPGA的水磁无刷直流电机控制电路
出处:barb_ZW 发布于:2008-10-25 16:36:44
与ASIC不同的是,PCA本身只是标准的单元阵列,没有一般IC所具有的功能,但用户可以根据需要,通过专门的布局布线工具对其内部进行重新编程,在短的时间内设计出自己专用的集成电路,从而大大提高了产品的竞争力。由于它以纯硬件的方式进行并行处理,而且不占用CPU资源,所以可以使系统达到很高的性能。这种新的设计方法可以把A/D接口、驱动器接口、通信接口集成在一块芯片上,同时在算法上完成位置、速度甚至电流算法,从而实现真正的片上可编程系统(SoPC)。这将成为下一代高性能伺服控制器集成化设计的一个趋势。
下面针对永磁无刷直流电机模块化设计的思想,介绍基于FPGA的控制系统的电子电路设计方法,其控制系统结构如图1所示。
图1 控制系统结构图
电路由电源模块,电压转化模块,FPCA模块,驱动电路模块,斩波电流、电压检测模块,绕组电流检测模块,A/D模块,通信模块,外扩存储器模块等部分组成。
首先,由FPGA产生5路PWM波,其中3路用于永磁无刷直流电机换相,1路用于斩波,另1路用于再生能耗调节制动电流。三相换相PWM经驱动电路控制电机的换相,这3路PWM只用于换相不进行调制,由斩波环节进行调制。
电机绕组电流经求偏、放大、滤波通过A/D(ADS7864)转换进人FPGA(XC3S200),经PID调节器控制电流环;同样,斩波电压电流经滤波通过A/D转换也进人FPGA。图2所示为FPCA的系统电路,XCF02S为FPGA XC3S200的配置芯片,TPS767D325是电源芯片,将+5V电源电压转换为+2.5V和+3.3V供给FPGA,电源芯片LM317将+5V电源电压转换为+1.2V供给FPGA;FPGA的时钟选为50MHz,晶体振荡器为50MHz有源晶振,输出的时钟信号电压
的高电平为+3.3V。
图2 斩波器电感电流检测电路
永磁无刷直流电机电枢电流检测信号调理电路和DC/DC BUCk变换器输出电压检测信号调理电路参见图3-16c和d,其功率电路如图3所示。
由FPGA实现的各个模块VHDL语言编写的功能程序代码参见附录部分。
参考文献:
[1]. ADS7864 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ADS7864_1076289.html.
[2]. XC3S200 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/XC3S200_1133840.html.
[3]. XCF02S datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/XCF02S_1159084.html.
[4]. TPS767D325 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TPS767D325_891324.html.
[5]. LM317 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LM317_999428.html.
[6]. 16c datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/16c_2177775.html.
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