基于FPGA的水磁无刷直流电机控制电路

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，在最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

基于FPGA的水磁无刷直流电机控制电路
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的最小系统电路，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。

基于FPGA的水磁无刷直流电机控制电路

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。

基于FPGA的水磁无刷直流电机控制电路
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。

看不到图片，

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。