[發明專利]基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端

在審

• 申請號: 202110628102.8
• 申請日: 2021-06-06
• 公開（公告）號: CN113422542A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 胡黃水;劉清雪;卿金暉;魯曉帆
• 申請（專利權）人: 吉林建筑科技學院
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/16;H02K29/08;H02K29/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：采用模塊化設計，包括主控模塊、驅動模塊、A/D轉換模塊、轉子位置檢測模塊、轉速檢測模塊、過流保護模塊、隔離電路模塊、電平轉換模塊，主控模塊采用ALTERA公司的FPGA芯片EP4CE115F29C7，通過其豐富的片上資源與其它模塊相連接。

2.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：主控模塊采用ALTERA公司的FPGA芯片EP4CE115F29C7，其為Altera公司推出的60nm工藝產品，具有豐富的片上資源，面向對成本敏感的大批量應用，以滿足越來越大的帶寬需求，同時降低了成本。

3.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：驅動模塊采用International Rectifier 公司旗下的IR2235驅動芯片，其驅動母線電壓高達600V，可同時控制6個功率管，并且自帶電流放大和保護功能，在輸出端可以起到一直噪音的作用，此模塊目的是將低電平數字信號轉換為電機運行時定子繞組所需的三相高電平電壓模擬信號。

4.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：所述的A/D轉換模塊所使用的的模數轉換電路元件是AD公司的低功耗AD7934芯片，其擁有4路模擬輸入通道和12位數字輸出，當全速運行時吞吐率可達1.5MSPS，可實現流水線操作，并且不會產生流水線時延，此模塊目的是進行模擬信號和數字信號之間的相互轉換。

5.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：轉子位置檢測模塊由電阻R7、R8、R9、R10、R11、R12，電容C10、C11、C12、C13以及一個二極管構成，主要是通過檢測無刷直流電機中霍爾元器件發出的信號來確定轉子的位置，其中霍爾元器件主要分為兩個部分：安裝在定子上的霍爾集成電路和安裝在轉子上的霍爾傳感器，一般使用三個傳感器相互成120°的夾角固定在轉子上，當電機每旋轉一周，霍爾集成電路就能產生三組脈沖信號，根據三組信號就能確定轉子的位置。

6.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：轉速檢測模塊采用通用型增量式編碼器E6C2-CWZ5B，電壓輸入輸出區間為12V-24V，選用分辨率為600，此模塊主要用來檢測轉子的轉速。

7.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：過流保護模塊由一個放大器，電阻R13、R14、R15、R16和電容C14共同組成，主要通過檢測母線電流值來判斷電機是否為正常運作狀態，實時向主控發出反饋信號。

8.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：隔離電路模塊采用光電耦合器元器件HCNR201，其是一種高線性模擬光電耦合器，此模塊主要作用于數字信號和開關信號之間的數據傳輸，減少噪音的產生，減少器件被高壓擊穿的風險。

9.根據權利要求1所述，一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其特征在于：電平轉換模塊采用SN74LVC4245A芯片，此芯片同時可以使8路輸出和輸入同時工作，此模塊主要為了保護FPGA芯片不被損壞和確保FPGA接受的信號正確有效，所以將增量式編碼器的輸出電壓進行電平轉換。