[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

本發明公開了一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端，其包括主控模塊、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Cyclone IV系列的FPGA芯片EP4CE115F29C7，并通過片上資源分別與各個功能模塊連接。本發明基于FPGA來進行無刷直流電機轉速的控制，具有良好并行處理能力，提高了對無刷直流電機轉速控制的精度和穩定性。

技術領域

本發明涉及無刷直流電機轉速控制領域，特別是一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端。

背景技術

無刷直流電機由于具有功率密度大、調速性能優、運行可靠和易于維護等特點被廣泛應用于國防、航空航天、機器人、精密機床等領域。隨著信息技術的發展，現有基于單片機和DSP的控制終端已經無法滿足對轉速和穩定性方面的要求，因此具有良好并行處理能力的FPGA成為電機轉速控制終端的更好選擇。

發明內容

本發明針對上述現狀，提供一種基于FPGA的無刷直流電機轉速控制終端。該終端基于FPGA來提高無刷直流電機的轉速控制精度。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：模塊化設計，具體包括主控模塊、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Cyclone IV系列的FPGA芯片EP4CE115F29C7，并通過片上資源分別與各個功能模塊連接。

所述的識別主控模塊采用ALTERA公司的FPGA芯片EP4CE115F29C7，其為Altera公司推出的60nm工藝產品，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。其具有114480個邏輯門，具有豐富的片上資源，包括432M9K內存模塊，3981Kbits嵌入式存儲器位，4個鎖相環和529個可以使用的I/O口等，并在FPGA基礎上采用內嵌Nios II軟核處理器，通過Avalon總線與外設相連。

所述的驅動模塊采用International Rectifier 公司旗下的IR2235驅動芯片，IR2235是一種高電壓高速的MOSFET和IGBT的驅動電路，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，同時，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。

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，目的是進行模擬信號和數字信號之間的相互轉換。

所述的轉子位置檢測模塊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。

所述的轉速檢測模塊采用通用型增量式編碼器E6C2-CWZ5B，即通過對外接增量式編碼器產生的信號計數實現。增量式編碼器是一種采用光電方法將軸承的機械角度轉換為數字信號輸出的精密傳感器，由兩部分組成：光電編碼集成電路和轉子。將帶有均勻刻制光柵的碼盤安裝在轉子上，并將增量式編碼器轉子與無刷直流電機轉子軸承相連接，隨著無刷直流電機的轉動，每轉過一個透光區，光電編碼器就會向外界發出一個脈沖信號。

所述的過流保護模塊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，即通過放大器與電阻相結合，采集經放大后的電阻兩端電壓，就可以判斷母線電流是否超標。

所述的隔離電路模塊采用光電耦合器元器件HCNR201，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。

所述的電平轉換模塊采用SN74LVC4245A芯片，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。

附圖說明

圖1為本發明總體結構框圖；

圖2為本發明 驅動模塊電路圖；