基于Actel Fusion FPGA的無刷電機控制器

　　2．3 三相PWM產生

　　設計方案中采用Fusion的邏輯門電路實現了PWM頻率和占空比可連續調節的PWM發生模塊。其中，設定的頻率參數和占空比可根據A/D轉換器采集的電位器電壓值轉換為相應的參數值，只要調節外部電位器就能產生6路占空比可調的PWM信號波形。下面給出的相關代碼是采用VerilogHDL語言編寫的一部分三相PWM的源碼。圖2示出用示波器測出的其中兩路PWM信號波形。

　　2．4 反電動勢檢測

　　實現反電動勢檢測原理是：無刷直流電動機在運轉過程中，同一時間只有兩相繞組處于工作狀態，即該兩相所對應的功率器件處于PWM狀態，而第三相處于懸空狀態，其端電壓等于感應電動勢。反電動勢的過零點就發生在該相繞組懸空期間。此時通過檢測端電壓就能間接檢測該相反電動勢的過零點。該控制器的反電動勢檢測采用Fusion系列FPGA器件內部的模擬模塊，三相端電壓經過電阻分壓濾波后送入Fusion系列FPGA器件內的12位A／D轉換器進行分時采樣。Fusion系列FPGA器件內部采用分時循環采樣電位器設定電壓和三相繞組的反電動勢電壓，A／D轉換器將轉換結果分別存入相應的數據寄存器。A／D轉換器循環采樣部分的

　　圖3示出用示波器測量到的實際反電動勢μ1和μ2的波形，由于反電動勢信號經過一定的模擬濾波處理，信噪比較好，便于FPGA進行過零點檢測。

　　2．5 控制軟件設計

　　上述有關PWM產生模塊和A／D轉換器循環采樣模塊都是用Verilog HDL語言編寫的，在Actel Libero IDE集成開發環境下編譯通過并作為模塊調用，而調速控制算法的實現則使用了Fusion系列FPGA器件內部的8051軟核實現，開發工具是Keil C。圖4示出51軟核的算法流程。

　　3 結論

　　無刷電機控制器硬件平臺基礎上分別編制開發了FPGA內部各功能單元，并進行了編譯鏈接和引腳分配。經過實驗實現了對無刷電機的平穩啟動和轉速調節。所用無刷電機24 V供電，額定轉速l 600 r／min。由該FPGA控制器控制的調速范圍為760~1 600 r／min內連續可調。該控制器的實現充分體現了Actel Fusion系列混合信號FPGA在模數混合系統應用中的高度集成性，真正單片SoC的優點，為Fusion系列FPGA器件的應用提供了參考價值。