摘要：設(shè)計(jì)了一種基于復(fù)雜可編程邏輯器件( cpld)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用cpld作為核心器件，極大減少了分離元件的使用。利用硬件描述語(yǔ)言vhdl，通過(guò)設(shè)計(jì)在片內(nèi)的代碼實(shí)現(xiàn)電機(jī)換相控制，因此具有極大的靈活性、擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。文章就系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并給出了相應(yīng)的硬件電路和程序流程圖。經(jīng)過(guò)調(diào)試驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的可行性，電路結(jié)構(gòu)緊湊，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜可編程邏輯器件；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；vhdl

中圖分類號(hào)：tm36 +1    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a    文章編號(hào)：1001-6848(2010)05-0070-03

    無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)( bldcm)用電子換相替代了電刷和換向器，可以實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)等目的。在直流伺服調(diào)速控制系統(tǒng)中，普遍采用以單片機(jī)或dsp作為控制系統(tǒng)的微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的數(shù)字控制算法，但占用接口資源較多，所需外圍分立元器件也較多，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性都有較大影響。

    用cpld控制bldcm，能夠大大減少外圍電路，節(jié)省資源，實(shí)現(xiàn)在線編程和擦除，使設(shè)計(jì)更加靈活，可靠度更高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，快速性更強(qiáng)，并且有極大的擴(kuò)展性和通用性。本文敘述了基于cpld的bldcm控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并將其成功應(yīng)用于航模螺旋槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

    圖1為用于航模螺旋槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的bldcm控制結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)主要由微控制器最小系統(tǒng)( cpld)、驅(qū)動(dòng)電路、三相逆變橋電路、檢測(cè)電路和bldcm組成。

  

    根據(jù)功能和體積要求，cpld選擇altera公司生產(chǎn)的max7000s系列芯片作為控制芯片，驅(qū)動(dòng)電路采用專周驅(qū)動(dòng)芯片ir2130，出于減小控制器體積和質(zhì)量的考慮，主功率逆變器采用由mosfet(irfi4212h - 117p)組成的三相全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)展性和通用性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了斬波方式選擇端口、正／反轉(zhuǎn)選擇端口、外部通訊接口和未定義的預(yù)留控制端口等。這樣可以很方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)。

    系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行過(guò)壓、欠壓和過(guò)溫檢測(cè)，如果有故障，則輸出故障信號(hào)，否則檢測(cè)開(kāi)機(jī)信號(hào)pg(定義開(kāi)機(jī)為高電平；當(dāng)pg信號(hào)為1時(shí)，然后檢測(cè)斬波方式控制端和正／反轉(zhuǎn)切換信號(hào)，將霍爾（hall）轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)ha、hb、hc與cpld內(nèi)部產(chǎn)生的占空比為百分之5的pwm進(jìn)行邏輯合成，形成六路調(diào)制控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路推動(dòng)三相橋式逆變器，使電機(jī)開(kāi)始軟起動(dòng)，當(dāng)占空比到達(dá)百分之85時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入速度閉環(huán)穩(wěn)速運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)三相hall轉(zhuǎn)子傳感器信號(hào)間接檢測(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋控制信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)pwm脈沖的占空比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制，同時(shí)上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

    控制器硬件電路主要包括功率逆變橋電路、保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路和邏輯綜合電路組成。保護(hù)電路主要實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)溫的檢測(cè)保護(hù)；驅(qū)動(dòng)電路采用ir2130集成電路驅(qū)動(dòng)，本文不再贅述。以下對(duì)功率逆變橋電路和邏輯綜合電路進(jìn)行說(shuō)明。

    主功率逆變電路原理如圖2所示。考慮航模上有體積和重量的限制，功率主功率電踣中開(kāi)關(guān)管采用低壓低導(dǎo)通壓降的快速mosfet器件ir-fi4212h-117p．

    要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，關(guān)鍵是對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的綜合邏輯處理，包括邏輯合成及故障保護(hù)等。經(jīng)分析，系統(tǒng)選用altera公司的cpld芯片epm7064sl，完全可以實(shí)現(xiàn)以上復(fù)雜邏輯控制。

  該cpld芯片可對(duì)開(kāi)機(jī)、轉(zhuǎn)速給定、斬波、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)對(duì)象選擇以及各種保護(hù)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)和通過(guò)內(nèi)部編程產(chǎn)生的pwm信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，并實(shí)時(shí)產(chǎn)生三相逆變器六路調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。