基于CPLD的直流無刷電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

1、基于cpld的直流無刷電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計直流無刷電機(jī)廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外圍設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、伺服系統(tǒng)、汽車、家電等領(lǐng)域。本文介紹的電機(jī)驅(qū)動就是某穩(wěn)定平臺的角度伺服控制回路的驅(qū)動部分。本文中設(shè)計的基于的電機(jī)驅(qū)動電路，充分利用cpld的硬件可編程和實現(xiàn)規(guī)律運算便利的特點，用一片cpld代替原有十幾片規(guī)律門和一部分。采納語言編程實現(xiàn)相關(guān)規(guī)律。利用cpld在線可編程的特點，可以很便利的對系統(tǒng)舉行調(diào)試。1 無刷直流電機(jī)的驅(qū)動原理直流無刷是由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置和開關(guān)電路組成一個閉環(huán)系統(tǒng)。與普通的有刷電機(jī)不同，他的定子為電樞繞組，轉(zhuǎn)子采納永磁體。本文介紹的電動機(jī)采納了3相y型聯(lián)結(jié)的全控電路，其基本構(gòu)成1所示。其

2、電子開關(guān)電路為6個組成的三相逆變電路。直流無刷電機(jī)驅(qū)動電路的作用就是對來自電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置信號、來自外部的控制信號以及其他控制信號采樣并舉行譯碼，使a，b，c三相繞組能按要求的挨次導(dǎo)通，實現(xiàn)定子繞組的正確換相，從而使電機(jī)正常運行。在實際應(yīng)用中還要對電機(jī)的過壓、欠壓、過流、過熱庇護(hù)等舉行設(shè)計。并按要求舉行光電隔離和基極驅(qū)動電路設(shè)計。2 系統(tǒng)總體計劃設(shè)計電動機(jī)驅(qū)動電路包括3個部分，即：(1)cpld核心控制電路；(2)驅(qū)動及隔離電路；(3)ipm接口電路；其系統(tǒng)框圖2所示。3 硬件電路設(shè)計3.1 cpld控制電路該部分是電動機(jī)驅(qū)動電路的核心部分見圖3，其信號采集、換相譯碼、死區(qū)發(fā)生器設(shè)計以

3、及故障處理均由該部分完成。采集的信號有：電機(jī)控制器的pwm信號；正反轉(zhuǎn)控制信號；經(jīng)過整形的電機(jī)的霍爾位置傳感器的位置信號；來自ipm模塊的電機(jī)的欠壓、過壓、過流、過熱等故障檢測信號。這些信號輸入到cpld后，通過cpld的軟件實現(xiàn)換相譯碼、編程死區(qū)和電機(jī)庇護(hù)規(guī)律，最后輸出控制信號up，vp，wp，un，vn，wn到ipm的三相逆變電路?？刂齐姍C(jī)的三相電樞正確換相，從而使電機(jī)正常運行。信號的整形電路4所示：采納4路精密lm339完成。對來自霍爾傳感器的信號舉行整形，并對輸出到cpld的信號加濾波濾波。3.2 驅(qū)動隔離電路驅(qū)動隔離電路包括光電隔離電路和基極驅(qū)動電路。光電隔離電路的作用是實現(xiàn)cpld

4、控制電路與ipm模塊之間的電氣隔離。隔離信號有2部分：(1)cpld輸出到ipm模塊的up等控制信號；(2)ipm反饋給cpld的電機(jī)故障診斷信號f1，f2，f3，f4；up等信號的電氣隔離采納高速光電耦合芯片6n137，該芯片的最大延遲時光為75 ns?？蓪崿F(xiàn)3 000 vdc的高電壓隔離，適合于電氣控制場合。ipm反饋給cpld信號的電氣隔離由光電耦合芯片4n25完成，5所示?；鶚O驅(qū)動電路采納9014，并使三極管工作在開關(guān)狀態(tài)。增強(qiáng)控制信號的驅(qū)動能力，并終于輸出控制電壓給ipm模塊的三相逆變電路。6所示：3.3 ipm接口電路設(shè)計ipm(智能功率模塊)將多個igbt集成到一起，廣泛應(yīng)用于無

5、噪聲、低噪聲ups和伺服控制器中。普通含有柵極驅(qū)動、短路庇護(hù)、過壓、過流庇護(hù)等。本文采納三菱電機(jī)生產(chǎn)的pm75csa120的ipm模塊實現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)所需的三相逆變電路。他內(nèi)部集成6只igbt，每2只對應(yīng)電機(jī)的一相。其額定負(fù)載為75 a，額定控制電壓為1 200 v。另外還集成過流、過熱、欠壓、短路等故障檢測電路，其暗示圖7所示。浮現(xiàn)故障時，ipm會將檢測信號fo送到cpld舉行處理，實行相應(yīng)的措施，提高系統(tǒng)的牢靠性。ipm工作需要單獨的電源供電，與控制電路電源嚴(yán)格分開。其中上橋臂的3個igbt各自需要1路電源，下橋臂的3個igbt共用1個電源，這樣就需要4路電源。其的電路8所示。智能功率模塊將功

6、率電子器件和驅(qū)動電路集成到一起，并且內(nèi)藏有故障檢測電路，不僅體積小，而且牢靠性高。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件構(gòu)架設(shè)計cpld的軟件采納vhdl語言編程實現(xiàn)。軟件模塊間的程序并行執(zhí)行，沒有程序流程圖，只能用程序架構(gòu)表示。cpld的軟件主要有電機(jī)的換相譯碼、死區(qū)發(fā)生器設(shè)計、故障處理和pwm與轉(zhuǎn)向控制等功能，其軟件構(gòu)架9所示。4.2 換相譯碼程序設(shè)計換相譯碼器的作用是按照當(dāng)前位置信號和pwm控制信號以及轉(zhuǎn)向控制信號q，確定出up，vp，wp，un，vn，wn的相應(yīng)值。需要實現(xiàn)的規(guī)律表達(dá)式為：4.3 死區(qū)發(fā)生器設(shè)計為防止三相逆變電路上下橋臂的igbt產(chǎn)生“共態(tài)導(dǎo)通”的現(xiàn)象，導(dǎo)致短路。需要給igbt的

7、控制信號的升高沿設(shè)置死區(qū)，使其在一段延時之后才真正達(dá)到高電平。死區(qū)發(fā)生器設(shè)計采納飽和計數(shù)器的方式，類似于電容的充放電過程，需產(chǎn)生10所示的時序。其規(guī)章為：(1)當(dāng)up_in輸入為0時，假如計數(shù)值t等于0，則計數(shù)值t保持不變，否則作減1計數(shù)；(2)當(dāng)up_in輸入為1時，假如計數(shù)值t等于max，則計數(shù)值t保持不變，否則做加1計數(shù)；(3)當(dāng)輸入為1且死區(qū)計數(shù)器數(shù)值t為max時，up=1對應(yīng)igbt導(dǎo)通；(4)當(dāng)死區(qū)計數(shù)器數(shù)值在0max之間時，up=0，對應(yīng)igbt關(guān)閉；下面為死區(qū)時光為n個時鐘周期的vhdl程序，程序的運行結(jié)果如下。4.4 ipm故障處理在系統(tǒng)中故障檢測信號的處理是把信號引入到cpld中，然后up實現(xiàn)的規(guī)律后輸出，既保證ipm浮現(xiàn)故障時，up無輸出，又保證up與un的反規(guī)律。