CN217307574U - 一种基于fpga的电机驱动pwm波快速生成装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，包括PC机、FPGA芯片、驱动电路以及用于供电的电源电路，PC机通过串行接口电路与FPGA芯片连接，FPGA芯片与驱动电路连接，FPGA芯片包括分时跳转模块、死区处理模块以及分相控制模块，分时跳转模块通过信号采集接口与PC机连接，死区处理模块通过总线方式分别与分时跳转模块和分相控制模块，分相控制模块通过PWM输出接口与驱动电路连接。本实用新型以数字的方式生成PWM波，能够提升调制范围，实现更加精确的控制精度，实现更优的控制性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置。
背景技术
随着国民经济的发展，人们对能源的要求、设备稳定性的要求以及工作的效率和功率密度等参数的要求越来越高，与之相对的，电机的精确控制也就越来越重要。在电机调速、降噪以及维持性能稳定等方面均有应用到PWM控制技术，正是依靠PWM控制技术改变输入的PWM波形，才能够精确调整电机输出的电压波形矢量，从而达到控制电机高效率运行的目的。
现有的PWM控制技术主要是通过载波调制PWM利用载波与调制信号的交点决定开关动作的位置，产生PWM信号，这种PWM控制技术不能够移除PWM信号中具有在预定范围之外的占空比的所有脉冲；另外，应用过程中产生的新的频率成分可能将失真引入滤波后的脉冲中，从而使脉冲的形状失真(例如，改变脉冲的宽度)，使得其通用性大大折扣。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种通用性较强的基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，该装置能够移除PWM信号中，预定范围之外的占空比的脉冲，同时从机理上解决现有载波调制在生成PWM信号过程中新的频率将失真引入滤波后的脉冲中，从而使脉冲的形状失真的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，包括PC机、FPGA芯片、驱动电路以及用于供电的电源电路，所述PC机通过串行接口电路与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片与驱动电路连接，所述FPGA芯片包括分时跳转模块、死区处理模块以及分相控制模块，所述分时跳转模块通过信号采集接口与PC机连接，所述死区处理模块通过总线方式分别与分时跳转模块和分相控制模块，所述分相控制模块通过PWM输出接口与驱动电路连接。
进一步，所述分时跳转模块包括单位计数处理部分、数字信号处理部分、逻辑控制部分以及模块端口，所述单位计数处理部分通过总线方式逻辑控制部分，所述逻辑控制部分通过总线方式连接数字信号处理部分，所述数字信号处理部分产生的数字信号通过模块端口输入至死区处理模块。
进一步，所述死区处理模块包括数据寄存部分、数据累加部分、死区处理算法部分，所述死区处理算法部分接收分时跳转模块产生的数字信号，数据累加部分通过总线方式与死区处理算法部分连接，所述数据累加部分通过总线方式与数据寄存部分连接，所述数据寄存部分的信号输出端与分相控制模块连接。
进一步，所述分相控制模块包括正相输出部分、负相输出部分以及PWM波调制部分，所述正相输出部分包括并联设置的六条与负相输出部分一一对应的信号通道，所述信号通道均与PWM波调制部分连接，所述PWM波调制部分通过PWM输出接口与驱动电路连接。
进一步，所述分相控制模块通过三相桥式整流电路与驱动电路连接。
进一步，所述FPGA芯片为STEP-MAX10-02、STEP-MAX10-08C、STEP-MAX10-08A型号版本中的任一一款。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型以数字的方式生成PWM波，能够提升调制范围，实现更加精确的控制精度，实现更优的控制性能；
2、本实用新型通过利用FPGA的芯片优势，其能够应用在开关频率更高的工作场合，提升系统的普适度，具有不改变硬件拓扑，不改变电机的数学模型的优势，控制方法简单。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例PWM波生成流程图；
图3为本实用新型一实施例PWM生成占空比50％输出波形仿真图；
图4为本实用新型一实施例翻转前后增加死区时间波形仿真图；
图5为本实用新型一实施例FPGA芯片输出波形图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
参照附图1至附图5，本实施例选用STEP-MAX10-02的FPGA芯片做进一步说明，包括PC机、FPGA芯片、驱动电路以及用于供电的电源电路，PC机通过串行接口电路与FPGA芯片连接，FPGA芯片与驱动电路连接，FPGA芯片包括分时跳转模块、死区处理模块以及分相控制模块，分时跳转模块通过信号采集接口与PC机连接，死区处理模块通过总线方式分别与分时跳转模块和分相控制模块，分相控制模块通过PWM输出接口与驱动电路连接。
分时跳转模块包括单位计数处理部分、数字信号处理部分、逻辑控制部分以及模块端口，单位计数处理部分通过总线方式逻辑控制部分，逻辑控制部分通过总线方式连接数字信号处理部分，数字信号处理部分产生的数字信号通过模块端口输入至死区处理模块；即通过分时跳转模块处理数字信号，获取所需的PWM信号的周期、频率、占空比、单次的脉宽等信息，之后利用单位计数处理部分中的系统时钟，利用系统时钟的晶振频率，定义死区时间、翻转节点等参数变量，从而减少占空比的脉冲的形成。
死区处理模块包括数据寄存部分、数据累加部分、死区处理算法部分，死区处理算法部分接收分时跳转模块产生的数字信号，数据累加部分通过总线方式与死区处理算法部分连接，所述数据累加部分通过总线方式与数据寄存部分连接，数据寄存部分的信号输出端与分相控制模块连接；通过死区处理模块对PWM波形进行翻转后再增加死区时间，避免在输出PWM信号发生反转的时候发生误触发产生瞬间电流冲击损坏装置的情况出现，并在最初或最后时刻进行死区补偿，以保证占空比不发生变化，从而能够移除PWM信号中，预定范围之外的占空比的脉冲，提高装置PWM波生产的速率。
分相控制模块包括正相输出部分、负相输出部分以及PWM波调制部分，正相输出部分包括并联设置的六条与负相输出部分一一对应的信号通道，信号通道均与PWM波调制部分连接，PWM波调制部分通过PWM输出接口与驱动电路连接，分相控制模块通过三相桥式整流电路与驱动电路连接；通过六条PWM输出信号通道，将PWM波输出至三相桥式整流电路中使其与驱动电路连接，提高PWM波生成控制精度的同时，利用PWM波调制部分，解决现有载波调制在生成PWM信号过程中新的频率将失真引入滤波后的脉冲中，从而使脉冲的形状失真的问题。
工作原理：通过PC机编程所需PWM信号的占空比与所控制的电机需求，即数字信号通过外部总线传输入FPGA芯片，同时FPGA芯片从PC机上获得时钟信号，FPGA芯片内部通过编程方式对时钟信号进行捕捉，之后将获取的时钟信号传输到分时跳转模块，利用分时跳转模块获取所需PWM信号在单位周期内的翻转次数，并且通过死区处理模块将时钟信号处理为处理适合电机控制的PWM波形，防止上下桥臂形成回路，产生回流损害电机，同时分时跳转模块每次进行一次单位计数器加一操作之前，死区处理模块将数据累加部分内的数值与所需计数次数相比较，当单位计数器满足编程需要后进行系统复位，将单位计数器清零，死区处理模块中的数据寄存部分的状态寄存器进行复位，完成一次周期操作；同时，PWM波进行电平复位，输出的PWM波形，进入分相控制模块，正相输出部分和负相输出部分通过PWM波调制部分对PWM波进行调制，调制后的PWM波输入至驱动电路，通过驱动电路进行功率放大，使其满足电力电子器件的开通关断要求后输入至三相桥式电路以完成对电机进行控制的目的。
Claims (6)
1.一种基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，包括PC机、FPGA芯片、驱动电路以及用于供电的电源电路，其特征在于，所述PC机通过串行接口电路与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片与驱动电路连接，所述FPGA芯片包括分时跳转模块、死区处理模块以及分相控制模块，所述分时跳转模块通过信号采集接口与PC机连接，所述死区处理模块通过总线方式分别与分时跳转模块和分相控制模块，所述分相控制模块通过PWM输出接口与驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，其特征在于，所述分时跳转模块包括单位计数处理部分、数字信号处理部分、逻辑控制部分以及模块端口，所述单位计数处理部分通过总线方式逻辑控制部分，所述逻辑控制部分通过总线方式连接数字信号处理部分，所述数字信号处理部分产生的数字信号通过模块端口输入至死区处理模块。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，其特征在于，所述死区处理模块包括数据寄存部分、数据累加部分、死区处理算法部分，所述死区处理算法部分接收分时跳转模块产生的数字信号，数据累加部分通过总线方式与死区处理算法部分连接，所述数据累加部分通过总线方式与数据寄存部分连接，所述数据寄存部分的信号输出端与分相控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，其特征在于，所述分相控制模块包括正相输出部分、负相输出部分以及PWM波调制部分，所述正相输出部分包括并联设置的六条与负相输出部分一一对应的信号通道，所述信号通道均与PWM波调制部分连接，所述PWM波调制部分通过PWM输出接口与驱动电路连接。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，其特征在于，所述分相控制模块通过三相桥式整流电路与驱动电路连接。
6.根据权利要求1-5中任一所述权利要求的基于FPGA的电机驱动PWM波快速生成装置，其特征在于，所述FPGA芯片为STEP-MAX10-02、STEP-MAX10-08C、STEP-MAX10-08A型号版本中的任一一款。
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN217307574U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118210264A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-06-18 | 杭州沃镭智能科技股份有限公司 | 一种电磁阀恒流驱动系统及其控制方法 |
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2022
- 2022-03-08 CN CN202220503677.7U patent/CN217307574U/zh active Active
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