無刷直流電機驅動控制器的S0PC技術研究

無刷直流電機具有無電刷和換相火花，體積小，低噪聲等諸多優點，廣泛應用在當今的控制系統中。目前對無刷直流電機的控制主要由單片機和DSP實現。但是其外圍電路復雜，對系統的穩定性和可靠性有較大的影響。近年來，基于可編程門陣列(FPGA)的硬件設計技術已經成為一種全新的設計思想。與專用集成電路(ASIC)不同的是，FPGA本身只是標準的單元陣列，沒有一般集成電路所具有的功能，但用戶可以根據需要，通過專門的布局布線工具對其內部進行重新編程，在最短的時間內設計出自己專用的集成電路，從而提高產品的競爭力。由于它以純硬件的方式進行并行處理，而且不占用CPU的資源，所以可以使系統達到很高的性能。本文用純硬件的方式設計實現了無刷直流電機驅動控制器，包括PI調節算法，外圍電路簡單，實時控制速度快，系統穩定可靠。

1 無刷直流電機的工作原理
無刷直流電機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。其基本工作原理就是借助反映轉子位置的位置信號，通過驅動電路，驅動逆變電路的功率開關元件，使電樞繞組依一定順序通電，從而在氣隙中產生旋轉磁場，拖動永磁轉子旋轉。
三相四極星型連結的無刷直流電機采用兩兩導通方式，位置傳感器在無刷直流電機中起著測定轉子磁極位置的作用，為邏輯開關電路提供正確的換相信息。無刷直流電機轉子位置信號由3只在相位上差120°的霍爾傳感器(Sa，Sb，Sc)檢測，霍爾傳感器一個周期內的開關信號有6個狀態，如圖1所示。無刷直流電機控制系統工作原理如圖2所示，其中VF為逆變器，根據霍爾信號，FPGA控制器產生PWM信號，經過驅動電路放大送至逆變器各功率開關管(Th1～Th6)，從而控制電機各相繞組按照一定順序工作，實現無刷直流電機正常運轉。