摘要：設計了一種基于復雜可編程邏輯器件( cpld)的無刷直流電動機控制系統，該系統采用cpld作為核心器件，極大減少了分離元件的使用。利用硬件描述語言vhdl，通過設計在片內的代碼實現電機換相控制，因此具有極大的靈活性、擴展性和穩定性。文章就系統設計思想進行了詳細的闡述，并給出了相應的硬件電路和程序流程圖。經過調試驗證了該設計方案的可行性，電路結構緊湊，具有較好的工程應用價值。

關鍵詞：復雜可編程邏輯器件；無刷直流電動機；vhdl

中圖分類號：tm36 +1    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848(2010)05-0070-03

    無刷直流電動機( bldcm)用電子換相替代了電刷和換向器，可以實現高性能、高可靠性、長壽命、免維護等目的。在直流伺服調速控制系統中，普遍采用以單片機或dsp作為控制系統的微處理器來實現電機的數字控制算法，但占用接口資源較多，所需外圍分立元器件也較多，這對整個系統的復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，節省資源，實現在線編程和擦除，使設計更加靈活，可靠度更高，系統結構更為緊湊，快速性更強，并且有極大的擴展性和通用性。本文敘述了基于cpld的bldcm控制系統的設計與實現，并將其成功應用于航模螺旋槳驅動系統中。

    圖1為用于航模螺旋槳驅動系統的bldcm控制結構框圖，系統主要由微控制器最小系統( cpld)、驅動電路、三相逆變橋電路、檢測電路和bldcm組成。

  

    根據功能和體積要求，cpld選擇altera公司生產的max7000s系列芯片作為控制芯片，驅動電路采用專周驅動芯片ir2130，出于減小控制器體積和質量的考慮，主功率逆變器采用由mosfet(irfi4212h - 117p)組成的三相全橋拓撲結構。為了實現系統的靈活性、擴展性和通用性，系統設計了斬波方式選擇端口、正／反轉選擇端口、外部通訊接口和未定義的預留控制端口等。這樣可以很方便地對系統進行擴展和升級。

    系統上電后，首先進行過壓、欠壓和過溫檢測，如果有故障，則輸出故障信號，否則檢測開機信號pg(定義開機為高電平；當pg信號為1時，然后檢測斬波方式控制端和正／反轉切換信號，將霍爾（hall）轉子位置傳感器信號ha、hb、hc與cpld內部產生的占空比為百分之5的pwm進行邏輯合成，形成六路調制控制信號，通過驅動電路推動三相橋式逆變器，使電機開始軟起動，當占空比到達百分之85時，系統進入速度閉環穩速運行狀態，通過三相hall轉子傳感器信號間接檢測的電機轉速反饋控制信號，來調節pwm脈沖的占空比，進而實現電機轉速的穩定控制，同時上位機通過數據總線可以對系統進行監控。

    控制器硬件電路主要包括功率逆變橋電路、保護電路、驅動電路和邏輯綜合電路組成。保護電路主要實現過壓、欠壓、過流和過溫的檢測保護；驅動電路采用ir2130集成電路驅動，本文不再贅述。以下對功率逆變橋電路和邏輯綜合電路進行說明。

    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關管采用低壓低導通壓降的快速mosfet器件ir-fi4212h-117p．

    要實現整個系統的控制功能，關鍵是對各路信號進行復雜的綜合邏輯處理，包括邏輯合成及故障保護等。經分析，系統選用altera公司的cpld芯片epm7064sl，完全可以實現以上復雜邏輯控制。

  該cpld芯片可對開機、轉速給定、斬波、制動、轉向、驅動對象選擇以及各種保護信號進行邏輯處理，完成對電機轉子位置傳感器信號和通過內部編程產生的pwm信號進行邏輯綜合，并實時產生三相逆變器六路調制驅動信號。