一种基于FPGA的多路无刷电机驱动电路的制作方法

本实用新型涉及无刷电机驱动电路结构领域，特别是涉及基于fpga的多路无刷电机驱动电路。

背景技术：

现有的无刷电机驱动电路通常为一个单片机mcu控制一路电机、一个dsp控制一个电机，在需要多路电机控制的时候往往采用多个上述电路，且采用上述一对一控制的方式有存在着下述的几个问题：1、采用一个单片机mcu作为多路无刷电机的控制核心，由于其内部体系结构和计算功能等条件限制，在需要处理数据量大、同步性要求高的场合，往往不能满足需求；2、采用一个dsp作为无刷电机的控制核心，虽然集成了极强的数字信号处理能力，又集成了电机控制系统所必须的输入/输出、ad转换、时间捕捉等外围设备的能力，可以完成很多复杂的算法，在单个电机精度控制上有很大的优势，但由于dsp开发周期长，在运算上仅限对串行数据的处理，对于大容量的数据要分时串行处理，并不适用于一个dsp芯片控制多个无刷电机的应用场景。目前也有通fpga芯片控制电机的，但也是一个fpga芯片控制一路电机应用方式。

因此，现在的电机驱动电路基本只能一个驱动器驱动一个无刷电机，在有时需要同时控制多个无刷电机的时候，需要多个驱动器，不仅成本高，而且占用空间，集成度差，对于有些要求电机同步性高的场景，由于多个驱动电路之间通过总线通信，存在通信延时，导致无刷电机同步性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种采用fpga作为主控实现多路直流无刷电机同时控制的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路，包括fpga处理器模块、模拟转数字模块以及一路或多路电机驱动单元；

各路电机驱动单元包括功率mos管驱动模块、功率mos管模块、电平转换模块和电流检测模块，所述fpga处理器模块模块的控制信号输入端供与上位机通信连接，所述fpga处理器模块的pwm信号输出端连接功率mos管驱动模块输入端，所述功率mos管模块输入端连接功率mos管驱动模块输出端，所述功率mos管模块输出端供一台电机连接,所述电平转换模块的输入端连接电机的转动信号输出端，所述电平转换模块的输出端连接fpga处理器模块用于将霍尔信号输出给接fpga处理器模块，所述电流检测模块输入端连接在功率mos管模块或电机的电源上检测得出模拟量，所述电流检测模块输出端连接模拟转数字模块的模拟量信号输入端，所述模拟转数字模块与fpga处理器模块通信连接。

所述fpga处理器模块输出的pwm信号为6路，所述功率mos管模块由6个功率mos管组成的一个三相全桥电路结构，6个功率mos管分别由所述fpga处理器模块输出的6路pwm信号控制，所述电机为三相直流无刷电机，共产生3个霍尔信号给fpga处理器模块。

所述fpga处理器模块的控制信号输入端与上位机之间通过can接口模块连接。

所述模拟转数字模块与fpga处理器模块之间通过i2c总线进行通信连接。

所述电机驱动单元为2-8路。

所述fpga处理器模块与功率mos管驱动模块之间连接设置有光耦合器。

所述fpga处理器模块的fpga芯片采用altera公司的ep4ce10f17c8n。

所述功率mos管驱动模块的mos管驱动芯片为全桥驱动器ir21365。

所述功率mos管模块的功率mos管为英飞凌公司的n沟道mos管irfp460a。

所述电流检测模块的电流检测芯片为allegro公司的霍尔电流检测传感器acs758。

所述模拟转数字模块的模拟转数字芯片为ti公司的adc128d818。

所述电平转换模块的电平转换芯片为ti公司的六路施密特触发器反向器sn74lvc14a。

通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：上述结构的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路是对电路结构作出改进，通过一个fpga处理器模块的fpga控制芯片可同时控制多台电机，如上述技术方案最多可同时控制八台三相直流无刷电机，该fpga控制芯片既承担接收电机霍尔信号，又产生控制驱动电路的pwm波信号，以实现并行处理数据，以硬件方式实现，响应速度快，有效解决了多个无刷电机同时控制产生的高成本、集成度差、同步性差等问题，从而达到本实用新型目的。

附图说明

图1是本实用新型涉及的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路的系统结构框图；

图2是本实用新型涉及的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路的电机驱动电路图；

图3是本实用新型涉及的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路的每个电流检测电路图；

图4是本实用新型涉及的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路的多个电流检测电路图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

本实用新型公开的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路，如图1、图2、图3或图4所示，包括fpga处理器模块、模拟转数字模块以及一路或多路电机驱动单元，每一路电机驱动单元可连接驱动一台电机，本实施例中公开的电路结构是包括有8路的电机驱动单元，因此本实施例中可同时连接驱动8台电机，即在实际使用时可仅连接一台，也可是两台或小于等于8台的电机数量，下面详细描述本实用新型的基于fpga的多路无刷电机驱动电路的电路结构。

所述fpga处理器模块，该模块中包含有fpga芯片，可采用现有产品altera公司(美国阿尔特拉公司)的ep4ce10f17c8n。所述模拟转数字模块，该模块中包含有的模拟转数字芯片，可采用现有产品ti公司(texasinstruments德州仪器公司)的adc128d818，该芯片是一款带i2c通信接口的12位、8通道、adc系统监控器。

各路电机驱动单元包括包含有mos管驱动芯片的功率mos管驱动模块、包含有功率mos管的功率mos管模块、包含有电平转换芯片的电平转换模块和包含有电流检测芯片的电流检测模块。本实施例中公开的，所述功率mos管驱动模块的mos管驱动芯片采用全桥驱动器ir21365；所述功率mos管模块的功率mos管为英飞凌公司(德国英飞凌科技公司)的n沟道mos管irfp460a；所述电流检测模块的电流检测芯片为allegro公司(美国allegromicrosystems公司)的霍尔电流检测传感器acs758；所述电平转换模块的电平转换芯片为ti公司(texasinstruments德州仪器公司)的六路施密特触发器反向器sn74lvc14a。

所述fpga处理器模块模块，其fpga芯片受控信号输入端与上位机通信连接，用于接收控制信号，本实施例中优选的所述fpga处理器模块的控制信号输入端与上位机之间采用包含有can接口芯片的can接口模块连接，用于接收信号，所述fpga处理器模块的pwm信号输出端连接功率mos管驱动模块输入端，本实施例中，可进一步电路结构设置，所述fpga处理器模块与功率mos管驱动模块之间连接设置有光耦合器，光电隔离，对控制电路起保护作用。

所述fpga处理器模块分别输出给每路电机驱动单元的pwm信号(脉宽调制信号)为6路(图中的hin1/hin2/hin3/lin1/lin2/lin3)，8路电机驱动单元即总共需要输出48路pwm信号。

所述功率mos管模块输入端连接功率mos管驱动模块输出端，所述功率mos管模块输出端供一台电机连接；本实施例中所述电机为三相直流无刷电机，所述功率mos管模块由6个功率mos管组成的一个三相全桥电路结构，三个输出端分别与三相直流无刷电机的三个线圈连接，6个功率mos管分别由所述fpga处理器模块输出的6路pwm信号控制。

6路pwm信号送入所述功率mos管驱动模块(图中的u101)，经所述功率mos管驱动模块放大后控制功率mos管模块(图中的6个mosfet(金氧半场效晶体管)：mq1/mq2/mq3/mq4/mq5/mq6)进行开关动作，实现对无刷直流电机的控制。同时通过采样电阻(图中的r19)取得电压值，通过电阻(图中的r20和r21)分压送入所述功率mos管驱动模块的itrip端口(数据端口)来实现过流保护功能。vb1和vs1之间所接的电容(图中的c7)，以及vb1与a15v之间所接的二极管(图中的d7)组成自举电源，当vs被拉到地时，vcc通过自举二极管给自举电容充电因此给vbs提供一个电源。本实施例中进一步的，在所述功率mos管驱动模块与mos管的栅极之间串联一个电阻(图中的r7/r11/r15/r9/r13/r17)，用于防止mos管的误导通。

所述电平转换模块的输入端连接电机的转动信号(即为霍尔信号)输出端，本实施例中所述电机为三相直流无刷电机，每台共产生3个霍尔信号，8台电机供产生24个霍尔信号，各路电机驱动单元的所述电平转换模块的输出端连接fpga处理器模块分别将获得的霍尔信号输出给接fpga处理器模块。

所述电流检测模块输入端连接在功率mos管模块或电机的电源上用于检测电机工作时的电流检测得出模拟量的信号，8台电机即得出8个模拟量的信号，，如图中所示的，给每台电机的24v都经过电流检测芯片，每流过1a电流输出40mv的模拟量电压(图中的vout1-vout8)，所述电流检测模块输出端连接模拟转数字模块的模拟量信号输入端，模拟转数字模块将模拟量转换成数字量，所述模拟转数字模块与fpga处理器模块通信连接，将转换出来的数字量输出给fpga处理器模块，本实施例中优选的，所述模拟转数字模块与fpga处理器模块之间采用iic总线进行通信连接，在fpga处理器模块接收到数字量后，通过该数字量数值判断该电流是否超过设定的阈值，如果超过，则通过can总线报警。

本实用新型的一种基于fpga的多路无刷电机驱动电路，通过上述技术方案，一个fpga控制芯片即可可同时控制八个三相直流无刷电机，该fpga控制芯片既承担接收电机霍尔信号，又产生控制驱动电路的pwm波信号，有效解决了多个无刷电机同时控制产生的高成本、集成度差、同步性差等问题，从而达到本实用新型的上述目的效果。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。