基于ActelFusionFPGA的无位置传感器无刷电机控制器

1引言无刷直流电机(BLDC)具有体积小，无机械触点，寿命长，安装方便的优点，一直都是电机应用的研究热点。目前无刷电机控制基本上都是采用霍尔传感器作为转子位置反馈元件，但位置传感器的存在不仅增加了电机的体积和成本，很大程度上还成为电机的故障源之一，使系统可靠性降低。所以无位置传感器的无刷电机控制方案业已成为当前的研究热点。近年来，采用数字控制的无位置传感器控制技术，已逐渐成为今后无刷电机控制的发展趋势。

1 引言

无刷直流电机(BLDC)具有体积小，无机械触点，寿命长，安装方便的优点，一直都是电机应用的研究热点。目前无刷电机控制基本上都是采用霍尔传感器作为转子位置反馈元件，但位置传感器的存在不仅增加了电机的体积和成本，很大程度上还成为电机的故障源之一，使系统可靠性降低。所以无位置传感器的无刷电机控制方案业已成为当前的研究热点。

近年来，采用数字控制的无位置传感器控制技术，已逐渐成为今后无刷电机控制的发展趋势。在此采用Actel公司的Fusion系列混合信号FPGA为控制器核心，设计了一款无位置传感器无刷电机控制器。采用Fusion内部特有的12位多路高速A／D转换器，实现电机反电动势检测，使用内嵌的51软核实现速度闭环控制算法，成功实现无刷电机无位置传感器控制方案，具有系统硬件方案简单，集成度高，可靠性好，调速精度高等优点。

2系统方案设计

2.1 Fusion FPGA简介

Actel Fusion系列器件是业界首款也是唯一具有模拟功能的Flash架构的FPGA，融合了FPGA数字内核、A／D转换器、Flash存储器、模拟的I／O、RTC等数字和模拟器件。Fusion器件内部具有2～8 Mbit不等的用户可用Flash存储器和30通道、最高12位精度、最高600 Ks／s采样率的A／D转换器，片内100MHz的RC振荡器与PLL(锁相环)一起共同为FPGA提供时钟，以节省外部时钟的开销。这些特点极大地提高了该系列FPGA器件的功能，简化了系统设计，大幅度减少了电路板面积和系统总成本。当Fusion系列FPGA器件结合8051，CortexMl，ARM7等软件MCU核时，还可以实现真正的SoC系统。Actel Fusion系列FPGA器件是迄今为止最全面的单芯片模拟与数字可编程逻辑系统的解决方案。

2.2控制器方案设计

根据无刷电机反电动势检测法原理，结合Actel FusionFPGA的内部功能特性，设计了图1所示的无刷电机控制方案。