摘要：设计了一种基于复杂可编程逻辑器件( cpld)的无刷直流电动机控制系统，该系统采用cpld作为核心器件，极大减少了分离元件的使用。利用硬件描述语言vhdl，通过设计在片内的代码实现电机换相控制，因此具有极大的灵活性、扩展性和稳定性。文章就系统设计思想进行了详细的阐述，并给出了相应的硬件电路和程序流程图。经过调试验证了该设计方案的可行性，电路结构紧凑，具有较好的工程应用价值。

关键词：复杂可编程逻辑器件；无刷直流电动机；vhdl

中图分类号：tm36 +1    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)05-0070-03

    无刷直流电动机( bldcm)用电子换相替代了电刷和换向器，可以实现高性能、高可靠性、长寿命、免维护等目的。在直流伺服调速控制系统中，普遍采用以单片机或dsp作为控制系统的微处理器来实现电机的数字控制算法，但占用接口资源较多，所需外围分立元器件也较多，这对整个系统的复杂性和可靠性都有较大影响。

    用cpld控制bldcm，能够大大减少外围电路，节省资源，实现在线编程和擦除，使设计更加灵活，可靠度更高，系统结构更为紧凑，快速性更强，并且有极大的扩展性和通用性。本文叙述了基于cpld的bldcm控制系统的设计与实现，并将其成功应用于航模螺旋桨驱动系统中。

    图1为用于航模螺旋桨驱动系统的bldcm控制结构框图，系统主要由微控制器最小系统( cpld)、驱动电路、三相逆变桥电路、检测电路和bldcm组成。

  

    根据功能和体积要求，cpld选择altera公司生产的max7000s系列芯片作为控制芯片，驱动电路采用专周驱动芯片ir2130，出于减小控制器体积和质量的考虑，主功率逆变器采用由mosfet(irfi4212h - 117p)组成的三相全桥拓扑结构。为了实现系统的灵活性、扩展性和通用性，系统设计了斩波方式选择端口、正／反转选择端口、外部通讯接口和未定义的预留控制端口等。这样可以很方便地对系统进行扩展和升级。

    系统上电后，首先进行过压、欠压和过温检测，如果有故障，则输出故障信号，否则检测开机信号pg(定义开机为高电平；当pg信号为1时，然后检测斩波方式控制端和正／反转切换信号，将霍尔（hall）转子位置传感器信号ha、hb、hc与cpld内部产生的占空比为百分之5的pwm进行逻辑合成，形成六路调制控制信号，通过驱动电路推动三相桥式逆变器，使电机开始软起动，当占空比到达百分之85时，系统进入速度闭环稳速运行状态，通过三相hall转子传感器信号间接检测的电机转速反馈控制信号，来调节pwm脉冲的占空比，进而实现电机转速的稳定控制，同时上位机通过数据总线可以对系统进行监控。

    控制器硬件电路主要包括功率逆变桥电路、保护电路、驱动电路和逻辑综合电路组成。保护电路主要实现过压、欠压、过流和过温的检测保护；驱动电路采用ir2130集成电路驱动，本文不再赘述。以下对功率逆变桥电路和逻辑综合电路进行说明。

    主功率逆变电路原理如图2所示。考虑航模上有体积和重量的限制，功率主功率电踣中开关管采用低压低导通压降的快速mosfet器件ir-fi4212h-117p．

    要实现整个系统的控制功能，关键是对各路信号进行复杂的综合逻辑处理，包括逻辑合成及故障保护等。经分析，系统选用altera公司的cpld芯片epm7064sl，完全可以实现以上复杂逻辑控制。

  该cpld芯片可对开机、转速给定、斩波、制动、转向、驱动对象选择以及各种保护信号进行逻辑处理，完成对电机转子位置传感器信号和通过内部编程产生的pwm信号进行逻辑综合，并实时产生三相逆变器六路调制驱动信号。