基于CPLD的直流无刷电机驱动电路设计

　　直流无刷电机广泛应用于计算机外围设备、数控机床、机器人、伺服系统、汽车、家电等领域。本文介绍的电机驱动电路就是某稳定平台的角度伺服控制回路的驱动部分。本文中设计的基于CPLD的电机驱动电路，充分利用cPLD的硬件可编程和实现逻辑运算方便的特点，用一片CPLD代替原有十几片逻辑门和一部分模拟电路。采用VHDL语言编程实现相关逻辑。利用CPLD在线可编程的特点，可以很方便的对系统进行调试。

　　1 无刷直流电机的驱动原理

　　直流无刷电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关电路组成一个闭环系统。与一般的有刷电机不同，他的定子为电枢绕组，转子采用永磁体。本文介绍的电动机采用了3相Y型联结的全控电路，其基本构成如图1所示。

　　其电子开关电路为6个IGBT组成的三相逆变电路。直流无刷电机驱动电路的作用就是对来自电机转子位置传感器的位置信号、来自外部的PWM控制信号以及其他控制信号采样并进行译码，使A，B，C三相绕组能按要求的顺序导通，实现定子绕组的正确换相，从而使电机正常运行。在实际应用中还要对电机的过压、欠压、过流、过热保护等进行设计。并按要求进行光电隔离和基极驱动电路设计。

　　2 系统总体方案设计

　　电动机驱动电路包括3个部分，即：

　　(1)CPLD核心控制电路;

　　(2)驱动及隔离电路;

　　(3)IPM接口电路;其系统框图如图2所示。

　　3 硬件电路设计

　　3.1 CPLD控制电路

　　该部分是电动机驱动电路的核心部分见图3，其信号采集、换相译码、死区发生器设计以及故障处理均由该部分完成。采集的信号有：电机控制器的PWM信号;正反转控制信号;经过整形的电机的霍尔位置传感器的位置信号;来自IPM模块的电机的欠压、过压、过流、过热等故障检测信号。这些信号输入到CPLD后，通过CPLD的软件实现换相译码、编程死区和电机保护逻辑，最后输出控制信号UP，VP，WP，UN，VN，WN到IPM的三相逆变电路。控制电机的三相电枢正确换相，从而使电机正常运行。

　　霍尔传感器信号的整形电路如图4所示：

　　采用4路精密电压比较器LM339完成。对来自霍尔传感器的信号进行整形，并对输出到CPLD的信号加滤波电容滤波。

　　3.2 驱动隔离电路

　　驱动隔离电路包括光电隔离电路和基极驱动电路。

　　光电隔离电路的作用是实现CPLD控制电路与IPM模块之间的电气隔离。隔离信号有2部分：

　　(1)CPLD输出到IPM模块的UP等控制信号;

　　(2)IPM反馈给CPLD的电机故障诊断信号F1，F2，F3，F4;