基于FPGA 的步進(jìn)電機(jī)正弦波細(xì)分驅(qū)動器設(shè)計(jì)

　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖 4 所示。

　　采用 FPGA 作為主控制芯片， 將控制器與驅(qū)動器的數(shù)字電路部分集成在一片 FPGA 上實(shí)現(xiàn)。為了控制繞組電流，在設(shè)計(jì)中引入電流跟蹤型閉環(huán)反饋，反饋電流與給定的正弦電流（離散的正弦表）經(jīng)過改進(jìn)的比例積分 PI 調(diào)節(jié)后進(jìn)行 SPWM 調(diào)制，輸出 6 路 PWM 波，來控制驅(qū)動電路三個(gè)橋臂上的 6個(gè) IGBT開通關(guān)斷。如果忽略死區(qū)時(shí)間控制每個(gè)橋臂的上下半橋的兩路PWM 波互補(bǔ)即上半橋 PWM 波為高/低電平時(shí)，下半橋 PWM 波為低/高電平。系統(tǒng)采用 14 位寬度 200MHz 計(jì)數(shù)器產(chǎn)生PWM載波，載波頻率12.2KHz，電流數(shù)據(jù)全部采用14位精度進(jìn)行離散化。200MHz時(shí)鐘由50MHz 時(shí)鐘經(jīng) PLL 倍頻產(chǎn)生。FPGA 輸出的 PWM 波經(jīng)功率模塊放大后，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向）通過 LED 指示。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速是由查表速度決定的，CP 是用來決定查表頻率，在細(xì)分等級一定的情況下 CP 速度越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。如果電機(jī)在高細(xì)分下高速旋轉(zhuǎn)則 CP 脈沖頻率就會很高，導(dǎo)致 PWM 脈寬過小，使功率模塊 IGBT 控制橋臂頻繁開關(guān)，其結(jié)果是開關(guān)損耗大為增加，功率模塊過熱。而高細(xì)分在步進(jìn)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)其優(yōu)勢并不明顯，所以在不影響電機(jī)運(yùn)行精度的情況下，系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速對細(xì)分精度在 4096、2048、1024、512、256、128、64、32 之間自動調(diào)節(jié)，使電機(jī)更加平穩(wěn)可靠的運(yùn)行。