基于FPGA及DDS技術(shù)的USM測試電源的設(shè)計(jì)
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程序設(shè)計(jì)中的FWORD[16．．O]為原理描述中的頻率控制字M，連接于32位計(jì)數(shù)器F32[32．．6]，其輸出信號(hào)FOUT的頻率按如下公式計(jì)算FFOUT=fclk／222·FWORD，頻率分辨率為Fmin=25fclk／222，最大輸出頻率為Fmax=Fmin FWORDmax。當(dāng)系統(tǒng)頻率fclk=50MHz時(shí)，F(xiàn)min=0．745 Hz，F(xiàn)max=97．648 kHz，即輸出頻率可在O．7～97．6 Hz之間調(diào)節(jié)。相位控制字為9位，輸出信號(hào)FOUT的相位可按如下公式計(jì)算：POUT=360°／2°×PWORD，最小分辨率為360°／2°=0．7°。DIEIN[8．．O]為占空比(死區(qū))調(diào)節(jié)控制字輸入，占空比按計(jì)算公式：(29-DIEIN)／210x1 00％，最大占空比為50％，最小接近于O，占空比的調(diào)節(jié)以使圖一H橋同側(cè)的兩個(gè)MOS管剛好不同時(shí)導(dǎo)通為度(故占空比不能大于50％)，占空比太小會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率降低。
以單相調(diào)頻調(diào)相PWM信號(hào)設(shè)計(jì)作為底層元件，利用VHDL的結(jié)構(gòu)化描述方式(例化語句)，按相位要求將4個(gè)單相調(diào)頻調(diào)相信號(hào)DDS元件設(shè)置成不同相位來實(shí)現(xiàn)。相位字PWORD為9位，U0：PWORD=O，初始相位=0；U2：PWORD=“100000000”，初始相位為180°；U1元件的初始相位PWOR-D，U2元件的初始相位為PWORD+“00000000”，這就實(shí)現(xiàn)了UO和U1相位差為PWORD，U0和U2，U1和U2相位差各為180°，從而實(shí)現(xiàn)四路調(diào)頻調(diào)相PWM信號(hào)設(shè)計(jì)。
通過調(diào)節(jié)FWORD、PWORD及DIEIN來分別調(diào)節(jié)四路輸出信號(hào)的頻率、相位差、四路輸出信號(hào)的占空比。仿真結(jié)果如圖3所示。由仿真圖可知超前90°和滯后90°得到的四路相序正好相反，若用其驅(qū)動(dòng)圖1的4個(gè)開關(guān)，得到兩相互差90°的信號(hào)，一個(gè)為A相超前于B相，另逐個(gè)為A相滯后于B向。用其驅(qū)動(dòng)USM，在不改變電機(jī)連線的情況下，通過調(diào)節(jié)相位差PWORD，方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向控制。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/180432.htm
3 實(shí)驗(yàn)測試
將上述四路控制信號(hào)下載于FPGA中，再經(jīng)過資料介紹的驅(qū)動(dòng)隔離模塊后施加于圖1的功率控制電路，通過示波器測得USM的A、B兩相波形如圖4所示。將上述電路獲得的信號(hào)應(yīng)用于USM45超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中，該電機(jī)所要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為45．8 kHz，相位差為90°，峰峰值可達(dá)300 V。將其頻率控制字設(shè)定為FWORD=x0F000，相位控制字為PWORD=x180(或x080)，死區(qū)時(shí)間DIEIN=x33～xFF之間調(diào)整，成功地驅(qū)動(dòng)了USM 45電機(jī)。運(yùn)行10 min左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，通過將FWORD調(diào)小至xED00，即信號(hào)頻率為45．2 kHz時(shí)，電機(jī)速度又上升到開始時(shí)的值(65轉(zhuǎn)／mi n)。超聲波電機(jī)一般工作在定子導(dǎo)納2頻率特性的諧振和反諧振點(diǎn)之間。隨電機(jī)運(yùn)行溫度的升高，導(dǎo)致諧頻率和反諧振頻率約有1．4 kHz的變化。由于USM45電機(jī)功率小，額定功率只有2 W，且是空載測試，因而溫升較小，諧振頻率的變化也較小(只有大約0．6 kHz的變化)。
4 結(jié)語
由FPGA按照相位累加振蕩器的方法產(chǎn)生的四路調(diào)頻、調(diào)相PWM信號(hào)，具有較高頻率分辨率，在保持相位連續(xù)的前提下，能實(shí)現(xiàn)快速頻率切換。該信號(hào)不但在外部的逆變電路作用下，成功地對USM45電機(jī)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)和測試，還可通過外加專用的L298N型驅(qū)動(dòng)芯片方便地應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)以及步進(jìn)電機(jī)的調(diào)頻調(diào)速和直流電機(jī)的PWM調(diào)速。
評(píng)論