賽靈思基於FPGA平台的PFM電機控制方案有何優勢

2021-10-19 07:53:59 字數 1839 閱讀 7969

據了解,目前大多數工業電機控制採用的是基於mcu或dsp平台的pwm演算法,而這一類方案都會帶來不可避免的emi問題,此外還經常會有能效不高和時延較長等問題的出現。pfm在理論上是一種比pwm更好的電機控制演算法,因為它可以實現更高的能效和更低的emi。

xilinx歐洲電機控制專家會同第三方合作夥伴率先在業內實現基於pfm演算法的電機控制方案。電機裝置**商採用pfm電機控制方案,就可以節省很多emi消除措施帶來的額外成本。雖說基於mcu和dsp平台的電機控制解決方案有著低成本的優勢,但基於fpga平台的電機控制方案可將電機控制的時延做得更小和更精準,從而將電機的能效做得更高,使電機裝置的附加值或差異化優勢就更大。

毫無疑問,高階電機裝置製造商會更希望fpga**商能夠提供時延更短、更精確的電機控制方案,以幫助他們實現產品的差異化特色。

資料來說明一切

更低的時延:目前業內通常用mcu實現的電機控制方案一般有40-50us的延時;用dsp實現的電機控制方案一般也要20-30us的延時;如果用spantan-6 fpga來實現電機控制的話,最低時延可降低到2.5us。由於mcu和dsp都是序列運算機制,如果用它們來控制4或8個電機時,最長時延就會增加4倍或8倍;而fpga是平行計算機制,不管用它控制多少個電機,每個電機的時延都是一樣的,都可做到2.5us。

成本優勢:單純從單板購買成本上講,如果要同時控制的電機數量超過8個,那麼用fpga來實現控制價效比是比較有優勢的。事實上,xilinx爭取的電機控制市場也就是那些對效能要求比較高的多電機應用場合。

延長電機壽命:電機是今天最耗電的裝置,66%的電網電力都消耗在電機上,如果電機控制的好,那麼在電機上省下來的錢就遠遠不是控制晶元價錢的數量級。而且電機壽命取決於控制方法,如果控制得好,那麼電機的壽命就會延長。更換電機常常意味著生產線要停下來,這也是為什麼今天的高階電機裝置製造商都在尋找更高階電機控制方案的背後原因。

可擴充套件性:賽靈思pfm電機控制方案具有可擴充套件性,能從spantan-6 fpga平台移植到zynq-7000 fpga平台上。

關於pwm和pfm

pwm是英文「pulse width modulation」的縮寫,意為脈衝寬度調製,簡稱脈寬調變,是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術,廣泛應用在從測量、通訊到功率控制與變換的許多領域中。

pfm英文全稱為pulse frequency modulation,意為脈衝頻率調製,是一種脈衝調製技術:調製訊號的頻率隨輸入訊號幅值而變化,其占空比不變,通常被應用於dc-dc轉換器來提高輕負載效率。

pfm的特點

脈衝頻率調製(pfm)方式具有調頻特性,可望有較高的傳輸訊雜比,而且訊號的脈衝形式便於中繼傳輸、再生整形, 因而既可放寬對系統線性的容限要求,又可獲得較好的抗干擾能力。脈衝頻率調製(pfm)以傳輸效能遠優於基帶直接光強調製及成本遠低於脈衝編碼調製而在光纖通訊中得到廣泛的應用。

脈衝頻率調製與脈衝寬度調製的比較

1.脈衝頻率調製優點

脈衝頻率調製(pfm)相比較脈衝寬度調製(pwm)主要優點在於效率:

a、對於外圍電路一樣的脈衝頻率調製(pfm)和脈衝寬度調製(pwm)而言,其峰值效率pfm與pwm相當,但在峰值效率以前,脈衝頻率調製(pfm)的效率遠遠高於脈衝寬度調製(pwm)的效率,這是脈衝頻率調製(pfm)的主要優勢。

b、脈衝寬度調製(pwm)由於誤差放大器的影響,迴路增益及響應速度受到限制,脈衝頻率調製(pfm)具有較快的響應速度。

2.脈衝頻率調製缺點

脈衝頻率調製(pfm)相比較脈衝寬度調製(pwm)主要缺點在於濾波困難

a、濾波困難(諧波頻譜太寬)。

b、峰值效率以前,脈衝頻率調製(pfm)的頻率低於脈衝寬度調製(pwm)的頻率,會造成輸出紋波比脈衝寬度調製(pwm)偏大。

c、脈衝頻率調製(pfm)控制相比脈衝寬度調製(pwm)控制 ic **要貴。

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