FPGA助工業(yè)電機(jī)節(jié)能增效

　　FPGA具低成本優(yōu)勢(shì)

　　現(xiàn)有多種關(guān)于數(shù)字控制邏輯/系統(tǒng)的潛在解決方案，其一是使用專用DSP，但這可能會(huì)比較昂貴，而且往往需要增添模擬組件、控制組件和子系統(tǒng)。另一個(gè)常用方案是使用微控制器(MCU)，許多應(yīng)用至少包括某些所需的模擬功能如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，微控制器的優(yōu)勢(shì)在于相對(duì)廉價(jià)(用于工業(yè)電機(jī)控制應(yīng)用約為1至2美元)，但是它們的時(shí)鐘頻率通常只有10至50MHz，限制了控制PWM的速度。再者，每個(gè)微控制器都擁有控制單一電機(jī)所需的充足模擬功能和帶寬，但卻可能沒有充足的帶寬以支持診斷應(yīng)用的通信。例如，如果機(jī)器人包括10個(gè)電機(jī)，就可能需要10個(gè)微控制器，也可能還需要增加一個(gè)或兩個(gè)微控制器來處理用戶接口和通信，導(dǎo)致成本增加。

　　一個(gè)5美元的混合信號(hào)FPGA具有充足的模擬和數(shù)字處理功能，可以同時(shí)控制10個(gè)或更多的電機(jī)，這樣的器件以 250至300MHz的時(shí)鐘頻率運(yùn)作，FPGA架構(gòu)的數(shù)字部分用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制算法的大量并行處理。在使用ActelFusion等混合信號(hào)FPGA的情況下，數(shù)字架構(gòu)的一部分可用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟微處理器內(nèi)核，如專為FPGA應(yīng)用而優(yōu)化的ARM Cor-tex-M1。除了處理用戶接口和通信之外，這個(gè)內(nèi)核還能夠以動(dòng)態(tài)方式監(jiān)控和細(xì)調(diào)模擬組件。

　　使用帶有集成式軟處理器的混合信號(hào)FPGA，可以采用無傳感器的正弦電流控制來構(gòu)建電機(jī)，這就降低了電子控制裝置的價(jià)格。除了監(jiān)控總線電壓、電機(jī)電流和速度之外，在混合信號(hào)FPGA中結(jié)合Cortex-M1處理器，還能夠?qū)崿F(xiàn)診斷功能和處理任何用戶接口需求。若能以智能方式運(yùn)行診斷功能并在問題發(fā)生時(shí)做出響應(yīng)，便可顯著減少損害、延長(zhǎng)電機(jī)壽命，同時(shí)降低擁有成本。

　　此外，在AC電機(jī)加入電子控制系統(tǒng)，不一定需要換掉所有使用中的電機(jī)，否則成本會(huì)很高。據(jù)美國(guó)能源部預(yù)計(jì)，僅工業(yè)領(lǐng)域就使用了1240萬臺(tái)超過735W的電機(jī)，在美國(guó)每年有60萬臺(tái)電機(jī)失效并被替換。這意味著在今后20年中，大多數(shù)超過735W的電機(jī)將需要被替換，使用高效的電子控制電機(jī)來替換這些電機(jī)，可將現(xiàn)有的工業(yè)功率需求減少18%，從而顯著降低制造領(lǐng)域的能源成本。