FPGA助工业电机节能增效

　　FPGA具低成本优势

　　现有多种关于数字控制逻辑/系统的潜在解决方案，其一是使用专用DSP，但这可能会比较昂贵，而且往往需要增添模拟组件、控制组件和子系统。另一个常用方案是使用微控制器(MCU)，许多应用至少包括某些所需的模拟功能如模数转换器(ADC)，微控制器的优势在于相对廉价(用于工业电机控制应用约为1至2美元)，但是它们的时钟频率通常只有10至50MHz，限制了控制PWM的速度。再者，每个微控制器都拥有控制单一电机所需的充足模拟功能和带宽，但却可能没有充足的带宽以支持诊断应用的通信。例如，如果机器人包括10个电机，就可能需要10个微控制器，也可能还需要增加一个或两个微控制器来处理用户接口和通信，导致成本增加。

　　一个5美元的混合信号FPGA具有充足的模拟和数字处理功能，可以同时控制10个或更多的电机，这样的器件以 250至300MHz的时钟频率运作，FPGA架构的数字部分用于实现电机控制算法的大量并行处理。在使用ActelFusion等混合信号FPGA的情况下，数字架构的一部分可用于实现一个软微处理器内核，如专为FPGA应用而优化的ARM Cor-tex-M1。除了处理用户接口和通信之外，这个内核还能够以动态方式监控和细调模拟组件。

　　使用带有集成式软处理器的混合信号FPGA，可以采用无传感器的正弦电流控制来构建电机，这就降低了电子控制装置的价格。除了监控总线电压、电机电流和速度之外，在混合信号FPGA中结合Cortex-M1处理器，还能够实现诊断功能和处理任何用户接口需求。若能以智能方式运行诊断功能并在问题发生时做出响应，便可显著减少损害、延长电机寿命，同时降低拥有成本。

　　此外，在AC电机加入电子控制系统，不一定需要换掉所有使用中的电机，否则成本会很高。据美国能源部预计，仅工业领域就使用了1240万台超过735W的电机，在美国每年有60万台电机失效并被替换。这意味着在今后20年中，大多数超过735W的电机将需要被替换，使用高效的电子控制电机来替换这些电机，可将现有的工业功率需求减少18%，从而显著降低制造领域的能源成本。