FPGA直流电机伺服驱动控制系统的设计+源程序(4)
(1)不需要改动硬件电路而通过反复编程，反复探险非常方便实现系统的升级，由此系统具有很好的扩展或开发性能。
(2)将所有系统电路集成在一个芯片上，使电路复杂度降低，缩短设计周期，减少投资，模块化系统，降低成本，提高系统的处理速度与可靠性。并且FPGA所设计的系统是由硬件来实现。因此它具有工作速度快，灵活性高，可靠性好以及并行式处理数据的优点。
1.3 直流电机驱动器的发展及现状
电机驱动器的作用主要是功率开关，利用不同控制技术和开关相配合从而可使电动机具有不同的电压，不同的极性，不同频率，由此可以控制电机的速度，转向以及启动和停止工作。可见驱动器是电机驱动控制系统的重要部分之一。电机驱动器的发展是随着电力电子技术的发展而发展起来的，其结构将模块化，开关趋向于高频率发展，可靠性也越来越高。
1957年，作为功率开关第一代的晶闸管出现，奠定了功率半导体器件的发展，弱电控制和强电控制不再是令人棘手的问题。晶闸管具有功率放大倍数大，微秒级控制电流通断，控制简单，体积小。但是它也有不少的缺点，如过载能力弱，过电压，过流情况下容易损坏，抗干扰能力差，容易受电压冲击的影响,当外界干扰较强会导致电网电压波形畸变，控制电路非常复杂等等。60年代后期，可关断晶闸管(Gate-Turn-Off thyristor， 简称GTO)是一种晶闸管的一种派生器件，在门级加上的正脉冲或正电压会GTO导通；去掉了门级的控制信号但是GTO仍然导通，只当门极加上了负脉冲或负电压才使GTO关断。电力晶体管(Giant transistor，简称 GTR)是一种耐高压，大电流的双极结型晶体管[18]。它与GTO都是全控型器件，关断与都开通可以控制；这两种有特点是容量大但是工作频率较低而且有二次击穿现象等缺点。70年代中期，电场效应晶体管(MOSFET)问世。它是一类单极型功率开关器件，可实现全控型，并且结构简单，工作频率高可达到100kHz以上，是主要电力电子控制中最高的，无二次击穿现象。1981年，绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT)出现。它具有MOSFET和GTR性能，驱动电路简单，保护容易而且成本越来越低。当前在功率器件中占主导地位。
这几年，智能模块(IPM)在许多功率变换中非常欢迎。它由检测单元，保护单元以及功率器件组成。采用IPM作为电机驱动器，它可提高了可靠性，实现智能化，小型化。智能功率驱动模块(IPM )已经成为电力电子科技领域的一个研究重点。既具有工作频率高，驱动效率高，寿命长等优点。且在其内部集成有输入隔离过压保护，过热保护，过流保护以及故障诊断等功能，缩小了系统的体积，也增强了系统的可靠性[19]。因此，智能功率驱动模块(IPM )在电机驱动控制方面将具有很大发展潜力。
2 电机控制原理以及驱动系统
2.1 直流电机驱动控制电路总体结构
图2.1 直流电机驱动控制电路框图
图2.1可见直流电机的驱动控制电路。整个驱动控制电路包含光电隔离模块保护控制器不被强电冲击；电机驱动逻辑模块作用将控制器发出信号再过它进行处理，最终实现控制H桥开关；电荷泵模块功能是给高侧驱动开关升压；驱动信号放以及H桥功率驱动电路[20]。
2.2 H 桥功率驱动原理
图2.2 H桥工作原理图
在直流驱动电路中H 型全桥式电路（简称H桥）应用非常普遍。由图2.2，可以直接看出电路的工作原理以及功能。该驱动电路能很方便实现直流电机的正传，反转和正传制动，反转制动以及停止。
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