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Xilinx推出业内第一个PFM电机控制方案

Jakechen| Xilinx,PFM,电机控制,TI,ST,ADI| 2012-09-10
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【导读】Xilinx在电机控制领域也爆出惊人之作----率先在业内用先进的PFM算法和FPGA实现了电机控制方案,与目前业内常规的PWM电机控制方案相比,有三大突出优势:时延降低10倍、更低EMI和更高能效。欲知详情,请看下文对Xilinx专家的独家专访。

今天消费类和低端工业电机控制设备市场主要采用的还是基于PWM算法的电机控制方案,而且主要基于MCU和DSP平台,但这些用PWM算法实现的电机控制方案都有一个很大的不足,即PWM电机控制方案的输出端波形有很多高值谐波,这就不可避免地带来难以解决的EMI问题,其次PWM电机控制方案还有能效不够高和时延较长的问题。
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PWM电机控制方案的这些缺点促使业界研究更先进的PFM控制算法,PFM电机控制方案可有效地消除这些高值谐波,大大地减少了EMI问题,从而在理论上可节省很多EMI消除措施带来的额外成本。

今天很多大学和研究机构都发表了不少关于如何用PFM算法实现更好电机控制的学术论文,但遗憾的是,由于电机控制的复杂性,至今没有一家供应商开发出基于PFM算法的电机控制方案。

令人意想不到的是,今天Xilinx在FPGA平台上实现了PFM电机控制方案,并在最近的深圳工业与嵌入式应用展上首次对外展示了采用PFM算法实现的电机控制板。PFM在理论上是一种比PWM更好的电机控制算法,因为它可以实现更高的能效和更低的EMI。

Xilinx独家开发出的PFM电机控制平台
Xilinx独家开发出的PFM电机控制平台
Xilinx新兴业务拓展经理黄文杰指出:“Xilinx欧洲电机控制专家会同第三方合作伙伴率先在业内实现了基于PFM算法的电机控制方案。理论上我们应该是业内第一家实现PFM电机控制方案的供应商,因为我们已经在申请专利,现在正在审批过程之中。”
 
Xilinx新兴业务拓展经理黄文杰
Xilinx新兴业务拓展经理黄文杰

他说,由于很多电机应用设备都需要通过EMI测试和认证,因此如果采用PWM电机控制方案,设备制造商就必须要采用很多其他措施来解决EMI问题,而这意味着要增加很多成本。但如果这些电机设备供应商采用我们的PFM电机控制方案,他们就可以省掉这些成本。
 
 
此外,基于FPGA平台的电机控制方案还可以将电机控制的时延做得更小和更精准,这也意味着可以将电机的能效做得更高,从而使电机设备的附加值或差异化优势就更大。今天市场上很多基于MCU和DSP平台的电机控制解决方案虽然有成本更低的优势,但它们都无法提供更省电和低时延的解决方案。

这一因素也推动一些高端电机设备制造商希望FPGA供应商能够提供时延更短、更精确的电机控制方案,以帮助他们实现产品的差异化特色。

“目前业内通常用MCU实现的电机控制方案一般有40-50us的延时,用DSP实现的电机控制方案一般也要20-30us的延时。”黄文杰表示,“如果用Spantan-6 FPGA来实现电机控制的话,最低时延可降低到2.5us。此外,由于MCU和DSP都是串行运算机制,如果用它们来控制4或8个电机时,最长时延就会增加4倍或8倍,而FPGA是并行计算机制,不管用它控制多少个电机,每个电机的时延都是一样的,都可做到2.5us。”

他补充道,即便单纯从单板购买成本上讲,如果要同时控制的电机数量超过8个,那么用FPGA来实现控制性价比是比较有优势的。事实上,Xilinx争取的电机控制市场也就是那些对性能要求比较高的多电机应用场合。

电机是今天最耗电的设备,66%的电网电力都消耗在电机上,如果电机控制的好,那么在电机上省下来的钱就远远不是控制芯片价钱的数量级。而且电机寿命取决于控制方法,如果控制得好,那么电机的寿命就会延长。

黄文杰表示,我们一个客户买的电机寿命是10万小时,但实际使用寿命为12万小时,这有效帮助他降低了维护和运营成本,因为更换电机常常意味着生产线要停下来。这也是为什么今天的高端电机设备制造商都在寻找更高端电机控制方案的背后原因。

目前只有Xilinx独家提供基于PFM算法的电机控制方案,黄文杰表示:“目前该技术还没有分享给我们的分销商伙伴,如科通和安富利,未来我们会把PFM电机控制方案从Spantan-6 FPGA平台移植到ZYNQ-7000 FPGA平台上。”

 
黄文杰亲口演绎Xilinx PFM电机控制方案的独特优势(视频)

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