基于FPGA及DDS技術的USM測試電源的設計
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程序設計中的FWORD[16．．O]為原理描述中的頻率控制字M，連接于32位計數(shù)器F32[32．．6]，其輸出信號FOUT的頻率按如下公式計算FFOUT=fclk／222·FWORD，頻率分辨率為Fmin=25fclk／222，最大輸出頻率為Fmax=Fmin FWORDmax。當系統(tǒng)頻率fclk=50MHz時，F(xiàn)min=0．745 Hz，F(xiàn)max=97．648 kHz，即輸出頻率可在O．7～97．6 Hz之間調節(jié)。相位控制字為9位，輸出信號FOUT的相位可按如下公式計算：POUT=360°／2°×PWORD，最小分辨率為360°／2°=0．7°。DIEIN[8．．O]為占空比(死區(qū))調節(jié)控制字輸入，占空比按計算公式：(29-DIEIN)／210x1 00％，最大占空比為50％，最小接近于O，占空比的調節(jié)以使圖一H橋同側的兩個MOS管剛好不同時導通為度(故占空比不能大于50％)，占空比太小會使整個系統(tǒng)轉換效率降低。
以單相調頻調相PWM信號設計作為底層元件，利用VHDL的結構化描述方式(例化語句)，按相位要求將4個單相調頻調相信號DDS元件設置成不同相位來實現(xiàn)。相位字PWORD為9位，U0：PWORD=O，初始相位=0；U2：PWORD=“100000000”，初始相位為180°；U1元件的初始相位PWOR-D，U2元件的初始相位為PWORD+“00000000”，這就實現(xiàn)了UO和U1相位差為PWORD，U0和U2，U1和U2相位差各為180°，從而實現(xiàn)四路調頻調相PWM信號設計。
通過調節(jié)FWORD、PWORD及DIEIN來分別調節(jié)四路輸出信號的頻率、相位差、四路輸出信號的占空比。仿真結果如圖3所示。由仿真圖可知超前90°和滯后90°得到的四路相序正好相反，若用其驅動圖1的4個開關，得到兩相互差90°的信號，一個為A相超前于B相，另逐個為A相滯后于B向。用其驅動USM，在不改變電機連線的情況下，通過調節(jié)相位差PWORD，方便的實現(xiàn)電機的旋轉方向控制。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/180432.htm
3 實驗測試
將上述四路控制信號下載于FPGA中，再經過資料介紹的驅動隔離模塊后施加于圖1的功率控制電路，通過示波器測得USM的A、B兩相波形如圖4所示。將上述電路獲得的信號應用于USM45超聲波電機的驅動中，該電機所要求的驅動信號頻率為45．8 kHz，相位差為90°，峰峰值可達300 V。將其頻率控制字設定為FWORD=x0F000，相位控制字為PWORD=x180(或x080)，死區(qū)時間DIEIN=x33～xFF之間調整，成功地驅動了USM 45電機。運行10 min左右，電機轉速下降，通過將FWORD調小至xED00，即信號頻率為45．2 kHz時，電機速度又上升到開始時的值(65轉／mi n)。超聲波電機一般工作在定子導納2頻率特性的諧振和反諧振點之間。隨電機運行溫度的升高，導致諧頻率和反諧振頻率約有1．4 kHz的變化。由于USM45電機功率小，額定功率只有2 W，且是空載測試，因而溫升較小，諧振頻率的變化也較小(只有大約0．6 kHz的變化)。
4 結語
由FPGA按照相位累加振蕩器的方法產生的四路調頻、調相PWM信號，具有較高頻率分辨率，在保持相位連續(xù)的前提下，能實現(xiàn)快速頻率切換。該信號不但在外部的逆變電路作用下，成功地對USM45電機進行了驅動和測試，還可通過外加專用的L298N型驅動芯片方便地應用于步進電機和直流電機的驅動以及步進電機的調頻調速和直流電機的PWM調速。
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