賽靈思基于FPGA平臺(tái)的PFM電機(jī)控制方案有何優(yōu)勢？

據(jù)了解，目前大多數(shù)工業(yè)電機(jī)控制采用的是基于MCU或DSP平臺(tái)的PWM算法，而這一類方案都會(huì)帶來不可避免的EMI問題，此外還經(jīng)常會(huì)有能效不高和時(shí)延較長等問題的出現(xiàn)。PFM在理論上是一種比PWM更好的電機(jī)控制算法，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)更高的能效和更低的EMI。

Xilinx歐洲電機(jī)控制專家會(huì)同第三方合作伙伴率先在業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于PFM算法的電機(jī)控制方案。電機(jī)設(shè)備供應(yīng)商采用PFM電機(jī)控制方案，就可以節(jié)省很多EMI消除措施帶來的額外成本。雖說基于MCU和DSP平臺(tái)的電機(jī)控制解決方案有著低成本的優(yōu)勢，但基于FPGA平臺(tái)的電機(jī)控制方案可將電機(jī)控制的時(shí)延做得更小和更精準(zhǔn)，從而將電機(jī)的能效做得更高，使電機(jī)設(shè)備的附加值或差異化優(yōu)勢就更大。

毫無疑問，高端電機(jī)設(shè)備制造商會(huì)更希望FPGA供應(yīng)商能夠提供時(shí)延更短、更精確的電機(jī)控制方案，以幫助他們實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化特色。

數(shù)據(jù)來說明一切

更低的時(shí)延：目前業(yè)內(nèi)通常用MCU實(shí)現(xiàn)的電機(jī)控制方案一般有40-50us的延時(shí);用DSP實(shí)現(xiàn)的電機(jī)控制方案一般也要20-30us的延時(shí);如果用Spantan-6 FPGA來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制的話，最低時(shí)延可降低到2.5us。由于MCU和DSP都是串行運(yùn)算機(jī)制，如果用它們來控制4或8個(gè)電機(jī)時(shí)，最長時(shí)延就會(huì)增加4倍或8倍;而FPGA是并行計(jì)算機(jī)制，不管用它控制多少個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的時(shí)延都是一樣的，都可做到2.5us。

成本優(yōu)勢：單純從單板購買成本上講，如果要同時(shí)控制的電機(jī)數(shù)量超過8個(gè)，那么用FPGA來實(shí)現(xiàn)控制性價(jià)比是比較有優(yōu)勢的。事實(shí)上，Xilinx爭取的電機(jī)控制市場也就是那些對性能要求比較高的多電機(jī)應(yīng)用場合。

延長電機(jī)壽命：電機(jī)是今天最耗電的設(shè)備，66%的電網(wǎng)電力都消耗在電機(jī)上，如果電機(jī)控制的好，那么在電機(jī)上省下來的錢就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是控制芯片價(jià)錢的數(shù)量級。而且電機(jī)壽命取決于控制方法，如果控制得好，那么電機(jī)的壽命就會(huì)延長。更換電機(jī)常常意味著生產(chǎn)線要停下來，這也是為什么今天的高端電機(jī)設(shè)備制造商都在尋找更高端電機(jī)控制方案的背后原因。

可擴(kuò)展性：賽靈思PFM電機(jī)控制方案具有可擴(kuò)展性，能從Spantan-6 FPGA平臺(tái)移植到ZYNQ-7000 FPGA平臺(tái)上。

關(guān)于PWM和PFM

PWM是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，意為脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

PFM英文全稱為Pulse frequency modulation，意為脈沖頻率調(diào)制，是一種脈沖調(diào)制技術(shù)：調(diào)制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化，其占空比不變，通常被應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器來提高輕負(fù)載效率。

PFM的特點(diǎn)

脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式具有調(diào)頻特性，可望有較高的傳輸信噪比，而且信號的脈沖形式便于中繼傳輸、再生整形， 因而既可放寬對系統(tǒng)線性的容限要求，又可獲得較好的抗干擾能力。脈沖頻率調(diào)制(PFM)以傳輸性能遠(yuǎn)優(yōu)于基帶直接光強(qiáng)調(diào)制及成本遠(yuǎn)低于脈沖編碼調(diào)制而在光纖通信中得到廣泛的應(yīng)用。

脈沖頻率調(diào)制與脈沖寬度調(diào)制的比較

1.脈沖頻率調(diào)制優(yōu)點(diǎn)

脈沖頻率調(diào)制(PFM)相比較脈沖寬度調(diào)制(PWM)主要優(yōu)點(diǎn)在于效率：

a、對于外圍電路一樣的脈沖頻率調(diào)制(PFM)和脈沖寬度調(diào)制(PWM)而言，其峰值效率PFM與PWM相當(dāng)，但在峰值效率以前，脈沖頻率調(diào)制(PFM)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于脈沖寬度調(diào)制(PWM)的效率，這是脈沖頻率調(diào)制(PFM)的主要優(yōu)勢。

b、脈沖寬度調(diào)制(PWM)由于誤差放大器的影響，回路增益及響應(yīng)速度受到限制，脈沖頻率調(diào)制(PFM)具有較快的響應(yīng)速度。

2.脈沖頻率調(diào)制缺點(diǎn)

脈沖頻率調(diào)制(PFM)相比較脈沖寬度調(diào)制(PWM)主要缺點(diǎn)在于濾波困難

a、濾波困難(諧波頻譜太寬)。

b、峰值效率以前，脈沖頻率調(diào)制(PFM)的頻率低于脈沖寬度調(diào)制(PWM)的頻率，會(huì)造成輸出紋波比脈沖寬度調(diào)制(PWM)偏大。

c、脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制相比脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制 IC 價(jià)格要貴。