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《07.pp87100 _A10_无刷直流马达控制晶片之设计_》.pdf
崑山科技大學學報第六期 第87~99 頁(民國98 年4 月)
Journal of Kun Shan University, No.6, pp.87~99 (April, 2009)
無刷直流馬達控制晶片之設計
a b b c d
陳添智 林明權 歐金池 余致賢 盧俊豪
a 崑山科技大學電機工程系
b
崑山科技大學電子工程系
c 國立成功大學工程科學系
d
國立成功大學電機工程系
摘要
傳統直流馬達(DC Motor )的驅動控制很容易,因此在早期的工業界中,非常受到
歡迎。但直流馬達一直無法避免碳刷週期性損耗、維護作業頻繁、低效率等缺點。近年
來因電子技術和微處理機的進步,使得無碳刷損耗、不需經常維護、高效率之無刷直流
馬達(Brushless DC Motor )的控制更形容易,已逐漸取代傳統直流馬達。然而使用微處
理器作為控制核心,其缺點為設計過程繁複,因此本文提出以複雜型可編程邏輯元件
(Complex Programmable Logic Device ,CPLD)來實現無刷直流馬達控制晶片之設計,使
用ALTERA 廉價型之EPM3064ALC44-10 CPLD 晶片,配合簡易操作之MAX+plus Ⅱ設
計軟體,根據無刷直流馬達之控制邏輯真值表,非常容易實現高性能無刷直流馬達控制
晶片之設計。
關鍵詞:無刷直流馬達、複雜型可程式邏輯元件、微處理器
一、簡介
馬達是目前工業應用上最普遍的動力來源,以驅動各類的工具機組,而馬達可分為
直流馬達與交流馬達。直流馬達(DC Motor)在控制上非常容易,為早期自動化控制之主
要動力來源,但因其碳刷保養不易且易出火花,故在粉塵污染高及嚴禁煙火的地方,有
它先天上的障礙。而交流馬達無碳刷,故保養上容易,且價格低廉,輸出功率大,高啟
動轉矩及穩定的轉速,種種的特性都淩駕在直流馬達之上。交流馬達主要分為感應馬達
(Induction Motor)和無刷直流馬達(Brushless DC Motor ),其中以感應馬達的使用最多,
因為它具備了構造簡單、價廉,響應快、轉矩大,可連續頻繁的進行起動、停止、制動、
逆轉之特點,故已成為自動化的重要設備之一[1-3] 。然而感應馬達的缺點,在其效率沒
有無刷直流馬達高,速度控制沒有無刷直流馬達高的穩定,加上近來電力電子技術的日
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崑山科技大學學報第六期(民國98 年4 月)
益成熟及微處理機界面能力的大幅提升,因而可設計性能優良的無刷直流馬達控制器,
改善感應馬達的缺點,在工廠自動化中已逐漸取代了直流馬達和感應馬達,無刷直流馬
達[4-6]在我們日常生活電器中的使用有越來越重要的地位。
無刷直流馬達的驅動是利用霍爾 IC 來偵測轉子的位置角度,配合不斷切換線圈相
位而使馬達旋轉。由於微處理機的高運算能力,所以一般的無刷直流馬達的驅動控制是
採用先進的微處理機和各種控制方法[7-10]來實現高運轉、高效率、高轉矩、低噪音之
馬達控制。然而使用微處理機控制,其缺點為價錢較昂貴、設計邏輯較繁複,因此本文
提出以複雜型可編程邏輯元件(Complex Programmable Logic Device ,簡稱CPLD)實現無
刷直流馬達驅動控制,使用便宜又設計簡單的 ALTERA 公司所生產之
EPM3064ALC44-10 CPLD ,配合MAX+plus Ⅱ設計控制邏輯,實現高性能無刷直流馬達
的驅動控制。
與微處理機比較,CPLD 具有下列優點:一、CPLD 內部是由邏輯閘陣列所組成,
並由設計者規劃成數位電路,適合
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