Desıgn And Implementatıon Of An Fpga Based Brushless Dc Motor Controller

Fırçasız Doğru Akım (FDA) motorları, bakım ihtiyacının daha az olduğu yüksek tork gerektiren savunma sanayi uygulamaları ile robotik ve endüstriyel uygulamalarda tercih edilirler. Verimlilikleri daha yüksek olmasına karşın sürüş teknikleri daha karmaşıktır. FPGA tabanlı denetleyiciler, kullanıcıya çeşitli esneklikler sunduğundan karmaşık sürücülerin tasarımında kullanılabilir. Bu çalışmada FDA motorları için FPGA tabanlı bir denetleyici tasarlanmıştır. Gerçekleştirilen uygulamada, motor hızının tespiti için artımlı enkoder, konum tespiti için ise Hall etkili algılayıcı, moment ölçümleri için de Hall etkili doğrusal akım algılayıcıları kullanılmıştır. Ayrıca, yüksek gerilim, düşük gerilim ve aşırı akım koruması da uygulanmıştır. Güç devresi, standart üç fazlı köprüden ve bastırıcı devreden oluşmaktadır. Elektromanyetik girişim ve uyumluluk sorunlarını en aza indirgeyebilmek için dört katmanlı bir baskı devre tasarlanmıştır. Tasarlanan kartın boyutları birçok farklı uygulama için uygundur. Darbe Genişlik Modülasyon (DGM) sinyalinin üretilmesi için haberleşme protokolü üzerinden gelen veriler ile algılayıcılardan toplanan veriler FPGA kullanılarak karşılaştırılmaktadır. İstenen hızdaki hatayı kontrol etmek için PI denetim tekniği kullanılmıştır. FPGA programlama için donanım programlama dili (VHDL) kullanılmış ve benzetim çalışmaları ISIM platformunda gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma ile FDA motor sürücü tasarımında kullanılan farklı donanım bileşenlerinin bir arada kullanılabilmesi sağlanmıştır. Benzetim sonuçları ve gerçekleme çalışmaları ile tasarım doğrulanmıştır.BLDC motors are preferred in defense industry, robotics and industrial applications due to the requirement of higher torque and less maintenance. The high efficiency values is their advantage but they have complicated drive requirements. FPGA based controllers provide flexibility and enable the used to design complicated drives. An FPGA based BLDC motor controller has been designed in this thesis. The design has incremental encoder for speed calculation, Hall effect sensors for position determination and Hall effect based linear current sensor for torque measurements. A surge stopper circuit is included in the design to provide overvoltage, under voltage and overcurrent protection. Standard three-phase bridge is used with snubber circuits. A four-layer printed circuit board (PCB) has been designed to reduce the EMI/EMC. The size of the PCB is convenient for many applications. The FPGA compares the data gathered from the sensors and the data received through the communication protocol to generate PWM signals. PI control technique is used to control the speed. VHDL is used as the language on Xilinx brand FPGA and the simulations have been executed on ISIM simulation platform. Various hardware components have been used in the controller to drive the motor. The design has been verified by simulation and experimental result