基于ZYNQ7020的多轴FOC电机驱动板首发

21ic电子网 2025-08-21 09:50


在发布基于FPGA的单路FOC驱动板后,受到了一致的好评,大家对于使用FPGA驱动BLDC/PMSM还是具有一定的需求的(虽然比不上单片机方案),单路FOC驱动板由于是一体化的设计,更加倾向于学习和验证使用,而不方便自行扩展和应用,因此在此基础上设计了一款功能齐全、性能强大的多轴电机驱动板,可以将FPGA高速并行的优势体现出来。


一. 硬件设计



本次硬件设计采用的是嘉立创专业版EDA,相比于使用AD20来说,简直不要太方便了,根本不用为原理图库和PCB库而烦恼,对于我们这种复杂程度的设计而言,是可以完全满足的,推荐大家可以试试。


本次设计的PCB大小为10cm*10cm,层数为四层,内层铜厚特意做了加厚处理,具体板载内容如下所示:


  1. BLDC/PMSM:同时支持驱动4路BLDC/PMSM,采用FD6288T加外置MOS方案,可以支持更大功率的电机,电机接口同样支持MR30和sh1.0两种,和之前设计的开发版接口保持一致。

  2. 电流采样:4路FOC驱动均使用两路电流采样,通过两路电流恢复另外一路的电流值,而采样位置则2路FOC使用下壁采样,2路FOC使用相采样,大家可以对比两种采样位置下,对FOC采样电流的影响;采样芯片使用AD7606加INA240,AD7606支持8路ADC输入,刚好满足4路FOC驱动,另外支持并口获取数据,保证了数据获取效率。

  3. 编码器接口:编码器接口预留了6P的sh1.0端子,4个3.3V电平的IO,一个GND,一个3.3V,因此可以支持绝大部分编码器接口,而本次设计与之配套的编码器使用的AS5047P SPI接口。

  4. 其他电机:除了支持BLDC/PMSM电机外,本驱动器还支持2路步近电机或者4路直流有刷电机,为其均配备了一个编码器接口;另外还支持两路舵机。

  5. 通信接口:支持一路RTL8211FS-CG千兆以太网接口,一路串口,一路CANFD,一路RS485;另外还支持一路星闪无线模块,该模块支持Wi-Fi、蓝牙和星闪SLE(星闪SLE为国产的新一代无线通讯协议,对标蓝牙)。

  6. 电源输入:电源接口为XT30,和之前的产品接口保持一致,推荐12V或24V电源供电。同样配套的电源也由之前的12V3A升级到了24V6A。


可以看到多轴驱动板的接口是非常丰富的,完全可以满足绝大部分应用场景需求,实物如下图所示,PCB同样采用了一直沿用的黑色,最大程度上保证了其颜值。


资讯配图


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. 软件设计


本次设计软件采用PL+PS为主,不再提供单独的PL工程(通过VIO调试),PL负责底层的驱动算法相关,PS负责协议解析和上层应用,各司其职,最大程度发挥出两者的优势,软件还会涉及到使用PL加速。本次设计的FOC的电流环运行在100Khz、速度环位置环运行在20Khz,速度环可以稳定运行在1RPM。参数调试通过PS侧的网口或者串口进行交互,然后通过AXI接口写入到PL。软件设计细节在后续文章中进行详细的介绍,软件相较于单路FOC驱动板上的软件性能有了较大的提升。


. 总结


本次给大家简要的介绍了一下多路电机驱动板的相关信息,着重硬件详细,概述了一下软件设计。整体的软硬件在单路的基础上有了非常大的提升,有兴趣的小伙伴可以通过下方淘宝链接进行购买:支持合同、对公等多种购买方式。对购买后的客户提供:嘉立创工程、PL+PS工程、上位机工程等设计源文件


后续会进一步介绍相关设计细节和使用详情,一定要持续关注!

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