旋轉(zhuǎn)變壓器是一種電磁式傳感器,又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電動機(jī),用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度,由定子和轉(zhuǎn)子組成。其中定子繞組作為變壓器的原邊,接受勵磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊,通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓。通常副邊會使用兩個繞組線圈,互成 90°放置在轉(zhuǎn)子上,如圖 1 所示,
圖 1
在實際的使用中,轉(zhuǎn)子會隨同電機(jī)做同軸旋轉(zhuǎn),即轉(zhuǎn)子的角度速度以及位置就表征了電機(jī)的相應(yīng)狀態(tài)。若我們在定子上施加正弦勵磁信號 vr,則該交流能量通過原邊線圈會產(chǎn)生磁通量φ,則在理想狀況下,該磁通量會在副邊產(chǎn)生感應(yīng)電壓,vs 和 vc。則通過法拉第電磁感應(yīng)定律可得到 vs 和 vc 以及角度θ的關(guān)系如下:
由此我們可知,若可知道施加激勵 vr 以及得到的響應(yīng) vs 與 vc 的實時信息,則可根據(jù)上述公式得到角度和速度的信息。在知道 resolver 的基本工作原理后,為了得到角度、速度信息,并提供給 dsp 進(jìn)行算法參考, 我們需要以下功能電路資源輔助 resolver 工作,以實現(xiàn)期待的功能:
dac(digital to analog converter)電路:提供勵磁正弦信號 vr。勵磁頻率通常在 10khz 到 20khz。
boost 升壓電路:將勵磁信號電壓幅度提高。通常 resolver 接收的勵磁信號通常有 4vrms,7vrms 等。同時在應(yīng)用過程中還需要給系統(tǒng)提供一個共模電壓,因此這就需要對 dac 的輸出信號進(jìn)行一定的放大。
勵磁放大前級電路:在對 dac 輸出的勵磁信號進(jìn)行功率放大前,往往需要利用運(yùn)放搭建電路對 dac 的輸出進(jìn)行濾波以及施加共模電壓。
勵磁功率放大電路:將勵磁信號驅(qū)動能力放大,具體驅(qū)動能力需要看 resolver 的規(guī)格。通常需要 100ma~300ma。
副邊信號調(diào)理電路:將轉(zhuǎn)子感應(yīng)到的信號 vs/vc 進(jìn)行濾波以及調(diào)理到 adc 可以接受的信號范圍。
adc(analog-to-digital converter):如基本原理所介紹,我們需要將 vs/vc/vr 的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,供 rdc 進(jìn)行角度和速度的計算。
rdc(resolver-to-digital converter):執(zhí)行算法,將轉(zhuǎn)子和定子的輸出和感應(yīng)的數(shù)字信號執(zhí)行算法,計算出速度和角度信息,并輸出給 dsp 的 cpu 進(jìn)行電機(jī)算法參考。
可以看出,要實現(xiàn)旋變解碼,并不是一件容易的事情。