一種測量永磁同步電機轉子位置角的旋變激勵與解碼模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型實施例涉及電機控制領域，更特定言之，本實用新型提供一種測量永 磁同步電機轉子位置角的電路模塊。
【背景技術】
[0002] 內嵌有旋轉變壓器的永磁同步電機，其轉子位置的檢測是通過采集旋轉變壓器輸 出的信號來確定的，旋轉變壓器因其具有耐高溫、耐濕度、抗沖擊、抗干擾和精度高等優點， 被廣泛應用于汽車控制系統中。旋轉變壓器是一個模擬器件，輸出的是一種交流調制信號， 在數字控制系統中，常常需要把旋轉變壓器的輸出信號轉換成數字角度信號。常見的旋轉 變壓器的角度解碼方法有采用硬件解碼芯片進行解碼的方法和基于DSP的軟件解碼方法。
[0003] 目前有專用的R/D轉換器可以實現模/數轉換與角度解算功能，例如日本多摩川 公司的AU6802N1和美國AD公司的AD2SXX系列芯片。這些專用的解碼芯片的解碼性能高、 使用方便，可以快速的將旋變輸出的調制模擬信號解調成數字化的絕對位置信號，直接供 給數字控制器使用。此種角度解碼方法的精度高、跟蹤速度快，但是由于硬件解碼芯片的價 格比較貴，限制了其應用。
[0004] 隨著DSP等器件運算速度的顯著提高，基于軟件的角度解碼受到越來越多的關 注。基于軟件的角度解碼方法主要是利用DSP、FPGA等數據計算能力比較強的芯片，通過對 旋轉變壓器的信號進行采集，然后按照一定的解調算法求出轉子的位置角。此種方法雖然 節省了硬件解碼芯片，但是由于FPGA等芯片處理旋變信號不穩定等因素，在汽車電子領域 的應用受到限制。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的主要目的是提供一種用于測量永磁同步電機轉子位置角的電路模 塊，該模塊為永磁同步電機的旋轉變壓器提供激勵信號，并對旋轉變壓器的輸出信號進行 解碼，最終得到轉子位置角信號，從而解決因硬件解碼芯片的價格昂貴所導致的無法大量 使用的問題。該模塊主要由低成本的激勵發生電路和解碼電路組成，輸入到該模塊的固定 頻率的方波經過激勵發生電路的多次濾波放大后轉變成正弦波激勵信號供給旋轉變壓器， 旋轉變壓器的輸出信號經差動放大、翻轉、濾波等過程后輸出數字化的絕對位置信號。本實 用新型實施例在解碼精度、速度和穩定性方面能很好的滿足汽車電子領域的要求。
[0006] 技術方案：一種測量永磁同步電機轉子位置角的旋變激勵與解碼模塊，包括信號 激勵電路，它用于將來自信號處理器的數字方波信號轉換為可驅動旋轉變壓器的正弦波激 勵信號，包括：多級濾波放大電路，用于將所述數字信號經過多次濾波放大后輸出與之同頻 率的正弦波信號；以及與所述多級濾波電路的輸出端相連的推挽電路，用于增大信號的驅 動能力以驅動旋轉變壓器的激勵繞組；以及信號解碼電路，用于對旋轉變壓器的輸出信號 進行解碼，包括差動放大電路，接收所述旋轉變壓器輸出的差分信號并輸出以2. 5V為中值 的正弦回波和余弦回波信號；整流翻轉電路，用于提取所述正弦回波和余弦回波信號的包 絡線；濾波電路，將翻轉后的回波信號過濾為平直電平信號。
[0007] 在一個實施例中，所述信號激勵電路針對數字信號處理器發出的數字方波信號， 經過濾波放大后僅保留同頻率的正弦波。使用運算放大器和阻容器件組成二階濾波放大 器，針對除基波以外的高次諧波和倍頻噪聲進行濾波抑制，同時適當調節放大倍數來抵消 方波信號的衰減，最終得到所需中值和峰峰值。
[0008] 在一個實施例中，所述激勵部分多級濾波放大電路主要是由三級濾波放大電路組 成，其中所述多級濾波放大電路被配置為通過第一級濾波放大電路濾除所述數字信號的一 部分高次諧波，放大波形的中值和峰峰值，輸出正弦波；通過第二級濾波放大電路進一步濾 除來自所述第一級濾波放大電路正弦波的一部分高次諧波和倍頻干擾，放大所述正弦波信 號的峰峰值；以及通過第三級濾波放大電路進一步濾除來自第二級濾波放大電路正弦波的 一部分高頻噪聲和干擾，放大所述正弦波的峰峰值以輸出一個特定幅值的正弦波信號。
[0009] 在一個實施例中，所述推挽電路被配置為在不改變所述特定幅值正弦波信號波形 的情形下增大其驅動能力。
[0010] 在一個實施例中，所述激勵部分第二級濾波放大電路中運算放大器負反饋端接入 4V電源電壓，保證信號的中值是4V，在中值電壓穩定的前提下放大信號的峰峰值；所述第 三級濾波放大電路中運算放大器負反饋端連接第二級濾波放大電路的輸出端，確保輸出信 號的中值不變，并適當設置運放的放大倍數得到期望的峰峰值。
[0011] 在一個實施例中，所述解碼部分的差動放大電路把繞組兩端的輸出信號經過隔直 電容以后，進行差分放大，以保證放大后的電壓在數字信號處理器的AD能識準確識別的范 圍內。差動放大器的正向輸入端連接2. 5V電源，用來保證輸出信號的中值是2. 5V，經差動 放大后的信號是中值穩定的正弦波。
[0012] 在一個實施例中，所述解碼部分的整流翻轉電路把差動放大電路的輸出波形進行 整流，用于提取所述正弦回波和余弦回波信號的包絡線。
[0013] 在一個實施例中，所述解碼部分的整流翻轉電路通過施密特觸發器產生同步方波 信號，作為所述整流翻轉電路的一個控制信號。
[0014] 在一個實施例中，所述解碼部分的濾波電路采用二階低通濾波器對翻轉后的信號 進行濾波，得到信號的有效值，此時信號已經是平滑的電平信號，運放的正向輸入端連接 2. 5V電源，保證其基準電壓是2. 5V。
[0015] 本實用新型的激勵與解碼模塊有效節約了成本，僅用了 一些阻容器件和運放，達 到了解碼芯片所起到的作用。激勵電路通過三級濾波，濾掉了高次諧波和倍頻干擾，提高了 激勵信號的精確性，并且信號穩定，抗干擾性強。可針對不同方波頻率適當修改濾波參數， 均達到理想的效果。解碼電路使用差動放大、整流濾波、電平轉換等環節，有效的減小外界 干擾造成的誤差。
【附圖說明】
[0016] 本實用新型較佳實施例結合附圖對本實用新型做進一步說明，其中：
[0017] 圖1是旋轉變壓器與本實用新型旋變激勵與解碼模塊的連接框圖；
[0018] 圖2是激勵電路的原理框圖；
[0019] 圖3是激勵電路的整體線路圖；
[0020] 圖4是激勵電路的輸入信號；
[0021 ] 圖5是低通濾波放大電路；