專利名稱：基于旋轉變壓器的三相電機轉子位置檢測電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于信號檢測與處理及無刷電機技術領域。
背景技術：
在無刷電機的驅動與伺服控制領域，需通過轉子位置傳感器獲取電機轉子的位置信號以實現換相控制。而目前的無刷電機控制方案中，多是采用霍爾傳感器實現轉子位置 的檢測。其優點是電路簡單、使用方便，卻存在怕震、怕熱、怕干擾、易損壞等缺點。本發明利用旋轉變壓器作為轉子位置傳感器，將其輸出的正、余弦模擬信號調理解算為相互相差120°的三相方波信號，克服了霍爾傳感器的上述缺點。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的在于提供一種簡單方便、穩定性好、利用旋轉變壓器進行轉子位置檢測的方法。基于旋轉變壓器的三相電機轉子位置檢測電路，其特征在于，含有時鐘發生器、邏輯控制器、驅動電路、旋轉變壓器和信號調理模塊，其中時鐘發生器和邏輯控制器中的移位寄存器相聯，所述移位寄存器以時鐘發生器產生的時鐘信號為時序基準進行循環移位，輸出兩路信號，一路信號為激勵旋轉變壓器的SPWM(Sine Pulse Width Modulated，正弦脈寬調制)信號，聯接到驅動電路進行電流驅動，另一路信號為鎖存觸發信號，在SPWM信號相位為90°時產生一個下降沿，聯接至邏輯控制器中鎖存器LI、L2和L3的時鐘脈沖輸入端；驅動電路對邏輯控制器輸出的SPWM信號進行電流驅動，驅動后的信號作為旋轉變壓器激勵信號，輸出至旋轉變壓器的激勵輸入端；旋轉變壓器在所述激勵信號作用下，輸出反映轉子位置且具有正交關系的正、余弦差分信號=Usin = UmSin (ω t) sin ( Θ )及 Ucos = Umsin (ω t) cos ( Θ )，其中 Um 為輸出信號的最大幅值，ω為激勵信號的角頻率，Θ為轉子位置角度，所述正、余弦差分信號輸出至信號調理模塊；信號調理模塊對旋轉變壓器輸出的正交模擬信號進行調理正弦差分信號聯接至電壓比較器0ΡΑ1，進行比較處理，得到數字信號Α，輸出至鎖存器LI ;余弦差分信號聯接至運算放大器0ΡΑ2，進行I : I反向差分放大，得到與原信號同幅值反相的余弦信號C0S_INV,輸出至電壓比較器0PA3，與參考電壓Vref進行比較處理，參考電壓Vref的電壓值為輸出信號最大幅值的一半(即Vref = Um/2)，得到數字信號B，輸出至鎖存器L2 ;余弦差分信號聯接至運算放大器0PA4，進行I : I同向差分放大，得到與原信號同幅值同相的余弦信號C0S，輸出至電壓比較器0PA5與參考電壓Vref進行比較處理，得到數字信號C，輸出至鎖存器L3 ；邏輯控制器中的鎖存器LI、L2和L3在同一時鐘輸入信號下降沿，對數字輸入信號ABC進行采樣保持，將采樣結果輸出至邏輯控制器中的邏輯處理模塊；邏輯處理模塊對采樣信號進行邏輯判斷與處理，輸出反映轉子位置、相差120°的方波信號UVW，作為三相電機轉子的位置信號，用作無刷電機的驅動與伺服控制。本發明采用以上技術方案即可得到與轉子位置相對應、相互相差120°的三相方波信號，與霍爾傳感器相比，它具有穩定性好，不易受干擾的優點。


圖I:本發明的原理框圖。圖2 :信號調理模塊輸出信號波形圖。圖3 :邏輯控制器信號處理部分算法流程圖。 圖4 :邏輯控制器信號處理部分輸出信號波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明作進一步說明，此處所說明的方案只用來提供對本發明的進一步理解，為本申請的一部分，不構成對本發明方案的限定。圖I中的邏輯控制器采用Altera公司的現場可編程器件(FPGA)，型號為EP3C16F484I7 ；旋轉變壓器采用TAMAGAWA公司的無刷旋轉變壓器TS2620N21E11。邏輯控制器中的移位寄存器以時鐘發生器產生的時鐘為時序基準，進行循環移位，產生SkHz的SPWM信號，輸出至驅動電路進行電流驅動，驅動后的信號輸出至旋轉變壓器的激勵輸入端，旋轉變壓器在上述激勵信號作用下產生反映轉子位置的正、余弦差分信號，輸出至信號調理模塊。信號調理模塊中利用比較器和放大器對正、余弦差分信號進行信號調理，得到數字信號ABC，輸出至邏輯控制器中的鎖存器。數字信號ABC的波形如圖2所示，其中，A相信號為占空比為50%的方波信號，B相和C相信號的占空比隨轉子位置的不同而發生變化。邏輯控制器中的鎖存器在SPWM信號相位為90°時，對數字信號ABC進行采樣保持，圖2中虛線所示位置為鎖存器采樣時刻(SPWM信號相位為90°的時刻)，然后邏輯控制器按圖3所示流程圖對采樣信號進行邏輯處理，即可得到與轉子位置相對應的、相互相差120°的三相方波信號UVW,作為三相電機轉子的位置信號,輸出信號波形如圖4所不。
權利要求
1.基于旋轉變壓器的三相電機轉子位置檢測電路，其特征在于，含有時鐘發生器、邏輯控制器、驅動電路、旋轉變壓器和信號調理模塊，其中 時鐘發生器和邏輯控制器中的移位寄存器相聯，所述移位寄存器以時鐘發生器產生的時鐘信號為時序基準進行循環移位，輸出兩路信號，一路信號為激勵旋轉變壓器的SPWM(Sine Pulse Width Modulated，正弦脈寬調制)信號，聯接到驅動電路進行電流驅動，另一路信號為鎖存觸發信號，在SPWM信號相位為90°時產生一個下降沿，聯接至邏輯控制器中鎖存器LI、L2和L3的時鐘脈沖輸入端； 驅動電路對邏輯控制器輸出的SPWM信號進行電流驅動，驅動后的信號作為旋轉變壓器激勵信號，輸出至旋轉變壓器的激勵輸入端； 旋轉變壓器在所述激勵信號作用下，輸出反映轉子位置且具有正交關系的正、余弦差分信號:Usin = UmSin ( t) sin ( 0 )及 Ucos = Umsin ( t) cos ( 0 )，其中 Um 為輸出信號的最大幅值， 為激勵信號的角頻率，0為轉子位置角度，所述正、余弦差分信號輸出至信號調理模塊； 信號調理模塊對旋轉變壓器輸出的正交模擬信號進行調理正弦差分信號聯接至電壓比較器0PA1，進行比較處理，得到數字信號A，輸出至鎖存器LI ;余弦差分信號聯接至運算放大器0PA2，進行I : I反向差分放大，得到與原信號同幅值反相的余弦信號C0S_INV，輸出至電壓比較器0PA3，與參考電壓Vref進行比較處理，參考電壓Vref的電壓值為輸出信號最大幅值的一半(即Vref = Um/2)，得到數字信號B，輸出至鎖存器L2 ;余弦差分信號聯接至運算放大器0PA4，進行I : I同向差分放大，得到與原信號同幅值同相的余弦信號C0S，輸出至電壓比較器0PA5與參考電壓Vref進行比較處理，得到數字信號C，輸出至鎖存器L3 ； 邏輯控制器中的鎖存器L1、L2和L3在同一時鐘輸入信號下降沿，對數字輸入信號ABC進行采樣保持，將采樣結果輸出至邏輯控制器中的邏輯處理模塊；邏輯處理模塊對采樣信號進行邏輯判斷與處理，輸出反映轉子位置、相差120°的方波信號UVW，作為三相電機轉子的位置信號，用作無刷電機的驅動與伺服控制。
全文摘要
本發明提供了一種基于旋轉變壓器的三相電機轉子位置檢測電路，屬于信號檢測與處理及無刷電機技術領域，其特征在于含有時鐘發生器、邏輯控制器、驅動電路、旋轉變壓器、信號調理模塊，其中邏輯控制器中的移位寄存器通過循環移位產生SPWM信號，經驅動電路后作為旋轉變壓器的激勵信號，對旋轉變壓器輸出的正交模擬信號，利用比較器和放大器進行信號調理后產生數字信號，然后由邏輯控制器對所得數字信號進行邏輯處理，得到與轉子位置相對應的、相互相差120。的方波信號，作為三相電機轉子的位置信號。與霍爾傳感器相比，本發明所提供方法具有穩定性好，不易受干擾的優點。
文檔編號H02P6/16GK102629845SQ20121009056
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者朱紀洪, 楊佳利 申請人:清華大學