專利名稱：基于旋轉(zhuǎn)變壓器的三相電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)檢測(cè)與處理及無(wú)刷電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與伺服控制領(lǐng)域，需通過(guò)轉(zhuǎn)子位置傳感器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)以實(shí)現(xiàn)換相控制。而目前的無(wú)刷電機(jī)控制方案中，多是采用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置 的檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、使用方便，卻存在怕震、怕熱、怕干擾、易損壞等缺點(diǎn)。本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)變壓器作為轉(zhuǎn)子位置傳感器，將其輸出的正、余弦模擬信號(hào)調(diào)理解算為相互相差120°的三相方波信號(hào)，克服了霍爾傳感器的上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單方便、穩(wěn)定性好、利用旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的方法?；谛D(zhuǎn)變壓器的三相電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，其特征在于，含有時(shí)鐘發(fā)生器、邏輯控制器、驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)變壓器和信號(hào)調(diào)理模塊，其中時(shí)鐘發(fā)生器和邏輯控制器中的移位寄存器相聯(lián)，所述移位寄存器以時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)移位，輸出兩路信號(hào)，一路信號(hào)為激勵(lì)旋轉(zhuǎn)變壓器的SPWM(Sine Pulse Width Modulated，正弦脈寬調(diào)制)信號(hào)，聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)，另一路信號(hào)為鎖存觸發(fā)信號(hào)，在SPWM信號(hào)相位為90°時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，聯(lián)接至邏輯控制器中鎖存器LI、L2和L3的時(shí)鐘脈沖輸入端；驅(qū)動(dòng)電路對(duì)邏輯控制器輸出的SPWM信號(hào)進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)后的信號(hào)作為旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)信號(hào)，輸出至旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)輸入端；旋轉(zhuǎn)變壓器在所述激勵(lì)信號(hào)作用下，輸出反映轉(zhuǎn)子位置且具有正交關(guān)系的正、余弦差分信號(hào)=Usin = UmSin (ω t) sin ( Θ )及 Ucos = Umsin (ω t) cos ( Θ )，其中 Um 為輸出信號(hào)的最大幅值，ω為激勵(lì)信號(hào)的角頻率，Θ為轉(zhuǎn)子位置角度，所述正、余弦差分信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理模塊；信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正交模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理正弦差分信號(hào)聯(lián)接至電壓比較器0ΡΑ1，進(jìn)行比較處理，得到數(shù)字信號(hào)Α，輸出至鎖存器LI ;余弦差分信號(hào)聯(lián)接至運(yùn)算放大器0ΡΑ2，進(jìn)行I : I反向差分放大，得到與原信號(hào)同幅值反相的余弦信號(hào)C0S_INV,輸出至電壓比較器0PA3，與參考電壓Vref進(jìn)行比較處理，參考電壓Vref的電壓值為輸出信號(hào)最大幅值的一半(即Vref = Um/2)，得到數(shù)字信號(hào)B，輸出至鎖存器L2 ;余弦差分信號(hào)聯(lián)接至運(yùn)算放大器0PA4，進(jìn)行I : I同向差分放大，得到與原信號(hào)同幅值同相的余弦信號(hào)C0S，輸出至電壓比較器0PA5與參考電壓Vref進(jìn)行比較處理，得到數(shù)字信號(hào)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(shí)鐘輸入信號(hào)下降沿，對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)ABC進(jìn)行采樣保持，將采樣結(jié)果輸出至邏輯控制器中的邏輯處理模塊；邏輯處理模塊對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷與處理，輸出反映轉(zhuǎn)子位置、相差120°的方波信號(hào)UVW，作為三相電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，用作無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與伺服控制。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案即可得到與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)、相互相差120°的三相方波信號(hào)，與霍爾傳感器相比，它具有穩(wěn)定性好，不易受干擾的優(yōu)點(diǎn)。


圖I:本發(fā)明的原理框圖。圖2 :信號(hào)調(diào)理模塊輸出信號(hào)波形圖。圖3 :邏輯控制器信號(hào)處理部分算法流程圖。 圖4 :邏輯控制器信號(hào)處理部分輸出信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，此處所說(shuō)明的方案只用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，為本申請(qǐng)的一部分，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明方案的限定。圖I中的邏輯控制器采用Altera公司的現(xiàn)場(chǎng)可編程器件(FPGA)，型號(hào)為EP3C16F484I7 ；旋轉(zhuǎn)變壓器采用TAMAGAWA公司的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器TS2620N21E11。邏輯控制器中的移位寄存器以時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘為時(shí)序基準(zhǔn)，進(jìn)行循環(huán)移位，產(chǎn)生SkHz的SPWM信號(hào)，輸出至驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)后的信號(hào)輸出至旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)輸入端，旋轉(zhuǎn)變壓器在上述激勵(lì)信號(hào)作用下產(chǎn)生反映轉(zhuǎn)子位置的正、余弦差分信號(hào)，輸出至信號(hào)調(diào)理模塊。信號(hào)調(diào)理模塊中利用比較器和放大器對(duì)正、余弦差分信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，得到數(shù)字信號(hào)ABC，輸出至邏輯控制器中的鎖存器。數(shù)字信號(hào)ABC的波形如圖2所示，其中，A相信號(hào)為占空比為50%的方波信號(hào)，B相和C相信號(hào)的占空比隨轉(zhuǎn)子位置的不同而發(fā)生變化。邏輯控制器中的鎖存器在SPWM信號(hào)相位為90°時(shí)，對(duì)數(shù)字信號(hào)ABC進(jìn)行采樣保持，圖2中虛線所示位置為鎖存器采樣時(shí)刻(SPWM信號(hào)相位為90°的時(shí)刻)，然后邏輯控制器按圖3所示流程圖對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，即可得到與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的、相互相差120°的三相方波信號(hào)UVW,作為三相電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào),輸出信號(hào)波形如圖4所不。
權(quán)利要求
1.基于旋轉(zhuǎn)變壓器的三相電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，其特征在于，含有時(shí)鐘發(fā)生器、邏輯控制器、驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)變壓器和信號(hào)調(diào)理模塊，其中 時(shí)鐘發(fā)生器和邏輯控制器中的移位寄存器相聯(lián)，所述移位寄存器以時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)移位，輸出兩路信號(hào)，一路信號(hào)為激勵(lì)旋轉(zhuǎn)變壓器的SPWM(Sine Pulse Width Modulated，正弦脈寬調(diào)制)信號(hào)，聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)，另一路信號(hào)為鎖存觸發(fā)信號(hào)，在SPWM信號(hào)相位為90°時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，聯(lián)接至邏輯控制器中鎖存器LI、L2和L3的時(shí)鐘脈沖輸入端； 驅(qū)動(dòng)電路對(duì)邏輯控制器輸出的SPWM信號(hào)進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)后的信號(hào)作為旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)信號(hào)，輸出至旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)輸入端； 旋轉(zhuǎn)變壓器在所述激勵(lì)信號(hào)作用下，輸出反映轉(zhuǎn)子位置且具有正交關(guān)系的正、余弦差分信號(hào):Usin = UmSin ( t) sin ( 0 )及 Ucos = Umsin ( t) cos ( 0 )，其中 Um 為輸出信號(hào)的最大幅值， 為激勵(lì)信號(hào)的角頻率，0為轉(zhuǎn)子位置角度，所述正、余弦差分信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理模塊； 信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正交模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理正弦差分信號(hào)聯(lián)接至電壓比較器0PA1，進(jìn)行比較處理，得到數(shù)字信號(hào)A，輸出至鎖存器LI ;余弦差分信號(hào)聯(lián)接至運(yùn)算放大器0PA2，進(jìn)行I : I反向差分放大，得到與原信號(hào)同幅值反相的余弦信號(hào)C0S_INV，輸出至電壓比較器0PA3，與參考電壓Vref進(jìn)行比較處理，參考電壓Vref的電壓值為輸出信號(hào)最大幅值的一半(即Vref = Um/2)，得到數(shù)字信號(hào)B，輸出至鎖存器L2 ;余弦差分信號(hào)聯(lián)接至運(yùn)算放大器0PA4，進(jìn)行I : I同向差分放大，得到與原信號(hào)同幅值同相的余弦信號(hào)C0S，輸出至電壓比較器0PA5與參考電壓Vref進(jìn)行比較處理，得到數(shù)字信號(hào)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(shí)鐘輸入信號(hào)下降沿，對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)ABC進(jìn)行采樣保持，將采樣結(jié)果輸出至邏輯控制器中的邏輯處理模塊；邏輯處理模塊對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷與處理，輸出反映轉(zhuǎn)子位置、相差120°的方波信號(hào)UVW，作為三相電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，用作無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與伺服控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的三相電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，屬于信號(hào)檢測(cè)與處理及無(wú)刷電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于含有時(shí)鐘發(fā)生器、邏輯控制器、驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)變壓器、信號(hào)調(diào)理模塊，其中邏輯控制器中的移位寄存器通過(guò)循環(huán)移位產(chǎn)生SPWM信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后作為旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)信號(hào)，對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正交模擬信號(hào)，利用比較器和放大器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，然后由邏輯控制器對(duì)所得數(shù)字信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，得到與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的、相互相差120。的方波信號(hào)，作為三相電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)。與霍爾傳感器相比，本發(fā)明所提供方法具有穩(wěn)定性好，不易受干擾的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P6/16GK102629845SQ20121009056
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者朱紀(jì)洪, 楊佳利 申請(qǐng)人:清華大學(xué)