[实用新型]一种测量永磁同步电机转子位置角的旋变激励与解码模块

说明书

技术领域

本实用新型实施例涉及电机控制领域，更特定言之，本实用新型提供一种测量永磁同步电机转子位置角的电路模块。

背景技术

内嵌有旋转变压器的永磁同步电机，其转子位置的检测是通过采集旋转变压器输出的信号来确定的，旋转变压器因其具有耐高温、耐湿度、抗冲击、抗干扰和精度高等优点，被广泛应用于汽车控制系统中。旋转变压器是一个模拟器件，输出的是一种交流调制信号，在数字控制系统中，常常需要把旋转变压器的输出信号转换成数字角度信号。常见的旋转变压器的角度解码方法有采用硬件解码芯片进行解码的方法和基于DSP的软件解码方法。

目前有专用的R/D转换器可以实现模/数转换与角度解算功能，例如日本多摩川公司的AU6802N1和美国AD公司的AD2SXX系列芯片。这些专用的解码芯片的解码性能高、使用方便，可以快速的将旋变输出的调制模拟信号解调成数字化的绝对位置信号，直接供给数字控制器使用。此种角度解码方法的精度高、跟踪速度快，但是由于硬件解码芯片的价格比较贵，限制了其应用。

随着DSP等器件运算速度的显著提高，基于软件的角度解码受到越来越多的关注。基于软件的角度解码方法主要是利用DSP、FPGA等数据计算能力比较强的芯片，通过对旋转变压器的信号进行采集，然后按照一定的解调算法求出转子的位置角。此种方法虽然节省了硬件解码芯片，但是由于FPGA等芯片处理旋变信号不稳定等因素，在汽车电子领域的应用受到限制。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种用于测量永磁同步电机转子位置角的电路模块，该模块为永磁同步电机的旋转变压器提供激励信号，并对旋转变压器的输出信号进行解码，最终得到转子位置角信号，从而解决因硬件解码芯片的价格昂贵所导致的无法大量使用的问题。该模块主要由低成本的激励发生电路和解码电路组成，输入到该模块的固定频率的方波经过激励发生电路的多次滤波放大后转变成正弦波激励信号供给旋转变压器，旋转变压器的输出信号经差动放大、翻转、滤波等过程后输出数字化的绝对位置信号。本实用新型实施例在解码精度、速度和稳定性方面能很好的满足汽车电子领域的要求。

技术方案：一种测量永磁同步电机转子位置角的旋变激励与解码模块，包括信号激励电路，它用于将来自信号处理器的数字方波信号转换为可驱动旋转变压器的正弦波激励信号，包括：多级滤波放大电路，用于将所述数字信号经过多次滤波放大后输出与之同频率的正弦波信号；以及与所述多级滤波电路的输出端相连的推挽电路，用于增大信号的驱动能力以驱动旋转变压器的激励绕组；以及信号解码电路，用于对旋转变压器的输出信号进行解码，包括差动放大电路，接收所述旋转变压器输出的差分信号并输出以2.5V为中值的正弦回波和余弦回波信号；整流翻转电路，用于提取所述正弦回波和余弦回波信号的包络线；滤波电路，将翻转后的回波信号过滤为平直电平信号。

在一个实施例中，所述信号激励电路针对数字信号处理器发出的数字方波信号，经过滤波放大后仅保留同频率的正弦波。使用运算放大器和阻容器件组成二阶滤波放大器，针对除基波以外的高次谐波和倍频噪声进行滤波抑制，同时适当调节放大倍数来抵消方波信号的衰减，最终得到所需中值和峰峰值。

在一个实施例中，所述激励部分多级滤波放大电路主要是由三级滤波放大电路组成，其中所述多级滤波放大电路被配置为通过第一级滤波放大电路滤除所述数字信号的一部分高次谐波，放大波形的中值和峰峰值，输出正弦波；通过第二级滤波放大电路进一步滤除来自所述第一级滤波放大电路正弦波的一部分高次谐波和倍频干扰，放大所述正弦波信号的峰峰值；以及通过第三级滤波放大电路进一步滤除来自第二级滤波放大电路正弦波的一部分高频噪声和干扰，放大所述正弦波的峰峰值以输出一个特定幅值的正弦波信号。

在一个实施例中，所述推挽电路被配置为在不改变所述特定幅值正弦波信号波形的情形下增大其驱动能力。

在一个实施例中，所述激励部分第二级滤波放大电路中运算放大器负反馈端接入4V电源电压，保证信号的中值是4V，在中值电压稳定的前提下放大信号的峰峰值；所述第三级滤波放大电路中运算放大器负反馈端连接第二级滤波放大电路的输出端，确保输出信号的中值不变，并适当设置运放的放大倍数得到期望的峰峰值。

在一个实施例中，所述解码部分的差动放大电路把绕组两端的输出信号经过隔直电容以后，进行差分放大，以保证放大后的电压在数字信号处理器的AD能识准确识别的范围内。差动放大器的正向输入端连接2.5V电源，用来保证输出信号的中值是2.5V，经差动放大后的信号是中值稳定的正弦波。