[发明专利]基于旋转变压器的三相电机转子位置检测电路

说明书

技术领域

本发明属于信号检测与处理及无刷电机技术领域。

背景技术

在无刷电机的驱动与伺服控制领域，需通过转子位置传感器获取电机转子的位置信号以实现换相控制。而目前的无刷电机控制方案中，多是采用霍尔传感器实现转子位置的检测。其优点是电路简单、使用方便，却存在怕震、怕热、怕干扰、易损坏等缺点。本发明利用旋转变压器作为转子位置传感器，将其输出的正、余弦模拟信号调理解算为相互相差120°的三相方波信号，克服了霍尔传感器的上述缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种简单方便、稳定性好、利用旋转变压器进行转子位置检测的方法。

基于旋转变压器的三相电机转子位置检测电路，其特征在于，含有：时钟发生器、逻辑控制器、驱动电路、旋转变压器和信号调理模块，其中：

时钟发生器和逻辑控制器中的移位寄存器相联，所述移位寄存器以时钟发生器产生的时钟信号为时序基准进行循环移位，输出两路信号，一路信号为激励旋转变压器的SPWM(Sine Pulse Width Modulated，正弦脉宽调制)信号，联接到驱动电路进行电流驱动，另一路信号为锁存触发信号，在SPWM信号相位为90°时产生一个下降沿，联接至逻辑控制器中锁存器L1、L2和L3的时钟脉冲输入端；

驱动电路对逻辑控制器输出的SPWM信号进行电流驱动，驱动后的信号作为旋转变压器激励信号，输出至旋转变压器的激励输入端；

旋转变压器在所述激励信号作用下，输出反映转子位置且具有正交关系的正、余弦差分信号：U_sin＝U_msin(ωt)sin(θ)及U_cos＝U_msin(ωt)cos(θ)，其中U_m为输出信号的最大幅值，ω为激励信号的角频率，θ为转子位置角度，所述正、余弦差分信号输出至信号调理模块；

信号调理模块对旋转变压器输出的正交模拟信号进行调理：正弦差分信号联接至电压比较器OPA1，进行比较处理，得到数字信号A，输出至锁存器L1；余弦差分信号联接至运算放大器OPA2，进行1∶1反向差分放大，得到与原信号同幅值反相的余弦信号COS_INV，输出至电压比较器OPA3，与参考电压Vref进行比较处理，参考电压Vref的电压值为输出信号最大幅值的一半(即Vref＝U_m/2)，得到数字信号B，输出至锁存器L2；余弦差分信号联接至运算放大器OPA4，进行1∶1同向差分放大，得到与原信号同幅值同相的余弦信号COS，输出至电压比较器OPA5与参考电压Vref进行比较处理，得到数字信号C，输出至锁存器L3；

逻辑控制器中的锁存器L1、L2和L3在同一时钟输入信号下降沿，对数字输入信号ABC进行采样保持，将采样结果输出至逻辑控制器中的逻辑处理模块；逻辑处理模块对采样信号进行逻辑判断与处理，输出反映转子位置、相差120°的方波信号UVW，作为三相电机转子的位置信号，用作无刷电机的驱动与伺服控制。

本发明采用以上技术方案即可得到与转子位置相对应、相互相差120°的三相方波信号，与霍尔传感器相比，它具有稳定性好，不易受干扰的优点。

附图说明

图1：本发明的原理框图。

图2：信号调理模块输出信号波形图。

图3：逻辑控制器信号处理部分算法流程图。

图4：逻辑控制器信号处理部分输出信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。

图1中的逻辑控制器采用Altera公司的现场可编程器件(FPGA)，型号为EP3C16F484I7；

旋转变压器采用TAMAGAWA公司的无刷旋转变压器TS2620N21E11。

逻辑控制器中的移位寄存器以时钟发生器产生的时钟为时序基准，进行循环移位，产生8kHz的SPWM信号，输出至驱动电路进行电流驱动，驱动后的信号输出至旋转变压器的激励输入端，旋转变压器在上述激励信号作用下产生反映转子位置的正、余弦差分信号，输出至信号调理模块。

信号调理模块中利用比较器和放大器对正、余弦差分信号进行信号调理，得到数字信号ABC，输出至逻辑控制器中的锁存器。数字信号ABC的波形如图2所示，其中，A相信号为占空比为50％的方波信号，B相和C相信号的占空比随转子位置的不同而发生变化。

逻辑控制器中的锁存器在SPWM信号相位为90°时，对数字信号ABC进行采样保持，图2中虚线所示位置为锁存器采样时刻(SPWM信号相位为90°的时刻)，然后逻辑控制器按图3所示流程图对采样信号进行逻辑处理，即可得到与转子位置相对应的、相互相差120°的三相方波信号UVW，作为三相电机转子的位置信号，输出信号波形如图4所示。