來源：電子設計應用 作者：北京交通大學 王棟 張奕黃 保定天鵝化纖集團有限公司 郭綏

    摘 要：本文介紹了一種檢測轉(zhuǎn)子位置的方法，設計了基于rdc芯片ad2s90的旋轉(zhuǎn)變壓器位置信號的接口電路，并在軍用裝甲車交流傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)了異步電機轉(zhuǎn)子位置信號的精確測量。

    關(guān)鍵詞：位置傳感器；旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(rdc)；ad2s90

    引言

    在軍用車輛交流傳動系統(tǒng)中，由于要適應沖擊震動和溫濕度變化等惡劣的工作環(huán)境，普通檢測轉(zhuǎn)子位置的光電編碼器很容易損壞，而旋轉(zhuǎn)變壓器由于其堅固耐用且可靠性高，可以很好地解決這一問題。但旋轉(zhuǎn)變壓器是一種模擬機電元件，不能滿足數(shù)字化的要求，故需要接口電路實現(xiàn)其模擬信號與控制系統(tǒng)數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)化，這類接口電路是一類特殊的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，也就是我們常說的旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(rdc)。

    rdc電路設計

    主要器件及原理

    本系統(tǒng)采用日本多摩川公司生產(chǎn)的ts262n21e11無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。電路中主要采用了adi公司的兩個r/d轉(zhuǎn)換器ad2s90和程控振蕩器ad2s99，二者要配合使用。

    ad2s90是rdc電路設計的核心，內(nèi)部功能模塊主要是由相敏檢測器、乘法器、壓控振蕩器(vco)、增減計數(shù)器形成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。當旋轉(zhuǎn)變壓器的兩路定子繞組的輸出信號esinwtsinq和esinwtcosq分別送入ad2s90的sin和cos輸入引腳后，經(jīng)過其內(nèi)部運放再送至乘法器中，此時，若內(nèi)部增減計數(shù)器輸出的初始數(shù)字角度j也被送入乘法器，則經(jīng)乘法運算后得到的輸出信號為esinwtcosqsinj和esinwtsinqcosj，二者再進行相減運算便得到輸出信號esinwtsin(q-j)，信號中的誤差部分被送入由相敏檢測器、乘法器、壓控振蕩器、增減計數(shù)器形成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，使sin(q-j)=0，即q-j=0，此時增減計數(shù)器輸出的數(shù)字角度j就是轉(zhuǎn)子的位移角度。

    ad2s99是專為旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供的勵磁信號源，信號頻率有4種選擇，即2khz、5khz、10khz和20khz。它不僅為ad2s90提供同步基準電壓信號，同時還給旋轉(zhuǎn)變壓器提供高品質(zhì)的正弦波勵磁信號，還具有信號相位補償和信號丟失檢測等優(yōu)點。

    rdc電路的總體設計方案

    旋轉(zhuǎn)變壓器二次繞組輸出的兩路信號sinj和cosj作為ad2s90的位置角檢測的模擬信號輸入，通過屏蔽雙絞線，分別接到ad2s90相應的輸入端sin和sinl0。同時，cos和cosl0的信號作為反饋信號接至ad2s99，通過ad2s99內(nèi)部處理后產(chǎn)生輸出信號synref(為±3vp-p方波輸出信號且相位與sin和cos輸入信號保持一致)，連接至ad2s90的ref引腳，用于補償旋轉(zhuǎn)變壓器一次側(cè)到二次側(cè)的相位偏差，否則會降低rdc的轉(zhuǎn)換精度。ad2s99通過輸出端exc和/exc(exc和/exc為兩路±2vrms、8ma的正弦信號，且/exc相位相對于exc要超前180°)為旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁繞組提供所需工作頻率的勵磁信號，勵磁信號的工作頻率可以通過ad2s99的引腳sel1、sel2和fbias來設置。另外，ad2s99的引腳los用于指示sin和cos信號缺失的檢測情況，正常工作時los為低電平；若sin和cos信號都低于los規(guī)定的電壓閾值(vrms)，則los被上拉到高電平vdd。

    提供給控制器的位置信號有兩種輸出方式，一是spi輸出(12位)，最高傳輸速率為2mbps；二是模擬增量式編碼器輸出，a、b和nm信號，相當于一個1024線增量式編碼器。

    圖1 電路原理圖

    電路總體設計方案如圖1所示。接口電路設計還需要注意以下幾點：

    1 電路中所有模擬地信號要以星形方式連接至ad2s90的引腳agnd。

    2 若旋轉(zhuǎn)變壓器的信號通過屏蔽雙絞線傳輸時，屏蔽層也要連至 agnd引腳。

    3 ad2s99的輸出信號synref與ad2s90的輸入引腳