CN102393215A - 非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，包括：一个非隔离式正余弦旋转变压器，其输入端和输出端之间共用一个地；所述非隔离式正余弦旋转变压器的四个输出端都具有直流分量电压。二个去除直流分量差分放大电路，分别连接所述非隔离式正余弦旋转变压器的两对输出端，将这两对输出端的直流分量电压降低或消除。本发明可以使非隔离式正余弦旋转变压器输出的信号经过处理后输入给处理芯片，从而降低了位置检测电路的成本。

Description

非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路

技术领域

本发明涉及一种旋转变压器，特别是涉及一种非隔离式的正余弦旋转变压器。

背景技术

旋转变压器(rotary transformer)又称为分解器(resolver)，用来测量旋转角度。旋转变压器具有可靠性、稳定性高，对机械振动、温度、湿度等环境不敏感的优点，已在诸如领域得到应用。例如，在新能源汽车领域中，旋转变压器已逐步成为一种主流的旋转位置检测传感器。

旋转变压器的一种典型应用是正余弦旋转变压器。如果把输入的激励电压(正弦交流电压)看作一个矢量，正余弦旋转变压器将其分解为正交的两个分量，这就是旋转变压器的英文名resolver(分解器)的本义。正余弦旋转变压器也可以看作为一个乘法器，将输入的激励电压分别乘以定子和转子间旋转角度的正弦和余弦。目前最常见的一种正余弦旋转变压器是磁阻式旋转变压器，其原理图如图1所示。

图1和图2表示了两种不同类型的正余弦旋转变压器。其中，交流电压源91输出的交流电压为

其中Voffset为直流分量电压，Am、ω、

分别为交流分量电压的最大幅值、角频率、初始相位，t为时间，K1为放大系数。交流电压源92输出的交流电压为该正余弦旋转变压器的一对输入端A、B之间的交流电压为

作为激励电压。该正余弦旋转变压器的一对输出端sin+、sin-之间的交流电压为

其中θ为该正余弦旋转变压器的定子和转子之间的旋转角度，K2为正余弦旋转变压器的放大系数。另一对输出端cos+、cos-之间的交流电压为

图1所示的正余弦旋转变压器具有这样的特点：输入端和输出端之间电气隔离。即：两个输入端A、B分别与交流电压源91、92共用一个地；四个输出端sin+、sin-、cos+、cos-与交流电压源91、92的地之间都没有关系。我们将其称为隔离式正余弦旋转变压器，其特点是位置检测电路简单、可靠，应用成熟。

图2所示的正余弦旋转变压器具有这样的特点：输入端和输出端之间共用一个地，电气不隔离。即：两个输入端A、B分别与交流电压源91、92共用一个地；四个输出端sin+、sin-、cos+、cos-也与交流电压源91、92共用一个地。我们将其称为非隔离式正余弦旋转变压器，其特点是成本很低。但其四个输出端sin+、sin-、cos+、cos-都具有直流分量Voffset，而该直流分量Voffset一般大于后续处理芯片的最高工作电压，因此不能与处理芯片直接相连。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，该电路可以解决非隔离式正余弦旋转变压器与处理芯片之间的连接问题。

为解决上述技术问题，本发明非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路包括：

一个非隔离式正余弦旋转变压器，其输入端和输出端之间共用一个地；所述非隔离式正余弦旋转变压器的四个输出端都具有直流分量电压；

二个去除直流分量差分放大电路，分别连接所述非隔离式正余弦旋转变压器的两对输出端，将这两对输出端的直流分量电压降低或消除。

旋转变压器输出的信号需要经过处理芯片转换后，才可用于其他设备。而非隔离式正余弦旋转变压器的输出端都具有较大的直流分量电压，该直流分量电压通常超出了后续处理芯片的最大工作电压，因而本发明特别在非隔离式正余弦旋转变压器和处理芯片之间增加了去除直流分量差分放大电路。该去除直流分量差分放大电路的作用有二：一是降低或消除所述非隔离式正余弦旋转变压器的输出端的直流分量电压，使处理后的直流分量与交流分量的最大幅值之和小于或等于后续处理芯片的最大工作电压；二是放大所述非隔离式正余弦旋转变压器的输出端的交流分量电压的幅值。而在采用了非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路后，即使增加了“去除直流分量差分放大电路”模块，仍然比采用隔离式正余弦旋转变压器的成本更低。

附图说明

图1是隔离式正余弦旋转变压器的示意图；

图2是非隔离式正余弦旋转变压器的示意图；

图3是本发明非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路的示意图；

图4～图9是本发明中去除直流分量差分放大电路的不同实施例。

图中附图标记说明：

1为buffer放大电路；2为非隔离式正余弦旋转变压器；A、B为正余弦旋转变压器的一对输入端；sin+、sin-为正余弦旋转变压器的一对输出端；cos+、cos-为正余弦旋转变压器的另一对输出端；3为去除直流分量差分放大电路；M、N为去除直流分量差分放大电路的一对输出端；31、32、33为运算放大器；4为处理芯片；91、92为交流电压源。

具体实施方式

请参阅图3，本发明非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路包括：

一个非隔离式正余弦旋转变压器2，其输入端A、B和输出端sin+、sin-、cos+、cos-共用一个地；所述非隔离式正余弦旋转变压器2的四个输出端sin+、sin-、cos+、cos-都具有直流分量电压Voffset；

二个去除直流分量差分放大电路3，分别连接所述非隔离式正余弦旋转变压器2的两对输出端(sin+、sin-)和(cos+、cos-)，将这两对输出端的直流分量电压Voffset降低。

图3中还包括了一些辅助电路结构，介绍如下：

激励信号1为一个具有直流分量的交流电压信号V1+Am/2*Sin(ωt)，该激励信号1作为一个buffer放大电路1的输入。

激励信号2为一个具有直流分量的交流电压信号V1-Am/2*Sin(ωt)，该激励信号2作为另一个buffer放大电路1的输入。

buffer放大电路1具有一个输入端和一个输出端，它将激励信号中的直流分量和交流分量放大。buffer放大电路1的输出的也是具有直流分量的交流电压信号，输入为激励信号1的buffer放大电路1的输出端为

输入为激励信号2的buffer放大电路1的输出端为

其中K1为buffer放大电路1的放大系数。两个buffer放大电路1的输出端分别连接非隔离式正余弦旋转变压器2的两个输入端A、B。两个buffer放大电路1的输出端之间的差分信号为纯交流信号

作为非隔离式正余弦旋转变压器2的输入电压。

非隔离式正余弦旋转变压器2具有两个输入端和四个输出端，将输入的差分信号

乘以旋转角度θ的正弦和余弦，形成两对输出的差分信号。一对输出端sin+、sin-之间输出的差分信号为

另一对输出端cos+、cos-之间输出的差分信号为

其中K2为非隔离式正余弦旋转变压器2的放大系数。值得注意的是，非隔离式正余弦旋转变压器2的四个输出端sin+、sin-、cos+、cos-都具有直流分量Voffset。这是非隔离式正余弦旋转变压器的一个特点，隔离式旋转变压器的四个输出端就没有直流分量。

每个去除直流分量差分放大电路3具有两个输入端和两个输出端。一种情况下，去除直流分量差分放大电路3将输入的差分信号放大后，以一个输出端输出带有直流分量的交流信号，该直流分量与交流分量的最大幅值之和小于或等于后续处理芯片4的最大工作电压；另一个输出端输出纯直流信号，大小等同于前一个输出端的直流分量。并且两个输出端之间的差分信号为纯交流信号。另一种情况下，去除直流分量差分放大电路3将输入的差分信号放大后仍以差分信号的形式输出，并控制两个输出端的直流分量与交流分量的最大幅值之和小于或等于后续处理芯片4的最大工作电压。

处理芯片4具有四个输入端，分别接收两个去除直流分量差分放大电路3的输出。由于处理芯片4的四个输入端所接收的信号的直流分量与交流分量的最大幅值之和总是小于其工作电压，因而处理芯片4总是可以正常工作。

本发明中，去除直流分量差分放大电路3可以具有多种实现方式，其总体思路分为两种：一种是去除该去除直流分量差分放大电路3输入端的直流分量Voffset，以一个新引入的较小的直流分量Vdc输出。另一种是使用减法器电路，降低该去除直流分量差分放大电路3输入端的直流分量后输出。

请参阅图4，这是去除直流分量差分放大电路3的一个具体实施例。包括一个双端输入、单端输出的运算放大器31，非隔离式正余弦旋转变压器2的一对输出端sin+、sin-(也可以是cos+、cos-)各通过电阻R2连接到运算放大器31的正、负输入端。直流电压Vdc通过电阻R1连接到运算放大器31的正输入端。运算放大器31的负输入端和输出端之间通过电阻R1连接。运算放大器31的输出端还通过电容C接地。运算放大器31的输出端和直流电压Vdc分别作为去除直流分量差分放大电路3的输出端M、N。该实施例中，两个输入端的直流分量Voffset被去除掉，两个输出端M、N输出的直流分量由新引入的直流电压Vdc提供。输出端M输出一个具有直流分量的交流电压信号

其中K3为运算放大器31的放大系数。输出端N输出一个直流电压Vdc。

图5显示了去除直流分量差分放大电路3的另一个具体实施例。与图4相比，只是简单地将一个电阻拆分为多个电阻的串联、并联形式，功能并无改变。

图6显示了去除直流分量差分放大电路3的另一个具体实施例。与图4相比，只是简单地将增加了电阻、电容的串联、并联，功能并无改变。

图7显示了去除直流分量差分放大电路3的另一个具体实施例。与图4相比，只是简单地使用了两级运算放大器，其目的是提高对输入端的交流信号的放大系数，功能并无改变。

图8显示了去除直流分量差分放大电路3的另一个具体实施例。包括两个双端输入、单端输出的运算放大器31、32，非隔离式正余弦旋转变压器2的一对输出端sin+、sin-(也可以是cos+、cos-)各通过电阻R11、R21分别连接到运算放大器31的正输入端、运算放大器32的正输入端。直流电压Vdc1分别通过电阻R21、R22连接到运算放大器31的负输入端、运算放大器32的负输入端。运算放大器31的负输入端和输出端之间通过电阻R13连接。运算放大器32的负输入端和输出端之间通过电阻R23连接。运算放大器31的输出端还通过电容C1接地。运算放大器32的输出端还通过电容C2接地。运算放大器31的输出端和运算放大器32的输出端分别作为去除直流分量差分放大电路3的输出端M、N。该实施例中，两个运算放大器31、32作为两个减法器，将两个输入端的直流分量Voffset减去外加的直流电压Vdc1与一个系数的乘积，从而使得输出端M、N的直流分量减小。

图9显示了去除直流分量差分放大电路3的另一个具体实施例。它可以看作是图8与图4两个实施例的结合，两个输入端的直流分量先通过减法器降低，再被去除掉，两个输出端M、N的直流分量由较小的外加直流电压Vdc提供。输出端M输出一个具有直流分量的交流电压信号，其中的直流分量为Vdc。输出端N输出一个直流电压Vdc。

图4～图9的各实施例中，去除直流分量差分放大电路3的两个输出端M、N的直流分量与交流分量的最大幅值之和都小于或等于处理芯片4的最大工作电压，因而可以输入到处理芯片4，如图3所示。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，其特征是，包括：

一个非隔离式正余弦旋转变压器，其输入端和输出端之间共用一个地；所述非隔离式正余弦旋转变压器的四个输出端都具有直流分量电压；

二个去除直流分量差分放大电路，分别连接所述非隔离式正余弦旋转变压器的两对输出端，将这两对输出端的直流分量电压降低。

2.根据权利要求1所述的非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，其特征是，所述去除直流分量差分放大电路至少包括一个双端输入、单端输出的运算放大器，所述非隔离式正余弦旋转变压器的一对输出端分别连接该运算放大器的正、负输入端，该运算放大器的正输入端具有一个直流输入电压，该直流输入电压小于所述非隔离式正余弦旋转变压器的输出端的直流分量电压，该运算放大器的输出端的直流分量为所述运算放大器的正输入端的直流输入电压。

3.根据权利要求2所述的非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，其特征是，所述去除直流分量差分放大电路(3)包括一个双端输入、单端输出的运算放大器(31)，非隔离式正余弦旋转变压器(2)的一对输出端(sin+、sin-)或(cos+、cos-)分别连接到运算放大器(31)的正、负输入端；直流电压(Vdc)连接到运算放大器(31)的正输入端；运算放大器(31)的负输入端和输出端之间具有反馈；运算放大器(31)的输出端和直流电压(Vdc)分别作为去除直流分量差分放大电路(3)的输出端(M、N)；该去除直流分量差分放大电路(3)的两个输入端的直流分量(Voffset)被去除掉，两个输出端(M、N)输出的直流分量由新引入的直流电压(Vdc)提供。

4.根据权利要求1所述的非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，其特征是，所述去除直流分量差分放大电路至少包括两个双端输入、单端输出的运算放大器，所述非隔离式正余弦旋转变压器的一对输出端分别连接这两个运算放大器的正输入端，这两个运算放大器的负输入端都具有一个直流输入电压，每个运算放大器相当于一个减法器，每个运算放大器都将正输入端的直流分量电压通过减法器降低后输出。

5.根据权利要求4所述的非隔离式正余弦旋转变压器的位置检测电路，其特征是，所述去除直流分量差分放大电路(3)包括两个双端输入、单端输出的运算放大器(31、32)，非隔离式正余弦旋转变压器(2)的一对输出端(sin+、sin-)或(cos+、cos-)分别连接到两个运算放大器(31、32)的正输入端；直流电压(Vdc)连接到两个运算放大器(31、32)的负输入端；两个运算放大器(31、32)的负输入端和输出端之间都具有反馈；两个运算放大器(31、32)的输出端分别作为去除直流分量差分放大电路(3)的输出端(M、N)；该去除直流分量差分放大电路(3)中，两个运算放大器(31、32)作为两个减法器，将两个输入端的直流分量(Voffset)减小后，再从输出端(M、N)输出。

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