CN105180974A - 一种旋转变压器解码接口电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转变压器解码接口电路，其该系统包括激励信号调理电路和输入调理信号电路，所述输入调理信号电路包括ADC模块、ESD保护管及EMC处理电路、共模吸收电路、信号叠加处理电路、运放电路和滤波处理电路。所述激励信号调理电路包括Timer-CTU模块、信号驱动电路、回路信号采集电路、运放放大电路、耦合充电电容、滤波处理电路、ESD包含电路和EMC处理电路，所述耦合充电电容传递激励信号，输出交流量。所述激励信号调理电路包括一路输入信号，两路输出信号和一路反馈信号，所述激励信号经过运放放大电路放大后，输出信号经过滤波进行EMC处理高频噪音和尖峰干扰。

Description

一种旋转变压器解码接口电路

技术领域

本发明属于新能源电动汽车技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的旋转变压器解码接口电路系统。

背景技术

角位移测量技术在经济和国防建设中存在广泛应用，如，常见的火箭发射等常用惯性导航仪表来确保方向定位，导弹发射及火炮等都需要对方位角的控制和测量，近年来，随着汽车工业的高速发展尤其是电动汽车的发展，使得角位移测量技术在不断的更新，实现dsp控制动态实时采集跟踪，误差补充，使测量系统具备功能全、自动控制高、可靠性，安全性等都得到了保障。目前应用在电动汽车上的角位移测量技术主要关注位置角和转速，而测量的这种装置有光电码盘和旋转变压器两种。光电码盘编码器由于振动性差、腐蚀性较弱、精度差等，远远不能胜任满足电动汽车、自动机床等恶劣的工作环境；尤其是在电动汽车领域，从目前来应用来看基本上都是永磁同步技术且呈现增强趋势，而永磁技术是运用旋转变压器技术解码的，同时旋转变压器可以克服光电码盘的上述诸多缺点，因此在恶劣的环境中得到了广泛的应用。

但旋转变压器输出的信号是模拟量，信号源中夹杂高频和纹波信号，无法被dsp获取解析，需要转换成数字量。后来许多公司开始研发了将旋转变压器输出的互为正余弦信号直接变成数字信号进行控制，有ADI和tamagawa公司较为领先，而tamagawa公司生产的AU68XX系列由于其特殊优点高速、数字信号及全角度检测等一度被许多公司选用，将旋转变压器与其结合，使机械转动角度转换为数字角度信号。

但是随着新能源汽车技术的发展和安全法规的出现及市场对成本的要求，同时由于freescaledsp技术和控制算法的发展，使得5643dsp其软件算法控制解码的出现，使得原先的专用解码电路变得不再具备更好的性价比和安全策略需求。因此针对当前旋转变压器的解码应用电路系统，需要单独的解码芯片来完成旋变位置和转速信号的解析，出现成本高，接口电路设计复杂，信号源不完整及安全信息低，无法满足应对安全策略及原信号诊断需求的自主解码工作，因此需要一种能获取原信号的解码接口电路系统结合软件算法解析实现旋变位置和转速解析。

本发明涉及旋转变压器旋变信号接口电路的应用，它主要解决技术问题是旋变信号的激励驱动、相位转换、电平转换及保护、滤波及emc的处理，解决ADC采样输入信号问题。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明通过对旋转变压器的旋变信号进行一系列的处理，保证输出信号可以满足ADC和诊断算法采集需求。通过对原边初级绕组激励信号的驱动，使其产生相位差为90°的包络正交信号sin和cos信号，并通过对其幅值的变化和相位进行监测来实现旋转变压器转子空间位置和速度的测量进而来实现对转速和位置信号的解码。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种旋转变压器解码接口电路，其该系统包括激励信号调理电路和输入调理信号电路，所述输入调理信号电路包括ADC模块、ESD保护管及EMC处理电路、共模吸收电路、信号叠加处理电路、运放电路和滤波处理电路。所述激励信号调理电路包括Timer-CTU模块、信号驱动电路、回路信号采集电路、运放放大电路、耦合充电电容、滤波处理电路、ESD包含电路和EMC处理电路，所述耦合充电电容传递激励信号，输出交流量。所述激励信号调理电路包括一路输入信号，两路输出信号和一路反馈信号，所述激励信号经过运放放大电路放大后，输出信号经过滤波进行EMC处理高频噪音和尖峰干扰。所述激励信号调理电路包括由电容和电阻并联组成的负反馈回路，通过改变电容和电阻参数值对输出信号的幅度和相位补偿调节。所述激励信号调理电路包括两个外部叠加电压源，通过调节叠加实现差分信号的运算放大。所述激励信号调理电路还设有激励信号回采信号，经过FLT及限幅处理后进入ADC模块。所述输入调理信号电路包括正弦信号、余弦信号、电源信号和叠加信号，所述正弦信号和余弦信号经过去除噪声和尖峰脉冲处理后经过低通滤波器滤波和抑制共模信号后，与叠加信号叠加后完成相位移相，经过运放和FLT处理后进入ADC模块。

本发明有益效果是:本发明通过对旋转变压器的旋变信号进行一系列的处理，保证输出信号可以满足ADC和诊断算法采集需求。通过对原边初级绕组激励信号的驱动，使其产生相位差为90°的包络正交信号sin和cos信号，并通过对其幅值的变化和相位进行监测来实现旋转变压器转子空间位置和速度的测量进而来实现对转速和位置信号的解码。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的系统框图。

图2是本发明的具体实施方式的激励信号调理电路原理图。

图3是本发明的具体实施方式的输入信号调理电路原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种旋转变压器解码接口电路系统包括：激励信号调理及回采电路，耦合放大电路，滤波吸收处理电路，EMC处理元件和ESD保护电路。

当激励信号正常输出运行时，由SWGmodule产生的固定频率和幅度的正弦信号通过电压跟随器驱动输出完整的信号，然后分成两个回路，一路用于反馈回采信号，经过滤波和限幅后输入给dsp诊断口进行监控诊断。正常情况此波形与输入波形成特定的相位角关系，处于同相位。另外一路作为输出信号经过电容耦合后，使得正弦信号完整地进入运算放大电路的同相端和反相端进行差分放大，通过负反馈回路对负载的变化输入进行增益的调整，输出相位相反的正弦波信号。

当激励信号出现异常输出时，首先表现的是送入回采信号出现幅度或相位变化甚至跳变，与激励源出现相位及幅度失调，由于负载的不断变化，使得反馈的运放反馈的信号通过电容进行充放电，从而改变直接影响到回采信号的变化，进而实现主动调节控制。

通过激励调理电路对旋变信号进行驱动，完成激励信号的放大滤波及断线检测及emc特性和ESD及防浪涌处理。通过信号输入调理电路，实现对旋转变压器输出的含有干扰等原信号的正余弦信号进行处理ESD及浪涌干扰信号、EMC特性处理，过滤外界噪声干扰信号、抑制共模干扰信号等。通过运放叠加处理实现正弦信号相位非零点的处理。

如图一所示，本发明旋转变压器解码接口电路系统包括两个部分：一个是输入信号调理电路功能，另一个是激励信号调理电路功能。其中输入信号调理功能电路包含：ADCmodule、ESD保护管及EMC处理电路、共模吸收电路和信号叠加处理电路、运放电路和滤波处理电路；另一路激励信号调理功能包含TIMER/CUTmodule、信号驱动电路、回采信号电路、运放放大电路、耦合充电电容、滤波及ESD包含电路、EMC处理电路。

如图二所示，激励信号调理电路由集成运放u2c、电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和电容C3、C4、C37、C6、C7及U3A、U3B和二极管组成。激励输入信号为signal1，输出信号为signal6和signal7，反馈信号为signal3，C3和C4为低通滤波电容，C6及C7和R10\R11及R12\R13组成负反馈回路。通过改变他们的参数值可实现对输出信号的幅度和相位补偿调节使得两信号相位固定且可调，实现激励调理电路的主要的激励信号放大任务且输出信号经过滤波电路后进行EMC的特性处理高频噪声和尖峰干扰及ESD二极管保护。

C37为信号耦合电容，传递激励源，使得从源信号出来后只剩交流量，另，此电容耦合充电后，可有效提高输入波形驱动能力，使得最终输出信号增益的提高而不失真，通过电容参数值的调节可实现合适的增益调节。Signal4和signal5是外部叠加电压源，通过调节叠加可实现差分信号的正常运算放大，使得信号过零点之上预留一定幅度，保证后续oversample有效采集。Signal2为激励信号的回采信号，经过FLT及限幅处理后进入ADCmodule实时诊断监控，正常情况下，此采集的信息与激励源成特定的相位关系，根据相位变化实时监控跟踪。

如图三所示，输入调理信号电路由L19、L20、T51A、T51B、C38、C39、C40、R12、U1B、R11、D51、R15、U1C、R16、R17、C141组成。输入信号为signal10和signal11为包络sinsignal和cossignal，输出信号为signal13，为零点之上的正弦信号，与之对应的是零点之上的余弦信号，它们都进入dsp的ADCmodule进行oversample采集处理。Signal11为电源信号，siganl20为叠加信号。当输入信号signal9和10经过去除噪声和尖峰脉冲处理后经过低通滤波器滤波和抑制共模信号后，与叠加信号进行叠加完成相位移相，并经运放跟随输出经FLT处理后进入ADC采集，实现相位转移和幅度的限定。

本发明旋转变压器解码接口电路系统的工作原理为：当旋转变压器正常工作时，dsp产生的正弦信号激励源经过运放跟随驱动输出，通过c37电容耦合滤除直流信号后开始充电，随着电容充电使得送入运放的信号达到设定的初始值，使得运放输入信号不失真，当和差分信号运算后进入闭环调节，实现输出信号驱动能力稳定可靠，该信号signal6和siganl7经过电阻负载及滤波噪声和尖峰吸收抑制输出两路激励驱动R1和R2给旋转变压器初级绕组。当旋转变压器绕组上信号发生变化是或后级负载发生变化时，使得回采信号发生变化，通过监控回采信号的幅度和相位达到对输出及输入信号的诊断。原边的绕组工作后，在其副边次级绕组会产生固定的两路互为正余弦关系的包络信号，该包络信号通过输入信号调理电路处理，对输入噪声吸收滤波尖峰脉冲及共模信号的抑制进入运放进行叠加实现相位零点移相，使得输入的两路过零点且互为正余弦关系的信号转换成正向的正弦信号和余弦信号且它们的载波频率均与激励源信号及输入信号都相同，它们的振幅随着旋转的位置变化而变化，而频率不变。正弦信号和余弦信号分别经过FLT滤波器处理后进入dsp的ADCmodule进行oversample采集循环。而在旋转位置变化过程中，包络信号实际检波出来的信号sin和cos载波信号频率相同，幅度是变化的，相位呈现同相和反相这样一个变化过程，根据N＝60F/P及相位差和脉冲个数来通过算法控制实现两路sin和cos信号的角度和速度的解析，进而实现达到监测转子空间位置和速度，完成车辆状态监控。台架测试和实车测试表明，该电路可靠稳定，简单易应用，降低硬件设计难点，实现了源信号安全应用和自主算法的实现。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种旋转变压器解码接口电路，其特征在于,该系统包括激励信号调理电路和输入调理信号电路，所述输入调理信号电路包括ADC模块、ESD保护管及EMC处理电路、共模吸收电路、信号叠加处理电路、运放电路和滤波处理电路。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器解码接口电路，其特征在于,所述激励信号调理电路包括Timer-CTU模块、信号驱动电路、回路信号采集电路、运放放大电路、耦合充电电容、滤波处理电路、ESD包含电路和EMC处理电路，所述耦合充电电容传递激励信号，输出交流量。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器解码接口电路，其特征在于,所述激励信号调理电路包括一路输入信号，两路输出信号和一路反馈信号，所述激励信号经过运放放大电路放大后，输出信号经过滤波进行EMC处理高频噪音和尖峰干扰。

4.根据权利要求2所述的旋转变压器解码接口电路，其特征在于,所述激励信号调理电路包括由电容和电阻并联组成的负反馈回路，通过改变电容和电阻参数值对输出信号的幅度和相位补偿调节。

5.根据权利要求2所述的旋转变压器解码接口电路，其特征在于,所述激励信号调理电路包括两个外部叠加电压源，通过调节叠加实现差分信号的运算放大。

6.根据权利要求2所述的旋转变压器解码接口电路，其特征在于,所述激励信号调理电路还设有激励信号回采信号，经过FLT及限幅处理后进入ADC模块。

7.根据权利要求1所述的旋转变压器解码接口电路，其特征在于,所述输入调理信号电路包括正弦信号、余弦信号、电源信号和叠加信号，所述正弦信号和余弦信号经过去除噪声和尖峰脉冲处理后经过低通滤波器滤波和抑制共模信号后，与叠加信号叠加后完成相位移相，经过运放和FLT处理后进入ADC模块。