CN111102999A - 一种旋转变压器解算装置 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决现有技术需要使用两片解算芯片及配套电路，致使用于红外导引头时不利于导引头小型化的缺陷，而提出一种旋转变压器解算装置，包括主控单元、旋变数字转换器、激磁电路；旋变数字转换器响应于主控单元的激磁指令，产生激磁信号，激磁信号使激磁电路与旋转变压器发生互感；所述装置还包括信号切换处理电路，所述信号切换处理电路用于选择通过粗通道或精通道的信号并发送至旋变数字转换器；以使旋变数字转换器将旋转变压器的输出信号的数字量保存在寄存器中。本发明适用于红外导引头中的旋转变压器控制系统。

Description

一种旋转变压器解算装置

技术领域

本发明涉及旋转变压器领域，具体涉及一种旋转变压器解算装置。

背景技术

近些年来，无刷伺服电机在伺服系统中有着越来越多的应用，无刷电机的控制技术也在不断成熟。在无刷电机的闭环控制中，需要读取无刷电机的转轴角位移和角速度。旋转变压器以其结构简单、动作灵敏、对环境无特殊要求、维护方便、抗干扰能力强、工作可靠等特点，在伺服领域得到了大量的应用。

现有技术中，一般使用两片解算芯片分别对粗通道和精通道数据进行处理，并且需要为每个芯片各提供一套滤波、放大、推挽电路，导致当旋转变压器解算电路应用与红外导引头内时，将导致红外导引头整体体积过大，不利于导引头的小型化。

因此，需要一种新的旋转变压器解算装置，来解决现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术需要使用两片解算芯片及配套电路，致使用于红外导引头时不利于导引头小型化的缺陷。

根据本发明的第一方面，提供一种旋转变压器解算装置，包括主控单元、旋变数字转换器、激磁电路；旋变数字转换器响应于主控单元的激磁指令，产生激磁信号，激磁信号使激磁电路与旋转变压器发生互感；所述装置还包括信号切换处理电路，所述信号切换处理电路用于选择粗通道或精通道的信号并发送至旋变数字转换器；以使旋变数字转换器将旋转变压器的输出信号的数字量保存在寄存器中。

优选地，主控单元用于从所述寄存器中读取旋变角度和旋变速度信息。

优选地，主控单元用于控制信号切换处理电路打开粗通道并关闭精通道，以获取粗通道数据并将旋变数字转换器复位；再打开精通道并关闭粗通道，以获取精通道数据。

优选地，主控单元还用与接收来自外部的补偿数据，并利用所述补偿数据对粗通道数据和精通道数据进行补偿，以得到旋转变压器的位置信息和/或角度信息。

优选地，旋转变压器解算装置还包括隔离电路，所述主控单元用于通过隔离电路将旋变角度和旋变速度信息向外部设备进行发送。

优选地，所述激磁电路包括依次连接的Π型滤波器滤波、放大电路及推挽电路。

优选地，旋转变压器解算装置还包括对外接口，用于使主控单元与外部设备进行通信。

优选地，控制芯片为英飞凌XMC4500。

优选地，旋变数字转换器为AD2S1210。

优选地，隔离电路为ADuM7641数字隔离芯片。

本发明的有益效果是：

1、现有技术的红外导引头小型化策略中，大多对于光学系统或结构部分进行缩减，但是未出现对旋变解算电路进行缩减的设计思路，本发明提供了一种全新的思路，从电路结构上节省了空间，起到了意想不到的效果，有助于克服红外导引头小型化的瓶颈。

2、在保持电路原有功能不变的情况下减少了所需要的硬件和电路的数量，减少了系统体积；为集成在红外导引头内部已实现导引头的小型化提供了便利条件。

3、简化了系统的设计，便于系统的维护、排故和升级，提高了系统的可靠性；

4、降低了系统成本。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的旋转变压器解算装置的方框原理图；

图2为本发明一个实施例的旋转变压器解算装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的电源电路的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的激磁电路的结构示意图；其中RDC的含义是旋变数字转换器；

图5为本发明一个实施例的信号切换处理电路的结构示意图；

图6为本发明一个实施例的主控单元的结构示意图；

图7为本发明一个实施例的隔离电路的结构示意图；

图8为本发明一个实施例的对外接口的结构示意图；图中的隔离422串口能够同时实现隔离和对外通信的功能。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供一种旋转变压器解算装置，如图1所示，包括主控单元10、旋变数字转换器20、激磁电路30；旋变数字转换器20响应于主控单元10的激磁指令，产生激磁信号，激磁信号使激磁电路30与旋转变压器发生互感；装置还包括信号切换处理电路40，信号切换处理电路40用于选择粗通道或精通道的信号并发送至旋变数字转换器20；以使旋变数字转换器20将旋转变压器的输出信号的数字量保存在寄存器中。

其中主控单元10用于从寄存器中读取旋变角度和旋变速度信息，一种具体的方式是：主控单元10用于控制信号切换处理电路打开粗通道并关闭精通道，以获取粗通道数据并将旋变数字转换器20复位；再打开精通道并关闭粗通道，以获取精通道数据。主控单元10还用与接收来自外部的补偿数据，并利用补偿数据对粗通道数据和精通道数据进行补偿，以得到旋转变压器的位置信息和/或角度信息。

激磁电路30包括依次连接的Π型滤波器滤波、放大电路及推挽电路。滤波、放大电路及推挽电路与现有技术中的相关电路相同，本发明在这部分未作改进。

信号切换处理电路40是本发明的关键部件，信号切换处理电路40用于选择通过粗通道或精通道的信号并发送至旋变数字转换器20。信号切换处理电路40具体可以选择多路复用模拟开关或多路复用器。在现有技术中，需要准备两套旋变数字转换器20和激磁电路30，分别用来处理粗通道和精通道数据。而本发明中使用信号切换处理电路灵活切换粗通道和精通道，省去了一套电路，大大缩减了电路系统的体积，为导引头的小型化提供了条件。在一个实施例中，本发明相比于现有技术最多可缩减约30％的体积。

旋转变压器解算装置还可以包括隔离电路50，主控单元10用于通过隔离电路50将旋变角度和旋变速度信息向外部设备进行发送。

旋转变压器解算装置还包括对外接口60，用于使主控单元10与外部设备进行通信。

旋转变压器解算装置还可以包括电源模块，用于将外部输入的24V供电转换为稳定的15V，5V，3.3V为各个模块供电，能够降低了接线数量，并提高系统性能的稳定性。

本发明的主要技术效果在于，在保持原有电路功能不变的情况下，用一片旋变数字转换器和信号切换处理电路代替传统的两片旋变数字转换器以及相应的整套电路，大大缩减了电路整体的体积。这种效果在应用于导引头小型化时具有极为显著的效果。

<实施例>

本实施例的电路结构图如图2至图8所示。在本实施例中，控制芯片选用英飞凌XMC4500，旋变数字转换器选用AD2S1210，隔离电路选用ADuM7641数字隔离芯片。

本实施例的旋转变压器解算装置包括电源电路、激磁电路、信号处理模块、控制芯片XMC4500、隔离电路ADuM7641、对外接口和旋变数字转换器AD2S1210。旋变数字转换器AD2S1210首先生成激磁信号，激磁信号经过激磁电路中的功率放大电路、推挽电路和干扰抑制电路后输出到旋转变压器的激磁端。控制芯片XMC4500将粗、精通道切换信号发送到信号处理模块中。信号处理模块根据粗、精通道切换信号对输入的两个通道的信号进行选取，然后进行抗干扰处理，之后发送到旋变数字转换器AD2S1210中。旋变数字转换器AD2S1210将解算结果发送控制芯片XMC4500中。控制芯片XMC4500通过读取AD2S1210解算的粗通道和精通道的数据并根据来自对外接口的零位修正、位置补偿等信息，计算出旋转变压器的解算结果，并将该结果通过隔离电路隔离后发送给对外接口。对外接口连接伺服系统的控制模块，完成伺服系统与旋转变压器解算模块通信。

本实施例的通信过程如下：

步骤一：控制芯片XMC4500在对AD2S1210发送命令后，AD2S1210的激磁端pin38与pin39输出正弦波模拟激励信号和其互补信号。激磁信号通过经过激磁电路中的Π型滤波器、功率放大电路、推挽电路和干扰抑制电路后，输入到双通道旋转变压器的激磁端。由于旋转变压器的定子激磁绕组和转子输出绕组之间相对位置的变化，将会引起绕组互感的变化，导致了旋转变压器的输出电压与转子位置有关。

步骤二：双通道旋转变压器的两个通道的总共8路信号将会首先进入由信号切换处理电路中。进入信号切换处理电路中的信号首先经过由控制器控制的信号切换开关，该开关将仅允许8路信号中的属于粗通道或精通道的4路信号通过。

步骤三：开关输出的旋转变压器的粗通道或精通道信号，经过信号处理电路中的干扰抑制电路后，被发送到旋变数字转换器AD2S1210的正余弦信号接收端。在旋变数字转换器AD2S1210内部有一个二型伺服环路，它可以跟踪输入信号，将旋转变压器的输出信号转换成角度和速度所对应的数字量保存在相应的寄存器中。

步骤四：利用控制芯片XMC4500通过SPI与旋变数字转换器AD2S1210连接，可以读取AD2S1210的寄存器数据，从而得到旋变的角度和速度信息。XMC4500首先打开粗通道关闭精通道，在获取粗通道数据后将AD2S1210复位，然后打开精通道关闭粗通道，获取精通道的旋变数据。同时，XMC4500也将接收来自上位机或其他模块发送的零位修正和位置补偿指令对角位置数据进行补偿。最后利用粗通道和精通道两个通道的数据和角位置补偿数据计算旋转变压器的位置信息或角度信息。

步骤五：在控制芯片与旋转变压器进行通信时以及控制芯片与对外接口的设备进行通信时，需要利用隔离电路对通信进行隔离处理。这样做的目的是隔离旋变信号与控制信号，从而保证通信的质量。

步骤六：由于旋转变压器，控制芯片和电机等模块所需的供电电压都不相同，因此在电源电路中，对24V供电电压电压通过DC/DC转化成为稳定的15V，5V，3.3V电压为各模块进行供电。这样可以降低接线数量并提高系统的稳定性。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种旋转变压器解算装置，包括主控单元(10)、旋变数字转换器(20)、激磁电路(30)；旋变数字转换器(20)响应于主控单元(10)的激磁指令，产生激磁信号，激磁信号使激磁电路(30)与旋转变压器发生互感；其特征在于，所述装置还包括信号切换处理电路(40)，所述信号切换处理电路(40)用于选择粗通道或精通道的信号并发送至旋变数字转换器(20)；以使旋变数字转换器(20)将旋转变压器的输出信号的数字量保存在寄存器中。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述主控单元(10)用于从所述寄存器中读取旋变角度和旋变速度信息。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述主控单元用于控制信号切换处理电路(40)打开粗通道并关闭精通道，以获取粗通道数据并将旋变数字转换器(20)复位；再打开精通道并关闭粗通道，以获取精通道数据。

4.根据权利要求3所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述主控单元(10)还用与接收来自外部的补偿数据，并利用所述补偿数据对粗通道数据和精通道数据进行补偿，以得到旋转变压器的位置信息和/或角度信息。

5.根据权利要求2所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，还包括隔离电路(50)，所述主控单元(10)用于通过隔离电路(50)将旋变角度和旋变速度信息向外部设备进行发送。

6.根据权利要求2所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述激磁电路(30)包括依次连接的Π型滤波器滤波、放大电路及推挽电路。

7.根据权利要求2所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，还包括对外接口(60)，用于使主控单元(10)与外部设备进行通信。

8.根据权利要求1所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述主控芯片(10)为英飞凌XMC4500。

9.根据权利要求1所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述旋变数字转换器(20)为AD2S1210。

10.根据权利要求5所述的旋转变压器解算装置，其特征在于，所述隔离电路(50)为ADuM7641数字隔离芯片。

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