CN214473876U - 一种转子发动机磁电传感器整波电路及磁电传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种转子发动机磁电传感器整波电路及磁电传感装置，电路包括磁电信号输入端口连接磁电传感器；限幅电路，包括第一稳压二极管和第二稳压二极管；滞回比较器，其同相输入端接所述磁电信号输入端口的正向信号输入端，反相输入端接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端，输出端为开漏输出，且接第一上拉电阻；电平转换电路；整波电路输出端口，连接所述电平转换电路的输出端。本实用新型够识别转子发动机的转速及相位，实时的完成转子发动机磁电转速信号的整波，准确、高效将传感器输出的正弦波整波为方波；响应速度快，增加了信号处理速率，有效降低波形转换的延时，波形不易失真且能够防止输出方波信号震荡，电路保护能力强。

Description

一种转子发动机磁电传感器整波电路及磁电传感装置

技术领域

本实用新型的实施例一般涉及磁电传感领域，并且更具体地，涉及一种转子发动机磁电传感器整波电路及磁电传感装置。

背景技术

众所周知，转子发动机以高转速而称著，控制单元以准确识别发动机转速及曲轴位置为控制的首要任务。一般使用磁电式转速传感器对转子发动机曲轴转速进行识别，该传感器特性主要有两点，一是输出信号为正弦波，而正弦波不能直接被微控制器识别；二是转子发动机的转速越高，输出信号幅值越高，最高可超过20V，高幅值信号对处理电路是个严峻的考验。

目前，检测磁电转速信号的方式有两种，一种使用国外专用处理芯片，如MAX9924；此种方式价格昂贵，使用复杂不灵活，难以满足转子发动机高转速的需求；另一种是利用运放或比较器等元器件搭建电路，将正弦信号整波成方波信号，以便微控制器处理；此种方式电路复杂，稳定性差，易出现干扰齿、处理后波形震荡等问题，无法保证电控单元对磁电转速信号的需求。

实用新型内容

根据本实用新型的实施例，提供了一种转子发动机磁电传感器整波方案。

在本实用新型的第一方面，提供了一种转子发动机磁电传感器整波电路，包括：

磁电信号输入端口，连接磁电传感器，用于接入所述磁电传感器输出的正弦波磁电信号；

限幅电路，包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，其中第一稳压二极管的正极端和负极端分别连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和正向信号输入端；第二稳压二极管的负极端连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端，第二稳压二极管的正极端接地；

滞回比较器，其同相输入端接所述磁电信号输入端口的正向信号输入端，反相输入端接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端，输出端为开漏输出，且接第一上拉电阻，用于将输出的低电平上拉至高电平；第三电阻并联接在所述同相输入端与输出端；

电平转换电路，包括肖特基二极管，其负极端连接所述滞回比较器的输出端，正极端接第二上拉电阻，用于将电压上拉至微处理器工作电压；

整波电路输出端口，连接所述电平转换电路的输出端，用于输出方波信号。

进一步地，还包括：

在所述磁电信号输入端口与限幅电路之间设置RC电路，其中第一电阻与第二电阻分别串接在所述磁电信号输入端口的两路输入中，且所述第一电阻与所述第二电阻的电阻值相同；第一电容并联接在所述第一稳压二极管的两端。

进一步地，所述第一稳压二极管用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和正向信号输入端之间的电压差大于工作电压时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和正向信号输入端之间的电压差钳位至工作电压；

所述第二稳压二极管用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和接地端之间的电压差大于工作电压时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和接地端之间的电压差钳位至工作电压。

进一步地，还包括：

第四电阻，接在所述滞回比较器的反相输入端与VCC之间；

第五电阻，接在所述滞回比较器的反相输入端与接地端之间。

进一步地，还包括：

电源退耦电容，接在VCC与接地端之间，用于滤除噪声。

进一步地，所述肖特基二极管的反向耐压为60V。

进一步地，所述滞回比较器为同相滞回比较器。

在本实用新型的第二方面，提供了一种转子发动机磁电传感装置。该装置包括：

转子发动机磁电转速传感器以及转子发动机磁电传感器整波电路；

所述转子发动机磁电转速传感器，用于采集转子发动机曲轴的磁电转速信号，输出至所述转子发动机磁电传感器整波电路；

所述转子发动机磁电传感器整波电路，连接所述转子发动机磁电转速传感器的输出端，用于将所述转子发动机磁电转速传感器输出的磁电转速信号由正弦波信号整波成方波信号并输出。

应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本实用新型的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

本实用新型能够识别转子发动机的转速及相位，实时的完成转子发动机磁电转速信号的整波，可以准确、高效将传感器输出的正弦波整波为方波；电路结构简单，降低了使用成本；响应速度快，增加了信号处理速率，有效降低了波形转换的延时；可以提高电控单元转速、相位精度，从而实现转子发动机更为精准的控制；波形不易失真且能够防止输出方波信号震荡，电路保护能力强。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本实用新型各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本实用新型的转子发动机磁电传感器整波电路的结构框图；

图2示出了本实用新型的实施例提供的转子发动机磁电传感器整波电路的结构示意图；

图3示出了本实用新型的转子发动机磁电传感装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型中，能够识别转子发动机的转速及相位，实时的完成转子发动机磁电转速信号的整波，可以准确、高效将传感器输出的正弦波整波为方波；电路结构简单，降低了使用成本；响应速度快，增加了信号处理速率，有效降低了波形转换的延时；可以提高电控单元转速、相位精度，从而实现转子发动机更为精准的控制；波形不易失真且能够防止输出方波信号震荡，电路保护能力强。

下面参照图1和图2来描述本实用新型的实施例提供的转子发动机磁电传感器整波电路。

如图1所示，本实用新型的转子发动机磁电传感器整波电路的结构框图，包括磁电信号输入端口、限幅电路、滞回比较器、电平转换电路和整波电路输出端口。

磁电信号输入端口，连接磁电传感器，用于接入所述磁电传感器输出的正弦波磁电信号。

在本实施例中，如图2所示，磁电信号输入端口为磁电转速传感器两信号线接口，采用双路信号同时输入，分别为Signal_In+和Signal_In-。通过采用双路信号同时输入，避免了因负极接地导致的信号失真。

限幅电路，如图2所示，包括两个稳压二极管，分别为第一稳压二极管 D1和第二稳压二极管D2，且工作电压为Vz；其中第一稳压二极管D1的正极端和负极端分别连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In- 和正向信号输入端Signal_In+；第二稳压二极管D2的负极端连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-，第二稳压二极管的正极端接地 GND。

进一步地，所述第一稳压二极管D1用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和正向信号输入端Signal_In+之间的电压差大于工作电压Vz时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和正向信号输入端Signal_In+之间的电压差钳位至工作电压Vz。

所述第二稳压二极管D2用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和接地端GND之间的电压差大于工作电压Vz时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和接地端GND之间的电压差钳位至工作电压Vz。

如此，即使信号超过30V，限幅电路依然可将电压稳定在5V以下，有效的避免了信号对后端接入的芯片的冲击。

作为本实用新型的一种实施例，在所述磁电信号输入端口与限幅电路之间设置RC电路，具体包括：

第一电阻R1与第二电阻R2分别串接在所述磁电信号输入端口的两路输入Signal_In+和Signal_In-，且所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的电阻值相同，即R1＝R2；第一电容C1并联接在所述第一稳压二极管D1的两端。截止频率fc＝1/2πRC。本实用新型加入RC滤波器，通过RC低通滤波去除高频杂波，以消除高频干扰波形。

滞回比较器U1，采用同相滞回比较器；其同相输入端接所述磁电信号输入端口的正向信号输入端Signal_In+，反相输入端接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-，输出端为开漏输出，且接第一上拉电阻R6，用于将输出的低电平上拉至高电平；第三电阻R3并联接在所述同相输入端与输出端。

在本实施例中，如图2所示，还包括，第四电阻R4，接在所述滞回比较器U1的反相输入端与VCC之间；第五电阻R5，接在所述滞回比较器U1的反相输入端与接地端GND之间。

上升电压门限值：Vh＝VCC*R1/R3+Vref*(R1+R3)/R3

其中，Vh是上升电压门限值、VCC是供电电压、R1是第一电阻的电阻值、R3是第三电阻的电阻值、Vref是比较偏压，Vref＝VCC*R4/(R4+R5)；

下降电压门限值：Vl＝-VCC*R1/R3+Vref*(R1+R3)/R3

其中，Vl是下降电压门限值、VCC是供电电压、R1是第一电阻的电阻值、R3是第三电阻的电阻值、Vref是比较偏压，Vref＝VCC*R4/(R4+R5)；

从而计算出滞回电压差值Vdiff：Vdiff＝Vh–Vl。

当Signal_In+电压大于上升电压门限值Vh时，滞回比较器U1经第一上拉电阻R6上拉输出由低电平变为高电平；当Signal_In+电压小于下降电压门限值Vl时，滞回比较器U1输出由高电平变为低电平。由于上升电压门限值 Vh不等于下降电压门限值Vl，故滞回比较器U1输出方波不会发生震荡。可以看出，通过滞回比较器进行偏压设置，上升沿翻转与下降沿翻转的电平电压不相同，可以有效避免输出信号震荡，保证波形处理的稳定性。

电平转换电路，包括肖特基二极管D3，所述肖特基二极管D3正向压降低，反向耐压60V，保证不会因信号过压而损坏。D3的负极端连接所述滞回比较器的输出端，正极端接第二上拉电阻R7，R7的另一端接VCC2，用于将电压上拉至微处理器工作电压。所述VCC2是微处理器工作电压。

滞回比较器输出电压为VCC，而微处理器工作电压为VCC2，且VCC> VCC2。当滞回比较器输出低电平时，肖特基二极管D3正向导通，输出端口Signal_Out为低电平；当滞回比较器输出高电平时，肖特基二极管D3截止，输出端口Signal_Out电压经R7上拉至VCC2为高电平。

可以看出，因为滞回比较器的输出电平与微处理器的电平不一致，使用肖特基二极管D3将VCC转换为VCC2，例如将5V转换为3.3V；以便微处理器直接处理转子机转速信号，另外二极管可有效隔离外部信号，防止因信号冲击而损坏微处理器芯片，实现防护功能。

作为本实用新型的一种实施例，还包括，电源退耦电容C2，接在VCC 与接地端GND之间，用于滤除噪声。

整波电路输出端口Signal_Out，连接所述电平转换电路的输出端，用于输出方波信号，供微处理器等其他模块使用。

以上是本实用新型的第一方面的实施例，本实用新型的第二方面的实施例如下。

在本实用新型的第二方面，提供了一种转子发动机磁电传感装置。

本实施例中，能够对转子发动机曲轴转速进行识别，并能够识别转子发动机的转速及相位，实时的完成转子发动机磁电转速信号的整波，可以准确、高效将传感器输出的正弦波整波为方波；电路结构简单，降低了使用成本；响应速度快，增加了信号处理速率，有效降低了波形转换的延时；可以提高电控单元转速、相位精度，从而实现转子发动机更为精准的控制；波形不易失真且能够防止输出方波信号震荡，电路保护能力强。

具体地，如图3所示为转子发动机磁电传感装置的结构示意图，该装置包括，转子发动机磁电转速传感器以及本实用新型第一方面的转子发动机磁电传感器整波电路。

所述转子发动机磁电转速传感器，用于采集转子发动机曲轴的磁电转速信号，输出至所述转子发动机磁电传感器整波电路；其输出信号为正弦波，且其输出信号的幅值可能会超过20V。

所述转子发动机磁电传感器整波电路，连接所述转子发动机磁电转速传感器的输出端，用于将所述转子发动机磁电转速传感器输出的磁电转速信号由正弦波信号整波成方波信号并输出。

转子发动机磁电传感器整波电路包括磁电信号输入端口、限幅电路、滞回比较器、电平转换电路和整波电路输出端口。

磁电信号输入端口，连接磁电传感器，用于接入所述转子发动机磁电转速传感器输出的正弦波磁电信号。

在本实施例中，磁电信号输入端口为磁电转速传感器两信号线接口，采用双路信号同时输入，分别为Signal_In+和Signal_In-。通过采用输啊怒信号同时输入，避免了因负极接地导致的信号失真。

限幅电路，包括两个稳压二极管，分别为第一稳压二极管D1和第二稳压二极管D2，且工作电压为Vz；其中第一稳压二极管D1的正极端和负极端分别连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和正向信号输入端Signal_In+；第二稳压二极管D2的负极端连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-，第二稳压二极管的正极端接地GND。

进一步地，所述第一稳压二极管D1用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和正向信号输入端Signal_In+之间的电压差大于工作电压Vz时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和正向信号输入端Signal_In+之间的电压差钳位至工作电压Vz。

所述第二稳压二极管D2用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和接地端GND之间的电压差大于工作电压Vz时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-和接地端GND之间的电压差钳位至工作电压Vz。

如此，即使信号超过30V，限幅电路依然可将电压稳定在5V以下，有效的避免了信号对后端接入的芯片的冲击。

作为本实用新型的一种实施例，在所述磁电信号输入端口与限幅电路之间设置RC电路，具体包括：

第一电阻R1与第二电阻R2分别串接在所述磁电信号输入端口的两路输入Signal_In+和Signal_In-，且所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的电阻值相同，即R1＝R2；第一电容C1并联接在所述第一稳压二极管D1的两端。截止频率fc＝1/2πRC。本实用新型加入RC滤波器，通过RC低通滤波去除高频杂波，以消除高频干扰波形。

滞回比较器U1，采用同相滞回比较器；其同相输入端接所述磁电信号输入端口的正向信号输入端Signal_In+，反相输入端接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端Signal_In-，输出端为开漏输出，且接第一上拉电阻R6，用于将输出的低电平上拉至高电平；第三电阻R3并联接在所述同相输入端与输出端。

在本实施例中，还包括，第四电阻R4，接在所述滞回比较器U1的反相输入端与VCC之间；第五电阻R5，接在所述滞回比较器U1的反相输入端与接地端GND之间。

上升电压门限值：Vh＝VCC*R1/R3+Vref*(R1+R3)/R3

其中，Vh是上升电压门限值、VCC是供电电压、R1是第一电阻的电阻值、R3是第三电阻的电阻值、Vref是比较偏压，Vref＝VCC*R4/(R4+R5)；

下降电压门限值：Vl＝-VCC*R1/R3+Vref*(R1+R3)/R3

其中，Vl是下降电压门限值、VCC是供电电压、R1是第一电阻的电阻值、R3是第三电阻的电阻值、Vref是比较偏压，Vref＝VCC*R4/(R4+R5)；

从而计算出滞回电压差值Vdiff：Vdiff＝Vh–Vl。

当Signal_In+电压大于上升电压门限值Vh时，滞回比较器U1经第一上拉电阻R6上拉输出由低电平变为高电平；当Signal_In+电压小于下降电压门限值Vl时，滞回比较器U1输出由高电平变为低电平。由于上升电压门限值 Vh不等于下降电压门限值Vl，故滞回比较器U1输出方波不会发生震荡。可以看出，通过滞回比较器进行偏压设置，上升沿翻转与下降沿翻转的电平电压不相同，可以有效避免输出信号震荡，保证波形处理的稳定性。

电平转换电路，包括肖特基二极管D3，所述肖特基二极管D3正向压降低，反向耐压60V，保证不会因信号过压而损坏。D3的负极端连接所述滞回比较器的输出端，正极端接第二上拉电阻R7，R7的另一端接VCC2，用于将电压上拉至微处理器工作电压。所述VCC2是微处理器工作电压。

滞回比较器输出电压为VCC，而微处理器工作电压为VCC2，且VCC> VCC2。当滞回比较器输出低电平时，肖特基二极管D3正向导通，输出端口 Signal_Out为低电平；当滞回比较器输出高电平时，肖特基二极管D3截止，输出端口Signal_Out电压经R7上拉至VCC2为高电平。

可以看出，因为滞回比较器的输出电平与微处理器的电平不一致，使用肖特基二极管D3将VCC转换为VCC2，例如将5V转换为3.3V；以便微处理器直接处理转子机转速信号，另外二极管可有效隔离外部信号，防止因信号冲击而损坏微处理器芯片，实现防护功能。

作为本实用新型的一种实施例，还包括，电源退耦电容C2，接在VCC 与接地端GND之间，用于滤除噪声。

整波电路输出端口Signal_Out，连接所述电平转换电路的输出端，用于输出方波信号，供微处理器等其他模块使用。

上述本实用新型的第二方面的实施例，能够对转子发动机曲轴转速进行识别，并能够识别转子发动机的转速及相位，实时的完成转子发动机磁电转速信号的整波，可以准确、高效将传感器输出的正弦波整波为方波；电路结构简单，降低了使用成本；响应速度快，增加了信号处理速率，有效降低了波形转换的延时；可以提高电控单元转速、相位精度，从而实现转子发动机更为精准的控制；波形不易失真且能够防止输出方波信号震荡，电路保护能力强。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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

Claims (8)

1.一种转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，包括：

磁电信号输入端口，连接磁电传感器，用于接入所述磁电传感器输出的正弦波磁电信号；

限幅电路，包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，其中第一稳压二极管的正极端和负极端分别连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和正向信号输入端；第二稳压二极管的负极端连接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端，第二稳压二极管的正极端接地；

滞回比较器，其同相输入端接所述磁电信号输入端口的正向信号输入端，反相输入端接所述磁电信号输入端口的负向信号输入端，输出端为开漏输出，且接第一上拉电阻，用于将输出的低电平上拉至高电平；第三电阻并联接在所述同相输入端与输出端；

电平转换电路，包括肖特基二极管，其负极端连接所述滞回比较器的输出端，正极端接第二上拉电阻，用于将电压上拉至微处理器工作电压；

整波电路输出端口，连接所述电平转换电路的输出端，用于输出方波信号。

2.根据权利要求1所述的转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，还包括：

在所述磁电信号输入端口与限幅电路之间设置RC电路，其中第一电阻与第二电阻分别串接在所述磁电信号输入端口的两路输入中，且所述第一电阻与所述第二电阻的电阻值相同；第一电容并联接在所述第一稳压二极管的两端。

3.根据权利要求1所述的转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，所述第一稳压二极管用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和正向信号输入端之间的电压差大于工作电压时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和正向信号输入端之间的电压差钳位至工作电压；

所述第二稳压二极管用于在所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和接地端之间的电压差大于工作电压时，将所述磁电信号输入端口的负向信号输入端和接地端之间的电压差钳位至工作电压。

4.根据权利要求1所述的转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，还包括：

第四电阻，接在所述滞回比较器的反相输入端与VCC之间；

第五电阻，接在所述滞回比较器的反相输入端与接地端之间。

5.根据权利要求1所述的转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，还包括：

电源退耦电容，接在VCC与接地端之间，用于滤除噪声。

6.根据权利要求1所述的转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，所述肖特基二极管的反向耐压为60V。

7.根据权利要求1所述的转子发动机磁电传感器整波电路，其特征在于，所述滞回比较器为同相滞回比较器。

8.一种转子发动机磁电传感装置，其特征在于，包括转子发动机磁电转速传感器以及如权利要求1～7所述的转子发动机磁电传感器整波电路；

所述转子发动机磁电转速传感器，用于采集转子发动机曲轴的磁电转速信号，输出至所述转子发动机磁电传感器整波电路；

所述转子发动机磁电传感器整波电路，连接所述转子发动机磁电转速传感器的输出端，用于将所述转子发动机磁电转速传感器输出的磁电转速信号由正弦波信号整波成方波信号并输出。

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