CN219810468U - 正余弦旋转变压模拟调理电路 - Google Patents
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Abstract
正余弦旋转变压模拟调理电路，涉及电子技术。本实用新型包括：正性隔直/带通滤波电路、正性前级运放电路、负性隔直/带通滤波电路、负性前级运放电路、第一模拟乘法器、第二模拟乘法器、第三模拟乘法器、第四模拟乘法器，第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器的输出端分别作为正余弦旋转变压模拟调理电路的4个输出端。本实用新型减少激励信号的谐波分量，提高了电路的信号质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术。
背景技术
旋转变压器(resolver)是一种电磁式传感器，它是一种测量轴角度变化用的小型交流电动机。其安装在电动机、方向盘、角阀等设备的转轴上，并搭配旋转数字转换器，用来测量设备旋转时相对于转轴发生的角度的变化量(0°
～360°)及角速度(每秒多少转/正转/反转)。
旋转变压器按输出电压与转子转角间的函数关系，主要分三大类旋转变压器：
a.正余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
b.线性旋转变压器----其输出电压与转子转角成线性函数关系。
c.比例式旋转变压器----其输出电压与转角成比例关系。
正余弦旋转变压器，简称旋转变压器。旋转变压器由转子和定子组成，通常配置是初级绕组位于转子上，固定安装在设备的转轴上；两个次级绕组位于定子上，套装在转子外部。
参见图1和图2，转子上的初级绕组(R1/R2)分别接入交流激励正弦波SIN信号，简称激励EXC(由旋转数字转换器提供，为差分信号EXC+/EXC-)，频率通常用400Hz至20KHz不等。当转子发生角位移时，定子的两个次级绕组分别产生相对应的耦合信号，耦合到的信号电压幅度与转子的位置存在函数关系。次级绕组输出电压的大小随转子轴角位移而发生变化。因激励信号EXC为交流正弦波且两个定子上的次级绕组机械错位90°，次级绕组耦合到的信号的电压幅值与转子转角及激励EXC成正弦、余弦函数关系。旋变耦合后在S1端口和S3端口产生正弦差分信号，调制后的信号格式如公式2；S2端口和S4口产生余弦差分信号，调制后的信号格式如公式3。
S1/S2/S3/S4分别接入旋转数字转换器形成闭合环路，对于旋转数字转换器来说，将会实时分析两对差分输出电压M-SIN(S3-S1)和M-COS(S2-S4)的相位和电压幅度，完成闭环分析，如图2所示。
简单来说旋转数字转换器输出激励EXC信号，EXC接入转子，转子转动，在定子绕组产生电磁耦合，耦合后的信号接入旋转数字转换器进行解码分析。
EXC＝R2-R1＝A×sin(ωt)公式1：EXC表示激励SIN信号
M-SIN＝S3-S1＝A×T×sin(ωt)×sin(θ)公式2：两个输出端调制的正弦信号M-COS＝S2-S4＝A×T×sin(ωt)×cos(θ)公式3：两个输出端调制的余弦信号注：θ为轴角，ω为转子激励频率，A为转子激励幅度，T为旋转变压器变比(由弦旋转变压器规格决定)。
现有的正余弦旋转变压器应用场合，大多数情况是将旋转变压器通过机械锁固的方式安装于电机轴、燃气角阀、方向盘等设备的转轴上并与旋转数字转换器进行联合调试，获得轴角度，角速度。由电信号关系公式1/2/3可以得知，轴角度的获得与旋转变压器的相关规格参数及旋转数字转换器相关技术指标密切相关。重要电气信号技术指标如下：
1)旋转变压器
a.接收激励EXC信号(Vp-p范围、中心基准电压范围、频率范围、谐波分量)；b.旋转变压器变比，最大输出电压；
c.输出耦合端S1/S2/S3/S4正余弦信号(Vp-p范围、中心基准电压范围，相位移)；
2)旋转数字转换器
a.输出激励EXC信号(Vp-p范围、中心基准电压范围、频率范围、谐波分量)；b.接收耦合端S1/S2/S3/S4正余弦信号(Vp-p范围、中心基准电压范围，相位移)；
c.精度(角度精度和速度精度的积分非线性,微分非线性)
在以下的现场调试，问题定位，验收等环节下，旋转变压器的应用存在以下弊端：
a.安装的方式存在机械组装的误差、操作不便捷、受外界影响大等环境制约，导致无法在现场进行设备故障问题的分析定位；
b.对于产品设计开发，没有精准的测试方案以验证产品的功能及精度；
c.对于生产企业，没有有效的检验方法及标准；
d.对于客户，没有可靠的手段进行现场调试和验收；
e.不同规格的正余弦旋转变压器及旋转数字转换器电气转换指标有差异，无较为通用有效的设备
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种无需机械安装，并具有高测量精度和使用便捷性的正余弦旋转变压模拟调理电路。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，正余弦旋转变压模拟调理电路，包括：
正性隔直/带通滤波电路，其输入端接正性转换信号输入端；
正性前级运放电路，其输入端接正性隔直/带通滤波电路；
负性隔直/带通滤波电路，其输入端接负性转换信号输入端；
负性前级运放电路，其输入端接负性隔直/带通滤波电路；
第一模拟乘法器，其第一输入端接正弦信号输入端，第二输入端接正性前级运放电路的输出端，其输出端接第一运算放大器的输入端；
第二模拟乘法器，其第一输入端接余弦信号输入端，第二输入端接正性前级运放电路的输出端，其输出端接第二运算放大器的输入端；
第三模拟乘法器，其第一输入端接正弦信号输入端，第二输入端接负性前级运放电路的输出端，其输出端接第三运算放大器的输入端；
第四模拟乘法器，其第一输入端接余弦信号输入端，第二输入端接负性前级运放电路的输出端，其输出端接第四运算放大器的输入端；
第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器的输出端分别作为正余弦旋转变压模拟调理电路的4个输出端。
正性隔直/带通滤波电路包括第一运放(101)和第二运放(102)，正性隔直/带通滤波电路的输入端通过顺次串联的电容和电阻连接到第一参考点(P1)，第一参考点(P1)通过一个电阻接地，还通过一个电容连接到第一运放(101)的负性输入端；第一运放(101)的正性输入端接地，输出端通过一个电阻接第二参考点(P2)，输出端还通过一个电容接第一参考点(P1)，输出端还通过一个电阻接负性输入端；第二参考点(P2)通过一个电阻接地，还通过一个电容连接到第二运放(102)的负性输入端，第二参考点(P2)还通过串联的电容和电阻接第二运放(102)的负性输入端；第二运放(102)的正性输入端接地，输出端作为正性隔直/带通滤波电路的输出端；
负性隔直/带通滤波电路和正性隔直/带通滤波电路的结构相同。
正性前级运放电路包括第三运放(103)，其负性输入端通过一个电阻接正性前级运放电路的输入端，还通过一个电阻接输出端，输出端作为正性前级运放电路的输出端，其正性输入端通过一个电阻接地，还通过一个电阻接负性电压；其正性电源端接正性电压，其负性电源端接负性电压；
负性前级运放电路的结构与正性前级运放电路相同。
本实用新型包括信号调理电路(隔直流/滤波/放大/增加驱动能力)、电源适配电路(15V直流适配器供电)、模拟旋变电路(模拟耦合信号产生并加以中心电压的配置)；以基板、部件(元器件、芯片、电阻、电容)、连接器、端子接口进行焊接，可即插即用，用以检测现场环境，旋转数字转换器运行状态等生产检验，客户端验收等场合。
电路特征：本实用新型基于旋转变压器的旋变格式及旋变电信号关系，将机械转动产生的电磁耦合信号转变为由模拟电路调制的电气信号。通过激励信号的调理，经过模拟耦合电气信号，完成旋转变压其的电信号关系的转换。
本实用新型具有以下特点：
a.转换方式改变。由磁式机械转为电信号，改变为仅通过电气信号转换；
b.通用性设置。电路可配置不同的激励输入(可设置Vp-p、频率、中心基准电压)，以适应不同规格的旋转数字转换器；
c.精度提升。磁式机械转动无法达到高分辨率的转速精度，角度精度的输入。本实用新型可设置任意角度及任意转速，相对灵活。本实用新型增加信号滤波及调理，以减少激励信号的谐波分量，提高电路的信号质量。
d.便捷性，灵活性。电路使用通用接线端子，搭配常规电源及信号发生器，通过接线即可完成。
附图说明
图1是正余弦旋转变压器旋变格式示意图。
图2是正余弦旋转变压器旋变电信号格式关系图。
图3是本实用新型的结构图。
图4是隔直/带通滤波电路图。
图5是前级运放电路图。
图6是4路模拟乘法器示意图。
图7是4路运算放大电路电路图。
具体实施方式
参见图3，本实用新型的正余弦旋转变压模拟调理电路，包括：
正性隔直/带通滤波电路，其输入端接正性转换信号输入端；
正性前级运放电路，其输入端接正性隔直/带通滤波电路；
负性隔直/带通滤波电路，其输入端接负性转换信号输入端；
负性前级运放电路，其输入端接负性隔直/带通滤波电路；
第一模拟乘法器，其第一输入端接正弦信号输入端，第二输入端接正性前级运放电路的输出端，其输出端接第一运算放大器的输入端；
第二模拟乘法器，其第一输入端接余弦信号输入端，第二输入端接正性前级运放电路的输出端，其输出端接第二运算放大器的输入端；
第三模拟乘法器，其第一输入端接正弦信号输入端，第二输入端接负性前级运放电路的输出端，其输出端接第三运算放大器的输入端；
第四模拟乘法器，其第一输入端接余弦信号输入端，第二输入端接负性前级运放电路的输出端，其输出端接第四运算放大器的输入端；
第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器的输出端分别作为正余弦旋转变压模拟调理电路的4个输出端。
参见图4，隔直/带通滤波电路包括正性隔直/带通滤波电路(EXC+输入)和负性隔直/带通滤波电路(EXC-输入)，用于接收旋转数字转换器输出的激励EXC+/EXC-信号，通过电容及带通滤波器对激励EXC+/EXC-信号进行隔离直流及滤除高频及低频信号。
正性隔直/带通滤波电路包括第一运放(101)和第二运放(102)，正性隔直/带通滤波电路的输入端通过顺次串联的电容和电阻连接到第一参考点(P1)，第一参考点(P1)通过一个电阻接地，还通过一个电容连接到第一运放(101)的负性输入端；第一运放(101)的正性输入端接地，输出端通过一个电阻接第二参考点(P2)，输出端还通过一个电容接第一参考点(P1)，输出端还通过一个电阻接负性输入端；第二参考点(P2)通过一个电阻接地，还通过一个电容连接到第二运放(102)的负性输入端，第二参考点(P2)还通过串联的电容和电阻接第二运放(102)的负性输入端；第二运放(102)的正性输入端接地，输出端作为正性隔直/带通滤波电路的输出端；
负性隔直/带通滤波电路和正性隔直/带通滤波电路的结构相同。
参见图5，前级运放电路包括正性前级运放电路(OUT+输出)和负性前级运放电路(OUT-输出)，经过隔直电容、带通滤波电路后，通过前级运放电路对EXC/EXCLO信号进行幅度及共模电压调理，并增加驱动能力。
正性前级运放电路包括第三运放(103)，其负性输入端通过一个电阻接正性前级运放电路的输入端，还通过一个电阻接输出端，输出端作为正性前级运放电路的输出端，其正性输入端通过一个电阻接地，还通过一个电阻接负性电压；其正性电源端接正性电压，其负性电源端接负性电压；
负性前级运放电路的结构与正性前级运放电路相同。
参见图6，四路乘法器接收调理后的激励信号OUT+/OUT-及可耦合信号SIN_IN/COS_IN后，实时产生四路信号SIN+/SIN-/COS+/COS-。
参见图7，4路运算放大电路对四路信号(SIN+/SIN-/COS+/COS)分别进行电压幅度、OFFSET中心电压调理后产生四路模拟耦合旋转变压信号(SIN/SINLO/COS/COSLO)。
总之，本实用新型具有下述特点：
a)通过电气信号转换，无电磁机械转换；
b)通用性强。可适配多种旋转数字转换器及旋转变压器；
c)使用便捷。通过简易的接线方式使用。
d)使用灵活。可设置并产生任意固定角度及任意转速的模拟旋变耦合信号。
e)精度高。可产生16位分辨率的高精度模拟旋变耦合信号。
说明书已经充分说明了本实用新型的必要技术内容，普通技术人员足以依据说明书和附图实施本实用新型，故不再赘述更具体的技术细节，例如各器件信号等信息。
Claims (3)
1.正余弦旋转变压模拟调理电路，其特征在于，包括：
正性隔直/带通滤波电路，其输入端接正性转换信号输入端；
正性前级运放电路，其输入端接正性隔直/带通滤波电路；
负性隔直/带通滤波电路，其输入端接负性转换信号输入端；
负性前级运放电路，其输入端接负性隔直/带通滤波电路；
第一模拟乘法器，其第一输入端接正弦信号输入端，第二输入端接正性前级运放电路的输出端，其输出端接第一运算放大器的输入端；
第二模拟乘法器，其第一输入端接余弦信号输入端，第二输入端接正性前级运放电路的输出端，其输出端接第二运算放大器的输入端；
第三模拟乘法器，其第一输入端接正弦信号输入端，第二输入端接负性前级运放电路的输出端，其输出端接第三运算放大器的输入端；
第四模拟乘法器，其第一输入端接余弦信号输入端，第二输入端接负性前级运放电路的输出端，其输出端接第四运算放大器的输入端；
第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器的输出端分别作为正余弦旋转变压模拟调理电路的4个输出端。
2.如权利要求1所述的正余弦旋转变压模拟调理电路，其特征在于，
正性隔直/带通滤波电路包括第一运放(101)和第二运放(102)，正性隔直/带通滤波电路的输入端通过顺次串联的电容和电阻连接到第一参考点(P1)，第一参考点(P1)通过一个电阻接地，还通过一个电容连接到第一运放(101)的负性输入端；第一运放(101)的正性输入端接地，输出端通过一个电阻接第二参考点(P2)，输出端还通过一个电容接第一参考点(P1)，输出端还通过一个电阻接负性输入端；第二参考点(P2)通过一个电阻接地，还通过一个电容连接到第二运放(102)的负性输入端，第二参考点(P2)还通过串联的电容和电阻接第二运放(102)的负性输入端；第二运放(102)的正性输入端接地，输出端作为正性隔直/带通滤波电路的输出端；
负性隔直/带通滤波电路和正性隔直/带通滤波电路的结构相同。
3.如权利要求1所述的正余弦旋转变压模拟调理电路，其特征在于，正性前级运放电路包括第三运放(103)，其负性输入端通过一个电阻接正性前级运放电路的输入端，还通过一个电阻接输出端，输出端作为正性前级运放电路的输出端，其正性输入端通过一个电阻接地，还通过一个电阻接负性电压；其正性电源端接正性电压，其负性电源端接负性电压；
负性前级运放电路的结构与正性前级运放电路相同。
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