[發明專利]一種高頻方波驅動的旋轉變壓器解碼裝置及方法

在審

• 申請號: 202210362442.5
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114759852A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 吳春;支恩;鄭露華
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P25/022;H02P27/08;H03M1/12;H03K7/08
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

1.一種高頻方波驅動的旋轉變壓器解碼裝置，其特征在于，所述旋轉變壓器解碼裝置包括：

主控芯片：至少可產生一路高頻方波信號，且包含兩個模數轉換通道ADC；

單相半橋及其驅動芯片：通過單相半橋將高頻方波信號放大，施加到初級激磁繞組；

信號調理電路：對旋轉變壓器輸出的正、余弦差分信號進行調理，得到可供ADC直接采樣的正、余弦單端電壓信號。

2.根據權利要求1所述的高頻方波驅動的旋轉變壓器解碼裝置，其特征在于，所述高頻方波激勵信號由主控芯片的某一時鐘通道產生PWM輸出，而后經單相半橋放大至旋轉變壓器所需要幅值的高頻方波激勵信號。

3.根據權利要求1或2所述的高頻方波驅動的旋轉變壓器解碼裝置，其特征在于，所述信號調理電路包括共模電感、RC濾波電路、差分運放電路、電壓抬升電路和電阻分壓電路。

4.根據權利要求2所述的高頻方波驅動的旋轉變壓器解碼裝置，其特征在于，所述模數轉換模塊中ADC采樣觸發信號與PWM輸出信號具有聯動機制，ADC采樣觸發信號由同一時鐘的另一通道產生，保證ADC采樣時刻相對于方波激勵信號的相位不發生偏移。

5.一種如權利要求1所述的高頻方波驅動的旋轉變壓器解碼裝置實現的解碼方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1)采用主控芯片輸出的高頻方波信號作為原始激勵信號，經單相半橋放大至旋轉變壓器所需要幅值的方波激勵信號，并施加到旋轉變壓器初級激磁繞組；

2)通過信號調理電路對旋轉變壓器輸出的正交信號進行調理，得到可供ADC直接采樣的正、余弦單端電壓信號；

3)通過主控芯片ADC對正、余弦信號進行采樣，得到軟解碼所需的數字信息，再經軟解碼得到轉子磁極位置。

6.根據權利要求5所述的解碼方法，其特征在于，所述步驟1)中，產生原始高頻方波激勵信號的過程為：

選擇的主控芯片應具有ADC采樣、脈沖寬度調制信號PWM輸出，以及PWM事件與ADC采樣信號源聯動機制；由主控芯片高級定時器的某一通道輸出一路占空比為50％的PWM信號，即方波信號，方波頻率的大小由旋轉變壓器所需激勵信號的頻率確定。

7.根據權利要求5或6所述的解碼方法，其特征在于，所述步驟1)中，單相半橋放大激勵信號的過程為：

將高頻方波信號送至單相半橋輸入端，經單相半橋放大至旋轉變壓器所需要幅值的方波激勵信號。

8.根據權利要求6所述的解碼方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述調理信號過程為：

通過信號調理電路對旋轉變壓器輸出的包含轉子磁極位置信息的正交信號進行調理，經共模電感、濾波、差分、電壓抬升和電阻分壓等電路調理，得到可供ADC直接采樣的正、余弦信號，其表達式如下：

u_a(t)＝U_s·sin(ωt)·sin(θ_r)+U_offset (1)

u_b(t)＝U_s·sin(ωt)·cos(θ_r)+U_offset (2)

式中，u_a(t)為包含轉子磁極信息的正弦信號，其頻率和激勵信號頻率一致，幅值與旋轉變壓器轉子磁極位置呈正弦關系，U_s為正弦信號幅值，U_offset為偏置電壓，ω為激勵信號頻率，θ_r為旋轉變壓器轉子磁極角度，電機轉子磁極電氣位置計算如下：

式中，θ_e為電機磁極電氣位置，P_m和P_r分別為電機和旋轉變壓器的極對數。