旋变激励系统及激励信号短路保护电路的制作方法

本实用新型涉及电机旋转控制技术领域，尤其涉及旋变激励系统及其短路保护电路。

背景技术：

旋变是旋转变压器的简称，常用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。旋转变压器正常工作时需要外接激励信号，以驱动旋转变压器的励磁绕组。本文中的旋变激励系统是指能够输出激励信号的系统。目前，大多数旋变激励系统没有设计针对输出的激励信号的短路保护功能，少部分具有短路保护功能的旋变激励系统是限制缓冲电路的最大电流。

当旋变激励系统输出端发生短路时，虽然限制了缓冲电路最大电流，但是，回路中的电流一直为最大值，回路中器件(例如，推挽电路中的晶体管) 的温度会超过其正常工作的温度范围，从而导致该器件损坏，进而导致旋变激励系统无法正常工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了旋变激励系统及其短路保护电路，以解决相关技术中旋变激励系统的输出端发生短路导致内部器件损坏的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路，包括：激励信号采集电路、电压比较电路和触发开关电路；

所述激励信号采集电路的输入端连接所述旋变激励系统的输出端，以采集所述旋变激励系统输出的激励信号；

所述电压比较电路的第一输入端连接所述激励信号采集电路的输出端，第二输入端输入比较电压信号，当采集的激励信号的电压值小于所述比较电压信号的电压值时，所述电压比较电路输出第一电平信号；

所述触发开关电路的输入端连接所述电压比较电路的输出端，所述触发开关电路的输出端连接所述旋变激励系统，当所述触发开关电路接收到所述电压比较电路输出第一电平信号时，触发所述旋变激励系统内的目标器件关断。

可选地，所述旋变激励系统包括激励信号产生电路、基准电压电路、幅值调理电路和推挽电路；

所述触发开关电路的输出端连接所述旋变激励系统，包括：

所述触发开关电路的输出端连接所述基准电压电路的控制端，当所述电压比较电路输出高电平信号时，所述触发开关电路输出低电平信号，以使所述基准电压电路和所述幅值调理电路均输出低电平信号以关断所述推挽电路中的目标器件。

可选地，所述旋变激励系统包括激励信号产生电路、基准电压电路、幅值调理电路、推挽电路和所述推挽电路内目标器件的供电电路；

所述触发开关电路的输出端连接所述旋变激励系统，包括：

所述触发开关电路的输出端连接所述预设电压电源的开关控制端，当所述触发开关电路接收到所述电压比较电路输出的高电平信号时，输出低电平信号，以使所述供电电路断路以及使所述目标器件关断。

可选地，还包括：与所述电压比较电路的第二输入端连接的分压电路，用于产生第一比较电压信号；

所述第一比较电压信号的电压值小于第一电压信号的电压值且大于第二电压信号的电压值；

其中，所述第二电压信号是当激励信号发生对地短路时旋变激励系统输出的电压信号，所述第一电压信号是当激励信号的对地短路消失时旋变激励系统输出的瞬时电压信号。

可选地，还包括：连接在所述电压比较电路的输出端和所述触发开关电路的输入端之间的滤波电路。

可选地，所述电压比较电路包括比较器和输出上拉电路；

所述比较器的正相输入端为所述电压比较电路的第二输入端，负相输入端为所述电压比较电路的第一输入端，输出端连接所述输出上拉电路；

所述输出上拉电路用于将所述比较器输出的电平信号上拉至预设电压。

可选地，所述触发开关电路包括第一开关管；

所述第一开关管的第一端作为所述触发开关电路的输出端，所述第一开关管的第二端连接接地端，所述第一开关管的控制端作为所述触发开关电路的输入端；

其中，所述第一开关管为NMOS管，所述NMOS管的漏极为所述第一端，源极为所述第二端，栅极为所述控制端。

第二方面，本申请还提供了一种旋变激励系统，包括：激励信号产生电路、基准电压电路、幅值调理电路、推挽电路和短路保护电路；

所述幅值调理电路的负相输入端连接所述激励信号产生电路的输出端，正相输入端连接所述基准电压电路的输出端，所述幅值调理电路的输出端连接所述推挽电路的输入端；

所述推挽电路的输出端连接所述短路保护电路的输入端；

所述短路保护电路的输出端连接所述基准电压电路的控制端，当短路保护电路采样的所述推挽电路输出的激励信号低于预设电压值时，控制所述基准电压电路输出低电平信号，以使幅值调理电路输出低电平信号，进而使所述推挽电路内的目标器件关断。

第三方面，本申请还提供了一种旋变激励系统，包括：激励信号产生电路、基准电压电路、幅值调理电路、推挽电路和短路保护电路；

所述幅值调理电路的负相输入端连接所述激励信号产生电路的输出端，正相输入端连接所述基准电压电路的输出端，所述幅值调理电路的输出端连接所述推挽电路的输入端；

所述推挽电路的输出端连接所述短路保护电路的输入端；

所述短路保护电路的输出端连接所述推挽电路内目标器件的供电电路的控制端，当短路保护电路采样的所述推挽电路输出的激励信号低于预设电压值时，控制所述供电电路断开。

本实用新型提供的旋变激励系统的短路保护电路，利用激励信号采集电路采集旋变激励系统输出的激励信号并输入至电压比较电路的第一输入端，电压比较电路将该激励信号与第二输入端输入的比较电压信号进行比较。当激励信号对地短路时，采集的激励信号低于比较电压信号，此时，电压比较电路输出高电平信号并输入至触发开关电路。当触发开关电路接收到该高电平信号后，触发旋变激励系统内的目标器件关断，从而避免该目标器件出现过流的情况，避免了目标器件甚至旋变激励系统损坏的现象发生，最终实现对旋变激励系统的输出信号的短路保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例一种旋变激励系统的原理框图；

图2示出了本申请实施例一种旋变激励系统的电路原理示意图；

图3示出了本申请实施例另一种旋变激励系统的原理框图；

图4示出了本申请实施例一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的原理框图；

图5示出了本申请实施例另一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的原理框图；

图6示出了本申请实施例再一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的原理框图；

图7示出了本申请实施例一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的电路原理示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，示出了本申请实施例一种旋变激励系统的原理框图，如图1 所示，该旋变激励系统包括：激励信号产生电路11、基准电压电路12、幅值调理电路13、推挽电路14、短路保护电路15和旋转变压器16。

激励信号产生电路11产生幅值相同、相位相差180°的两个原始激励信号，这两个原始激励信号分别为EXC+和EXC-。因此，后级的幅值调理电路 13和推挽电路14分别包括分别处理这两个原始激励信号的两套电路。

基准电压电路12用于产生基准电压信号，以使幅值调理电路根据该基准电压信号调整激励信号产生电路11产生的原始激励信号的幅值。

幅值调理电路13包括第一幅值调理电路和第二幅值调理电路；第一幅值调理电路用于对EXC+的电压幅值进行调整，第二幅值调理电路用于对EXC- 的电压幅值进行调整。

推挽电路14包括第一推挽电路和第二推挽电路；第一推挽电路用于提高第一幅值调理电路输出信号的驱动能力；第二推挽电路用于提高第二幅值调理电路输出信号的驱动能力。

推挽电路14输出的信号用于驱动旋转变压器16，具体的，第一推挽电路的输出端连接旋转变压器16的第一输入端，第二推挽电路的输出端连接旋转变压器16的第二输入端。

在本实施例中，短路保护电路15的输入端连接推挽电路14的输出端，该输入端用于采集推挽电路14输出的激励信号；短路保护电路15的输出端连接基准电压电路12的控制端。

请参见图2，示出了本申请实施例一种旋变激励系统的电路原理示意图，主要示出了系统中幅值调理电路和推挽电路的电路原理图。本实施例以激励信号产生电路生成的一路原始激励信号为例进行介绍。

如图2所示，幅值调理电路主要包括运算放大器A，推挽电路主要包括晶体管Q11和Q12。

本实施例中的晶体管可以是绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，本申请对此并不限定。

基准电压电路12的输出端连接A的正相输入端，A的负相输入端通过电阻R11连接激励信号产生电路11的输出端，运算放大器用于将激励信号叠加基准电压电路输出的电压值后输出。

推挽电路14主要由两个晶体管构成，通过控制两个晶体管导通与关断来提高旋变激励信号的输出驱动能力。

当激励信号发生对地短路后，短路保护电路15采集的激励信号低于预设电压值，短路保护电路15将输出低电平；基准电压电路12根据该低电平信号输出低电平，以使幅值调理电路13内的运算放大器A输出低电平；进而使推挽电路14内的晶体管(Q11和Q12)截止，避免该晶体管过流的现象发生，最终避免整个旋变激励系统出现过流的现象。

本实施例提供的旋变激励系统，当旋变激励系统输出的激励信号发生对地短路时，短路保护电路能够采集到激励信号的变化输出低电平信号，并控制基准电压电路输出低电平信号。基准电压电路输出的低电平信号能够使幅值调理电路内的运算放大器输出低电平信号，从而使推挽电路内的晶体管截止，以避免晶体管过流的现象发生。进而，避免整个旋变激励系统出现过流的现象，对旋变激励系统起到短路保护作用。

请参见图3，示出了本申请实施例另一种旋变激励系统的原理框图，本实施例与图1所示实施例的区别在于，短路保护电路15的输出端连接推挽电路内晶体管的供电电路的控制端。

推挽电路14内晶体管的供电电源通常为12V电源，因此，本实施例可以在激励信号发生对地短路后控制12V电源关断。

当短路保护电路15检测到激励信号发生对地短路后，控制推挽电路内晶体管的供电回路断开，即停止为该晶体管供电，该晶体管截止；从而避免晶体管出现过流现象，进而避免整个旋变激励系统出现过流现象。

在本申请的一个实施例中，可以在12V电源所在的供电回路中串联一开关管，通过控制该开关管的闭合/断开来控制供电回路的供电/断电。

本实施例提供的旋变激励系统，当输出的激励信号对地产生短路时，短路保护电路能够采集到激励信号的变化，并控制推挽电路内晶体管的供电电源断电，使得推挽电路内的晶体管截止，从而避免该晶体管出现过流的现象，进而避免旋变激励系统出现过流的现象。

请参见图4，示出了本申请实施例一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的原理框图，如图4所示，该短路保护电路包括激励信号采集电路21、电压比较电路22和触发开关电路23。

激励信号采集电路21的输入端连接旋变激励系统的输出端(即推挽电路的输出端)，该激励信号采集电路21用于采集旋变激励系统输出的激励信号。

电压比较电路22的第一输入端连接激励信号采集电路21的输出端，电压比较电路22的第二输入端输入比较电压信号，输出端连接触发开关电路23 的输入端。

其中，电压比较电路22采用比较器实现，第一输入端即比较器的负相输入端，第二输入端即比较器的正相输入端。

在本申请的一个实施例中，触发开关电路23的输出端连接基准电压电路的控制端。

当激励信号发生对地短路时，激励信号采集电路21所采集的激励信号的电压值基本等于0，此时，电压比较电路22的负相输入端的电压值小于正相输入端的电压值，并输出高电平信号。该高电平信号能够控制触发开关电路 23内的开关管导通输出低电平信号，从而使基准电压电路输出低电平信号。该基准电压电路输出的低电平信号使幅值调理电路内的运算放大器的输出为 0，从而使推挽电路内的晶体管截止，避免晶体管出现过流的现象。

在本申请的另一个实施例中，触发开关电路23的输出端连接推挽电路内晶体管的供电电路。

当激励信号发生对地短路时，电压比较电路22的负相输入端的电压信号基本等于0，小于正相输入端的电压值，该电压比较电路22输出高电平信号。该高电平信号控制触发开关电路23内的开关管导通输出低电平信号，该低电平信号控制推挽电路内晶体管的供电电路断开，即晶体管不工作，从而避免晶体管出现过流现象。

本实施例提供的旋变激励系统的激励信号短路保护电路，利用激励信号采集电路采集旋变激励系统输出的激励信号并输入至电压比较电路的第一输入端。当激励信号对地短路时，采集的激励信号低于比较电压信号，此时，电压比较电路输出高电平信号并输入至触发开关电路。当触发开关电路接收到该高电平信号后输出低电平信号，触发推挽电路内的晶体管截止，从而避免该晶体管出现过流的情况，避免推挽电路内晶体管甚至旋变激励系统损坏的现象发生，最终实现对旋变激励系统的输出信号的短路保护作用。

请参见图5，示出了本申请实施例另一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的电路原理示意图。

如图5所示，该短路保护电路还包括分压电路31。该分压电路31的输出端连接电压比较电路22的第二输入端，用于为电压比较电路提供比较电压信号。

该分压电路31包括电阻R21、R22、R23，开关S21，以及电容C21。其中，R21的一端连接5V供电电源，另一端作为该分压电路的输出端；R22和 R23及C21并联连接在分压电路的输出端和接地端之间，C21的作用是滤波。 S21与R23串联。

当S21闭合时，R22和R23并联，分压电路输出端的电压即R22和R23 并联后分得的电压信号。当S21断开时，分压电路输出端的电压即R22上的电压。可见，当S21闭合时输出的电压小于S21断开时输出的电压。

当激励信号的短路现象消失后，旋变激励系统会输出一幅值较小的瞬时电压信号，即第一电压信号(例如，0.5V左右)。通过选择R21、R22和R23 的阻值，使得S21闭合时，R22和R23上的电压信号(即，第一比较电压信号)的电压值小于第一电压信号的电压值且大于第二电压信号的电压值，其中，第二电压信号是激励信号发生对地短路时旋变激励系统输出的电压信号。当S21断开时，R22上的电压信号(即，第二比较电压信号)的电压值大于第一电压信号的电压值。

在分压电路31中的S21闭合的情况下，当激励信号的短路现象消失后，激励信号采集电路会采集到第一电压信号，电压比较电路22的输出会由高电平变为低电平，导致触发开关电路23内的开关管截止，此时，触发开关电路 23输出高电平，即短路保护电路不工作。

在本申请的一个实施例中，触发开关电路23的输出端连接旋变激励系统中基准电压电路的控制端，此种应用场景下，若触发开关电路23输出高电平，则基准电压电路输出高电平，从而使幅值调理电路输出高电平，进而使推挽电路中的晶体管工作，即整个旋变激励系统恢复工作。

在本申请的另一个实施例中，触发开关电路23的输出端连接推挽电路内晶体管的供电电路的控制端，此种应用场景下，若触发开关电路23输出高电平，则供电电路闭合，供电电路重新为推挽电路内的晶体管供电，以使推挽电路重新恢复工作，进而使旋变激励系统恢复工作。

本实施例提供的旋变激励系统的激励信号短路保护电路，由分压电路为电压比较电路提供比较电压信号，其中，第一比较电压信号的电压值小于第一电压信号的电压值且大于第二电压信号的电压值；当激励信号短路消失后，激励信号采集电路采集到第一电压信号，此时，电压比较电路的输出由高电平变为低电平，以使触发开关电路23内的开关管截止并输出高电平，即短路保护电路不工作，从而使推挽电路内的晶体管重新恢复工作，进而使旋变激励系统重新恢复工作，无需用户进行手动恢复，用户使用更方便。

请参见图6，示出了本申请实施例再一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的原理框图，如图6所示，该短路保护电路在图4所示实施例的基础上还包括滤波电路41。

滤波电路41的输入端连接电压比较电路22的输出端，滤波电路41的输出端连接触发开关电路23的输入端。该滤波电路41用于滤除激励信号中的干扰信号。

本实施例提供的旋变激励系统的激励信号短路保护电路在电压比较电路和触发开关电路之间增设滤波电路，以滤除激励信号中的干扰信号。

请参见图7，示出了本申请一种旋变激励系统的激励信号短路保护电路的电路原理示意图，如图7所示，该电路示出了分别针对激励信号产生电路产生的两路原始激励信号进行短路保护的电路拓扑。本实施例将着重介绍针对其中一路原始激励信号的短路保护电路的工作原理及过程。

图7中的R1、R2和C1构成分压电路为后级的电压比较电路提供比较电压信号，图7中的分压电路只是一种示例，在本申请的其它实施例中还可以采用图5所示的分压电路，此处不再赘述。

R3构成一个激励信号采集电路，将采集的激励信号传输至运算放大器 A1；R4构成另一个激励信号采集电路，将采集的激励信号传输至运算放大器 A2。

A1、R6-R8及C2构成幅值调理电路，其中，R6-R8及C2作为运算放大器A1的输出电路；同理，A2、R5、R7、R9及C3构成另一幅值调理电路， R5、R7、R9和C3作为运算放大器A2的输出电路。其中，两个幅值调理电路共用一个R7和12V电源。

C4和R10构成一个滤波电路，用于滤除原始激励信号EXC+中的干扰信号；C5和R11构成另一个滤波电路，用于滤除原始激励信号EXC-中的干扰信号。

Q1构成一个触发开关电路，Q2构成另一个触发开关电路；Q1的漏极为触发开关电路的输出端，源极连接接地端DGND；同理，Q2的漏极为触发开关电路的输出端，源极连接接地端DGND。

下面将结合图7介绍下短路保护电路的工作过程：

当激励信号对地短路时，激励信号基本等于0，此时，R3或R4采集的激励信号也基本等于0，此时，运算放大器A1或A2的负相输入端的电压值小于正相输入端的电压值，A1或A2的输出经过其后连接的输出电路后得到符合要求的高电平信号。接着，该高电平信号经过滤波后传输至Q1或Q2的栅极。Q1和Q2为NMOS管，当栅极为高电平信号时，Q1或Q2导通，使得其漏极的电压等于源极的电压，即漏极电压等于0，也即整个短路保护电路输出低电平信号。

在一个可能的应用场景中，短路保护电路输出低电平信号后，控制旋变激励系统中的基准电压电路产生低电平信号，使得幅值调理电路中的运算放大器输出低电平信号，以及，使得推挽电路中的晶体管截止，即，该晶体管不工作，从而避免推挽电路内的晶体管发生过流的现象。

在另一个可能的应用场景中，短路保护电路输出低电平信号，控制推挽电路内晶体管的供电电路断开，推挽电路不再工作，从而避免推挽电路内的晶体管发生过流的现象。

本实施例提供的旋变激励系统的激励信号短路保护电路，采集旋变激励系统输出的激励信号，并与预先设定的比较电压信号进行比较。当激励信号对地短路时，采集到的激励信号会小于比较电压信号，使电压比较电路输出高电平信号，并使触发开关电路输出低电平信号。触发开关电路输出的低电平信号使推挽电路内的晶体管截止，从而避免该晶体管出现过流的情况，实现对旋变激励系统的输出信号的短路保护作用。

本实用新型书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。