一种旋转变压器信号调制电路及电机驱动系统的制作方法

本发明涉及电机驱动领域，具体涉及一种旋转变压器信号调制电路及电机驱动系统。

背景技术：

随着石油、煤炭等不可再生能源的储量逐渐枯竭，人们开始对太阳能、风力、水力这些可再生能源进行合理地利用。其中，风力发电在新能源发电技术中是一种已经发展相对成熟的技术，已作为我国新能源发展战略的重点；在汽车行业中，新能源纯电动及混动汽车也正在逐渐替代传统的燃油汽车。

风电变桨系统是风力发电的关键部件之一，主要作用是根据风力发电机的输出功率大小来改变桨叶的角度，以保证发电机在额定功率以内。主电机驱动器是电动汽车的关键部件之一，主要作用是接收主驱控制器的指令去控制电机运行进而驱动车辆行驶。为了保证变桨系统和电动汽车的正常工作，必须对电机的转速进行准确的测量，以使电机平稳运行。目前市场上变桨系统和电动汽车中所使用的电机主要是永磁同步电机，而永磁同步电机中检测速度设备中最主要的组成部分是旋转变压器。为保证风力发电机的效率和电动汽车的电机平稳运行，需要保证旋转变压器测得的速度和位置的精度。

目前市场是主要旋转变压器生产厂家有多摩川、海汉德，转换比例主要为0.5和0.28。为了满足不同变比旋转变压器的激励要求，需采用不同放大倍数的放大电路的方式对激励信号进行调制。在现有的旋转变压器激励信号处理电路中，主要是通过更改单板电阻bom方式更换放大倍数、或手动去旋转可调电阻的方式更改放大倍数来适用不同变比的旋变，此两种方法维护成本高、安全性低，不能自适应满足不同变比的旋转变压器的应用需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种旋转变压器信号调制电路及电机驱动系统，以解决现有技术的旋转变压器信号调制电路不能自适应满足不同变比的旋转变压器的应用需求的技术问题。

本发明实施例中，提供了一种旋转变压器的信号调制电路，其包括旋变数字转换器、运算放大电路、电阻反馈电路和推挽电路，所述旋变数字转换器用于输出差分励磁信号，所述运算放大电路用于将旋变数字转换器输出的差分励磁信号进行放大，所述推挽电路用于将经所述运算放大电路放大后的信号推挽输出至旋转变压器，所述电阻反馈电路用于对所述运算放大电路的放大倍数进行调节。

本发明实施例中，所述运算放大电路包括运算放大器u1、电阻r9、r10，运算放大器u1的同相输入端通过电阻r10接5v电源，运算放大器u1的反相输入端通过电阻r9接旋转变压器的差分励磁信号输出端。

本发明实施例中，所述运算放大电路还包括并联于运算放大器u1的同相输入端和地之间电阻r12和电容c4。

本发明实施例中，所述旋变数字转换器采用旋变解码芯片ad2s1210。

本发明实施例中，所述推挽电路包括二极管d1、d2、电阻r3、r4、r5、r6、r7、r8、双极性晶体管q1、q2和调制信号输出端exc_p,二极管d1的正极接运算放大器u1的输出端，二极管d1的负极通过电阻r3接双极性晶体管q1的基极，双极性晶体管q1的集电极接12v电源，双极性晶体管q1的发射极通过电阻r5接调制信号输出端exc_p，电阻r7连接于双极性晶体管q1的基极和集电极之间，二极管d2的负极接运算放大器u1的输出端，二极管d2的正极通过电阻r4接双极性晶体管q2的基极，双极性晶体管q2的集电极接地，双极性晶体管q2的发射极通过电阻r6接调制信号输出端exc_p，电阻r8连接于双极性晶体管q2的基极和集电极之间。

本发明实施例中，所述电阻反馈电路包括电阻r11、r14和开关电路，电阻r14连接于运算放大器u1的反相输入端和调制信号输出端exc_p之间，电阻r11和所述开关电路串联后与电阻r14并联，所述开关电路用于控制电阻r11所在的线路的通断。

本发明实施例中，所述开关电路包括电阻r13、r15、r16、场效应晶体管q3、q4和信号反馈端sw0，电阻r13、r15串联与地和5v电源之间，信号反馈端sw0通过电阻r16连接至电阻r13、r15的连接点，场效应晶体管q3、q4的栅极分别连接至电阻r13、r15的连接点，场效应晶体管q3的漏极和场效应晶体管q4的漏极相连接，场效应晶体管q3的发射极通过电阻r11接调制信号输出端exc_p,场效应晶体管q4的发射极接运算放大器u1的反相输入端。

本发明实施例中，所述电阻反馈电路还包括连接于运算放大器u1的反相输入端和调制信号输出端exc_p之间的电容c5。

本发明实施例中，所述旋转变压器信号调制电路还包括控制器，所述控制器用于根据所述旋变数字转换器的反馈信号控制所述信号反馈端sw0的电平，从而控制所述运算放大电路的放大倍数。

本发明实施例中，还提供了一种电机驱动系统，其包括旋转变压器和上述的旋转变压器信号调制电路。

与现有技术相比较，采用上述技术方案，所述运算放大电路用于将旋变数字转换器输出的差分励磁信号进行放大，所述推挽电路用于将经所述运算放大电路放大后的信号推挽输出至旋转变压器，所述电阻反馈电路用于对所述运算放大电路的放大倍数进行调节，可以通过调节所述电阻反馈电路的反馈电阻来对所述运算放大电路的放大倍数进行调节，使得所述旋转变压器信号调制电路能自适应满足不同变比的旋转变压器的应用需求。

附图说明

图1为本发明实施例的旋转变压器信号调制电路的结构示意图。

图2为本发明实施例的旋转变压器信号调制电路的控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例中，提供了一种旋转变压器的信号调制电路，其包括旋变数字转换器1、运算放大电路2、推挽电路3、电阻反馈电路4和控制器5。所述旋变数字转换器1用于输出差分励磁信号，所述运算放大电路2用于将旋变数字转换器1输出的差分励磁信号进行放大，所述推挽电路3用于将经所述运算放大电路2放大后的信号推挽输出至旋转变压器至所述旋变数字转换器1，所述电阻反馈电路4用于对所述运算放大电路2的放大倍数进行调节，所述控制器5用于检测所述旋变数字转换器1反馈的信号，并根据所述旋变数字转换器1反馈的信号控制所述电阻反馈电路4的电阻，从而控制所述运算放大电路2的放大倍数。

所述旋变数字转换器1采用旋变解码芯片ad2s1210，其通过差分励磁信号输出端exc_s_n输出的峰峰值为3.6v、频率为10khz励磁信号。

所述运算放大电路2包括运算放大器u1、电阻r9、r10、r12和电容c4。运算放大器u1的同相输入端通过电阻r10接5v电源，运算放大器u1的反相输入端通过电阻r9接旋转变压器的差分励磁信号输出端exc_s_n。电阻r12和电容c4并联于运算放大器u1的同相输入端和地之间。

所述推挽电路3包括二极管d1、d2、电阻r3、r4、r5、r6、r7、r8、双极性晶体管q1、q2和调制信号输出端exc_p,二极管d1的正极接运算放大器u1的输出端，二极管d1的负极通过电阻r3接双极性晶体管q1的基极，双极性晶体管q1的集电极接12v电源，双极性晶体管q1的发射极通过电阻r5接调制信号输出端exc_p，电阻r7连接于双极性晶体管q1的基极和集电极之间，二极管d2的负极接运算放大器u1的输出端，二极管d2的正极通过电阻r4接双极性晶体管q2的基极，双极性晶体管q2的集电极接地，双极性晶体管q2的发射极通过电阻r6接调制信号输出端exc_p，电阻r8连接于双极性晶体管q2的基极和集电极之间。调制信号输出端exc_p接入旋转变压器。

所述电阻反馈电路4包括电阻r11、r13、r14、r15、r16、电容c5、场效应晶体管q3、q4和信号反馈端sw0，电阻r14连接于运算放大器u1的反相输入端和调制信号输出端exc_p之间，电阻r13、r15串联与地和5v电源之间，信号反馈端sw0通过电阻r16连接至电阻r13、r15的连接点，场效应晶体管q3、q4的栅极分别连接至电阻r13、r15的连接点，场效应晶体管q3的漏极和场效应晶体管q4的漏极相连接，场效应晶体管q3的发射极通过电阻r11接调制信号输出端exc_p,场效应晶体管q4的发射极接运算放大器u1的反相输入端。电容c5连接于运算放大器u1的反相输入端和调制信号输出端exc_p之间。其中，电阻r13、r15、r16、场效应晶体管q3、q4和信号反馈端sw0构成开关电路，用于控制电阻r11所在线路的通断，进而控制所述电阻反馈电路4的反馈电阻值。

所述控制器5用于根据所述旋变数字转换器1的反馈信号控制所述信号反馈端sw0的电平，从而控制所述运算放大电路的放大倍数。。

上述旋转变压器信号调制电路的工作原理如下：

所述旋变数字转换器1输出的差分励磁信号，先经运算放大器u1将信号幅值放大后，再经双极性晶体管q1、q2推挽输出至旋转变压器，以提高励磁信号的带载能力。通过d1、d2两个二极管连接可以在双极性晶体管q1、q2的基极上加上0.6v的补偿电压以抵消晶体管的死区，可有效避免输出波形出现开关失真现象。

场效应晶体管q3、q4组成开关电路，用于控制电阻r11的通断，通过所述控制器5控制sw0信号的电平，进而控制场效应晶体管q3、q4的导通，从而实现通过控制反馈回路中r11的通断来改变所述运算放大电路2的放大倍数，进而适用驱动0.5和0.28变比的旋转变压器。r11导通时放大倍数为a1(a1<a2)，r11断开时放大倍数为a2。

具体地，在放大倍数为a1的电路中，接调制信号输出端exc_p的输出电压uo与所述旋变数字转换器1的差分励磁信号输出端exc_s_n的电压ui关系式为：

在放大倍数为a2的电路中，输出信号exc_p的输出电压uo与输入信号exc_s_n的输入电压ui关系式为：

如图2所示，电机上电时，信号反馈端sw0的电平信号配置为高电平“1”，此时r11导通，所述运算放大电路2的放大倍数为a1，若旋转变压器的变比为0.5,则该旋转变压器返回的差分信号可满足旋变数字转换器1的信号输入范围，所述控制器5保持对信号反馈端sw0输出的高电平。若电机上的旋转变压器的变比为0.28，则该旋转变压器返回的差分信号幅值会低于2.2v，旋变数字转换器1会报出信号丢失故障，所述控制器5检测到该故障产生则将信号反馈端sw0的电平信号配置为低电平“0”，此时r11断开，所述运算放大电路2的放大倍数为a2，此时再经该0.28变比的旋转变压器输出的差分信号则能满足旋变数字转换器1的信号幅值输入范围。

进一步地，本发明实施例中，还提供了一种电机驱动系统，其包括旋转变压器和上述的旋转变压器信号调制电路。

综上所述，采用上述技术方案，所述运算放大电路用于将旋变数字转换器输出的差分励磁信号进行放大，所述推挽电路用于将经所述运算放大电路放大后的信号推挽输出至旋转变压器，所述电阻反馈电路用于对所述运算放大电路的放大倍数进行调节，可以通过调节所述电阻反馈电路的反馈电阻来对所述运算放大电路的放大倍数进行调节，使得所述旋转变压器信号调制电路能自适应满足不同变比的旋转变压器的应用需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。