引言
在軍用車輛交流傳動系統(tǒng)中，由于要適應(yīng)沖擊震動和溫濕度變化等惡劣的工作環(huán)境，普通檢測轉(zhuǎn)子位置的光電編碼器很容易損壞,，而旋轉(zhuǎn)變壓器由于其堅固耐用且可靠性高,，可以很好地解決這一問題。但旋轉(zhuǎn)變壓器是一種模擬機電元件,，不能滿足數(shù)字化的要求，故需要接口電路實現(xiàn)其模擬信號與控制系統(tǒng)數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)化，這類接口電路是一類特殊的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,，也就是我們常說的旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)。
RDC電路設(shè)計
主要器件及原理
本系統(tǒng)采用日本多摩川公司生產(chǎn)的TS262N21E11無刷旋轉(zhuǎn)變壓器,。電路中主要采用了ADI公司的兩個R/D轉(zhuǎn)換器AD2S90和程控振蕩器AD2S99,，二者要配合使用。
AD2S90是RDC電路設(shè)計的核心,，內(nèi)部功能模塊主要是由相敏檢測器,、乘法器、壓控振蕩器(VCO),、增減計數(shù)器形成的閉環(huán)反饋系統(tǒng),。當旋轉(zhuǎn)變壓器的兩路定子繞組的輸出信號Esinwtsinq和Esinwtcosq分別送入AD2S90的sin和cos輸入引腳后，經(jīng)過其內(nèi)部運放再送至乘法器中,，此時,，若內(nèi)部增減計數(shù)器輸出的初始數(shù)字角度j也被送入乘法器，則經(jīng)乘法運算后得到的輸出信號為Esinwtcosqsinj和Esinwtsinqcosj,，二者再進行相減運算便得到輸出信號Esinwtsin(q-j),，信號中的誤差部分被送入由相敏檢測器、乘法器,、壓控振蕩器,、增減計數(shù)器形成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，使sin(q-j)=0,，即q-j=0,，此時增減計數(shù)器輸出的數(shù)字角度j就是轉(zhuǎn)子的位移角度。
AD2S99是專為旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供的勵磁信號源,，信號頻率有4種選擇,，即2kHz,、5kHz、10kHz和20kHz,。它不僅為AD2S90提供同步基準電壓信號,，同時還給旋轉(zhuǎn)變壓器提供高品質(zhì)的正弦波勵磁信號，還具有信號相位補償和信號丟失檢測等優(yōu)點,。
RDC電路的總體設(shè)計方案
旋轉(zhuǎn)變壓器二次繞組輸出的兩路信號sinj和cosj作為AD2S90的位置角檢測的模擬信號輸入,，通過屏蔽雙絞線，分別接到AD2S90相應(yīng)的輸入端SIN和SINL0,。同時,，COS和COSL0的信號作為反饋信號接至AD2S99，通過AD2S99內(nèi)部處理后產(chǎn)生輸出信號SYNREF(為±3Vp-p方波輸出信號且相位與SIN和COS輸入信號保持一致),，連接至AD2S90的REF引腳,，用于補償旋轉(zhuǎn)變壓器一次側(cè)到二次側(cè)的相位偏差，否則會降低RDC的轉(zhuǎn)換精度,。
AD2S99通過輸出端EXC和/EXC(EXC和/EXC為兩路±2Vrms,、8mA的正弦信號，且/EXC相位相對于EXC要超前180°)為旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁繞組提供所需工作頻率的勵磁信號,，勵磁信號的工作頻率可以通過AD2S99的引腳SEL1,、SEL2和FBIAS來設(shè)置。另外,，AD2S99的引腳LOS用于指示SIN和COS信號缺失的檢測情況,，正常工作時LOS為低電平；若SIN和COS信號都低于LOS規(guī)定的電壓閾值(Vrms),，則LOS被上拉到高電平VDD,。
提供給控制器的位置信號有兩種輸出方式，一是SPI輸出(12位),，最高傳輸速率為2Mbps,；二是模擬增量式編碼器輸出，A,、B和NM信號,，相當于一個1024線增量式編碼器。
電路總體設(shè)計方案,。接口電路設(shè)計還需要注意以下幾點：
1 電路中所有模擬地信號要以星形方式連接至AD2S90的引腳AGND。
2 若旋轉(zhuǎn)變壓器的信號通過屏蔽雙絞線傳輸時,，屏蔽層也要連至 AGND引腳,。
3 AD2S99的輸出信號SYNREF與AD2S90的輸入引腳REF相連時，為了減小AD2S99的SYNREF信號的直流偏移,，需要添加0.1mF的串聯(lián)電容和100KW的對地電阻,。
RDC電路在4對極感應(yīng)電機測速系統(tǒng)的試驗波形,，此時電機轉(zhuǎn)子頻率為63.4Hz，旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊輸入勵磁信號頻率設(shè)置為10KHz,。其中RDC電路的輸入波形,，即由旋轉(zhuǎn)變壓器副邊的兩個繞組分別輸出的正弦信號和余弦信號；RDC電路的輸出波形,，即以正交編碼脈沖形式提供給DSP的位置測量信號,。可見,，輸入波形的品質(zhì)好,，達到了RDC的設(shè)計要求；輸出的轉(zhuǎn)子位置信號波形符合DSP的QEP電路接收要求,，而且脈沖正交性好,，無毛刺，保證了DSP對位置信號的采樣精度,。
結(jié)語
該數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器最大的優(yōu)點在于其簡單,、可靠的硬件電路和較高的精度與分辨率，本方案在軍用裝甲車交流傳動系統(tǒng)中很好地實現(xiàn)了異步電機轉(zhuǎn)子位置信號的精確測量,。
