基于au6802n1的旋转变压器信号接口电路设计

光电编码器因测量精度高，在伺服用永磁同步电机位置检测中广泛应用。但它有抗震性差的缺点，难以适应恶劣工况。旋转变压器具有抗震性好、耐腐蚀、耐高温和易实现高速位置检测的优点，通常在矿山、纺织用伺服系统、航空用电力作动系统等恶劣环境中应用。

　　旋转变压器与光电编码器不同，它是一种机电元件,需要将其输出的模拟电压信号转换为数字信号才可输入到dsp控制芯片。本文选用多摩川公司的旋转变压器数字转换器(rdc)au6802n1，设计了一套旋变解码的接口电路板。同时基于永磁电机矢量控制平台对该接口电路进行了实验验证。实验表明该设计方案确实可行，并取得了较好的位置检测效果。

　　旋转变压器原理

　　图1 旋转变压器的结构

　　旋转变压器是一种单相激励双相输出无刷旋转变压器。如图1所示，激磁绕组(原边)r1-r2和两套输出相互正交的绕组(副边)s4-s2、s3-s1同在定子侧，固定在电机定子上，转子与电机转子同轴安装。当原边的激磁绕组流过正插件电感弦电流时，副边输出绕组两端会感应出同频率的电势，电势的大小与定转子间的相对电角度有关。

　　假设原边输入电压为：

(1)

　　则副边输出电压满足：

(2)

(3)

　　其中，ω为激磁电源的角频率;us4-s2,us3-s1为两相正交绕组(正弦绕组和余弦绕组)的输出电压。k为传输电压比，θ为转子位置角。

　　本设计旋转变压器选用多摩川公司的ts2640n321e64。其主要性能参数如表1所示。

　　au6802n1工作原理

　　图2 au6802n1解码原理图

　　图2给出了au6802n1芯片解码的原理框图。由图可知，au6802n1内部是一个闭环系统。旋转变压器的四线端输出来的信号通过调理电路进入au6802n1芯片的s1、s2、s3和s4端，经过处理输出到余弦和正弦乘法器上。通过后级的加减电路，得vsr=kesinωt×sin(θ-)此时根据外部激励r1、r2端的同步相位检测器的当前状态，从代表了某一起始角鲎攀郑黄魇酝剂鹘谑纸泅，使该角等于待测模拟角并跟踪θ。当调整到vsr=0时，即有=θ。此时可逆计数器的字状态龅贴片电感淖唤峁创砹诵溲蛊魇涑龅闹峤铅鹊亩剖种怠8檬种悼梢运透扑慊允净駾sp控制芯片进行处理。

　　au6802n1控制位设定

　　au6802n1可以通过设定对应的控制位来选择工作模式。其控制位主要分为以下几种：

　　(1) 输出模式设置：输出模式分为三种——并行i/o口模式、spi通信模式、abz脉冲模式，可通过outmd、csb、rdb、intb四个引脚的电平来设定，详细设定参考文献[1]。

　　(2) 系统控制模式设置：通过设定acmd引脚电平得到。acmd=h时，系统选择加速模式;反之，选择正常模式。通常运行时设定为正常模式，当角加速度较大时，切换到加速模式，可以获得更高的位置检测精度。

　　(3) 分辨率设置：mdsel=h时，输出数据选择12位;反之，输出数据选择10位。

　　(4) 极对数设置：电机的极对数设置可通过设定xsel1和xsel2引脚得到，如下表2所示。

　　(5) 励磁频率设置：励磁信号rso频率可铁芯电感通过设定fsel1和fsel2得到，如表3所示。

　　(6) 测试模式设置：可通过引脚test1和test2设定。通常将两引脚都拉高至vdd，不影响正常工作。

　　本设计选取au6802n1工作在脉冲输出模式和spi通信模式，数据分辨率为12位，极对数设定为1，励磁频率为10k，控制模式为正常模式，测试位不使能。其电路图如图3所示，图中所有电阻值均为33ω。

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