旋变及同步机轴角编码器的典型电路

张俊科(长沙国防科技大学)

    【摘  要】介绍旋变及同步机轴角编码器的典型电路设计与调试。它在设备中应用，效果良好，适于粗精组合系统总精度达15～16bit的要求。

【叙  词】旋转变压器  自整角机轴角编码器．电路  

 

1 电压比较器电路

 

    为了给出8个区间(旋变的3个符号位)及12个区间(同步机的4个符号位)，需要将由电机输出的信号与零比较及互相比较。因此必须用电压比较器。这里选用常见的LM339四电压比较器(美国国家半导体公司-National semiconductor)。

 

    该器件为双列14引脚，如图1所示，内部含有4个独立的比较器。

 

    由于该电路集电极输出是开路的，实际使用时输出端必须加电阻(如3kΩ)，如图2所示。另外在输入端加了10kQ电阻，这是因为输入信号是正弦信号，有正有负。实践证明10kΩ电阻加入后不影响电机信号的波形。

     LM339电路的零点偏移较低，在本电路应用中不需要调零。该电路的功能是当正相输入端电压大于反相输入电压时，输出为数字"1"(+5V)；当正相输入端电压小于反相输入端电压时，输出为数字“0”(0.3V)，该电路输出可以与TTL或CMOS匹配。

 

2 同步及时钟信号

    由于本编码器区间符号位编码及ADC交换是在正弦信号的峰值附近进行的，因此需要同步及时钟信号控制，其电路如图4所示。

图4中比较器后面是由TTL与非门电路构成的单稳电路，它们的波形及时间关系图中已给出。若旋变及同步机为400Hz激磁信号，C1可取0.47μF，C2及C3可取1 000～2 000pF，电阻R取为200Ω。这样使得同步及时钟信号CP1(用于将比较器的状态读到后面的寄存器中)大约在交流信号峰值附近，CP2在CP1之后。若还需要CP2之后有一同步信号，则在图4中CP2之后再接一级同样的电路。

 

3模拟通道开关电路

 

    模拟通道开关可选用CMOS模拟开关CC4053，其引脚及功能图如图5所示。

当信号在负半周时，图9的第一个运放为反相器；放大倍数为-2／3，第二个放大器为同相放大器，放大倍数为3／2。整个****值电路可在第二级调零。

 

5比例型ADC

 

    旋变及同步机轴角编码器一个突出优点是它的ADC采用了相对基准，即基准电压来自激磁信号，当激磁信号变化时，会使ADC的输入量Vx变化，但采用激磁信号分压作为基准信号，可消除激磁信号不稳定对精度的影响。为此采用比例型ADC。AD7574为8位的比例型ADC，如图10所示。

    对于AD7574,一个非常重要的技术是如何调试图10中的二个电位器。根据变换原理可见，当使用旋转变压器时，将轴角通过示波器(或其他办法)找到角度在45℃的准确位置，这时可大约调节R1使VREF为峰值6~7V，一旦确定之后，尺1不再动了。这时调节R2使AD7574的8位输出刚好在11111110～11111111之间此时R2调好。若使用同步机时，将电机轴角放在30℃，R1及R2的调试同上。

 

6激磁信号电路

 

    在有些情况下．旋变及同步机的激磁信号要其本身产生，这时可用图11所示的正弦波发生器，后面加一个功率放大电路块。

    图11电路产生的正弦波的频率约为400Hz。注意在旋变及同步机轴角编码中，激磁信号的频率无需要求很准确。这也是本方案的特点之一。

 

参考文献   

 

    1  张俊科．同步机三相法轴角编码原理与实现．微电机，1989(1)：26～29

    2  张俊科．旋转变压器二相法轴角编码原理与实现．微电机。1990(2)：14～16