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新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解(最终)

郭嘉 发布于 2021-10-27 15:31
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大家好!我是张飞实战电子的郭嘉老师,这篇文章聊一聊新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解最终篇。


旋变器驱动电路总结

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图(1)  旋变解码芯片AD2S1210的典型电路


由于旋变器的输入信号要求,激励缓冲器必须提供高达 200mA 的单端电流。图 1 所示的缓冲电路不仅提供电流驱动能力,而且提供 AD2S1210 激励输出信号的增益。本电路说明性能要求及推荐的激励缓冲拓扑结构,典型旋变器的输入电阻在100 Ω 至 200 Ω 之间,初级线圈应利用 7 V rms 的电压驱动。该旋变解码芯片支持 3.15 V p-p ±27%范围的输入信号。AD2S1210的额定频率范围为 2 kHz 至 20 kHz。采用 Type II 跟踪环路跟踪输入信号,并将正弦和余弦输入端的信息转换为输入角度和速度所对应的数字量。该器件的额定最大跟踪速率为 3,125rps。

AD2S1210 采用 5 V 电源供电,输出缓冲电路要求 12 V 电源(图1所示),以便向旋变器提供所需的差分信号幅度。


1 所示为 AD2S1210、AD8662 和相关电路的原理图,其中包括一个推挽输出级,它能够向旋变器提供所需的电源。本电路的优势之一是当不存在信号时,输出晶体管只需要少量静态电流。AD2S1210 的激励输出通常在EXC和/EXC输出端提供 3.6 Vp-p正弦信号,这将产生一个 7.2 V p-p差分信号。汽车旋变器的典型转换比为 0.286。因此,如果将一个单位增益缓冲器配合 AD2S1210 使用,则旋变器输出的幅度约为差分2 V p-p。这种信号的幅度不足以满足 AD2S1210 的输入幅度要求。理想情况下,正弦和余弦输入应具有差分 3.15 V p-p 的幅度,因此缓冲器级应提供约 1.5 的增益。


1 所示激励缓冲器的增益通过电阻 R1 和 R2 设置。在电路测试期间,R1 和 R2 电阻的值分别为 10 kΩ 和 15.4 kΩ,对应的增益为 1.54。电阻 R3 和 R4 设置放大器的共模电压 VCM(2) = +3.75 V。激励输出的共模电压 VCM(1) = +2.5 V(中间电源电压),差分电压VPP(1)=3.6V。因此,缓冲器输出共模电压 VCM(OUT)约为+5.7 V(+12 V 电源的大约一半),VPP(out)=5.54V。

2.2 kΩ 电阻为推挽电路输入端的二极管 D1、D2 提供偏置电流,并确立该侧的静态电流。D1 和 Q1 上的电压(VBE)应保持一致,D2 和 Q2 上的电压(VBE)应保持一致。3.3 Ω 电阻和 4.7 Ω 电阻上的电压也应保持一致。选择运算放大器 AD8662 是为了满足推挽输出级的驱动要求。旋变器和 RDC 转换器往往用于工况比较差环境中,因此一般需要能够在扩展温度范围(−40°C 至+125°C)工作的器件。该运放应提供 2 MHz 以上的带宽,输入失调电压应小于 1 mV。注意不得在 0 V 附近让信号引入失真,因为该失真可能无法被旋变器本身滤除。确保无失真的方法是设置输出晶体管的偏置,使得过零时仍然有足够的电流来维持线性。


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由于所选的拓扑结构可以采用单电源供电,因此针对缓冲器选择的运放也应当能够采用单供电轨供电。AD8662 采用+5 V 至+16 V 的单电源供电,提供轨到轨输出,因而是理想的选择。电容C1 与电阻R2 并联形成一个低通滤波器,用来滤除EXC和/EXC输出上可能存在的任何噪声。应谨慎选择此滤波器的截止频率,确保滤波器所引起的载波相移不超过AD2S1210 的锁相范围。注意,电容C1 不是必需的,因为旋变器可以滤除AD2S1210 激励输出中的高频成分。应当注意,在电路验证过程中,旋变器的输出直接连接到AD2S1210 输入。客户应用中经常会使用其它调整电阻和/或无源 RC 滤波器。在 AD2S1210 之前可以使用其它无源器件,但应注意不要超过数据手册规定的 AD2S1210 最大锁相范围。外

部无源器件可能会导致通道间幅度不匹配误差,这会直接转化为位置误差。因此,信号路径中推荐使用至少 1%容差的电阻和 5%容差的电容。

图 4.1 所示为 70°角时采集到的 12 位角度精度码:

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12 位角度精度码直方图,70°角,10,000 次采样


图 4. 2 位角度精度码直方图,70°角,10,000 次采样


所示为 16 位角度精度码直方图。

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16 位角度精度码直方图,70°角,10,000 次采样



图 4.3 所示为 100 rps 旋转速率和 16 位分辨率设置时的速度输出码直方图。

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16 位速度输出码直方图,100 rps,10,000 次采样


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