旋轉(zhuǎn)干式變壓器信號(hào)處理的低成本高分辨率方案

諧振器包含三個(gè)繞組，即一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組和兩個(gè)定子繞組。轉(zhuǎn)子繞組隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，定子繞組位置固定，兩個(gè)定子成90度角(如圖1所示)。這樣，繞組就形成了一個(gè)角度相關(guān)系數(shù)的干式變壓器。

圖1:旋轉(zhuǎn)式干式變壓器及其相關(guān)信號(hào)

施加到轉(zhuǎn)子繞組的正弦載波耦合到定子繞組，并且根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的角度對(duì)定子繞組的輸出進(jìn)行幅度調(diào)制。由于安裝位置的原因，兩個(gè)定子繞組的調(diào)制輸出信號(hào)相差90度。

通過(guò)解調(diào)這兩個(gè)信號(hào)可以獲得電機(jī)的角位置信息。先先接收純正弦波和余弦波，然后將兩者相除得到角度的正切值。較后通過(guò)“反正切”函數(shù)得到角度值。由于DSP通常用于算術(shù)處理，所以需要將正弦和余弦波數(shù)字化。目前市場(chǎng)上有幾種具有這些功能的特殊產(chǎn)品，但價(jià)格昂貴，大多數(shù)應(yīng)用需要尋找其他替代產(chǎn)品。

目前，較常用的方法之一是檢測(cè)輸出信號(hào)中載波頻率的峰值，以觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。如果調(diào)制信號(hào)總是在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)切換，載波頻率將被消除。由于分辨率較高的delta-sigma ADC總是在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分和采樣，所以不僅會(huì)轉(zhuǎn)換峰值電壓，還需要采用TI ADS7861或ADS8361等逐次逼近型ADC，分辨率限制在12~14位。

這種方法還需要使用幾個(gè)電路模塊，這些電路模塊必須產(chǎn)生合適的正弦載波，在合適的時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)轉(zhuǎn)換過(guò)程，ADC必須同步轉(zhuǎn)換信號(hào)。這不僅增加了成本，而且分辨率有限。

新概念的理論基礎(chǔ)

在新概念中，使用過(guò)采樣方法，并將解調(diào)移至數(shù)字域。調(diào)制信號(hào)的過(guò)采樣采用雙通道-調(diào)制器ADS1205，數(shù)字濾波芯片AMC1210用于調(diào)制器輸出的解調(diào)和抽取。

調(diào)制器只產(chǎn)生一個(gè)比特流，與ADC中的數(shù)字概念不同。為了輸出相當(dāng)于模擬輸入電壓的數(shù)字信號(hào)，必須使用數(shù)字濾波器來(lái)處理比特流。正弦濾波器是一種非常簡(jiǎn)單、易于構(gòu)建且所需硬件較少的濾波器。

頻率為調(diào)制器時(shí)鐘頻率的整數(shù)倍除以過(guò)采樣率的信號(hào)將被抑制，這些被抑制的頻率點(diǎn)稱為陷波。在這個(gè)新概念中，設(shè)置積分器抽取率的原理是使載波頻率落入某個(gè)陷波頻率。但先先需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，否則角度信息會(huì)和載頻一起被忽略。該任務(wù)由AMC1210完成。

AMC1210有四個(gè)通道，每個(gè)通道提供一個(gè)如圖2所示的濾波器結(jié)構(gòu)。

圖2:2:AMC 1210的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)

AMC1210也可用于測(cè)量電流。在本例中，我們使用比較器濾波器進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，它可以在低分辨率下實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)(如圖中藍(lán)色部分所示)。$ part可以以較低的采樣速率產(chǎn)生較高分辨率的輸出，這部分用于控制環(huán)路。根據(jù)應(yīng)用的需要，可以采用正弦濾波器和積分器來(lái)優(yōu)化濾波器的結(jié)構(gòu)。此外，該信道還可以用于濾波和解調(diào)。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

先先，AMC1210中的正弦濾波器對(duì)調(diào)制器的比特流進(jìn)行濾波，將其轉(zhuǎn)換為中等分辨率和中等速率的數(shù)據(jù)字。ADS1205較有效的三階正弦濾波器的過(guò)采樣率(OSR)為128。當(dāng)過(guò)采樣率超過(guò)128時(shí)，OSR每增加一倍，信噪比僅增加3dB。經(jīng)過(guò)解調(diào)后，積分器可以達(dá)到同樣的效果，縮短濾波器的延遲時(shí)間。

將OSR設(shè)置為128將生成14位數(shù)字調(diào)制信號(hào)，數(shù)據(jù)速率為：

在該等式中，fmod表示調(diào)制器的時(shí)鐘頻率，該頻率降低至調(diào)制器原始時(shí)鐘頻率的一半。在以下示例中，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)頻率為32.768MHz時(shí)，三階正弦濾波器的數(shù)據(jù)速率為128kHz。

一個(gè)