專利名稱：非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)變壓器，特別是涉及一種非隔離式的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。
背景技術：
旋轉(zhuǎn)變壓器(rotary transformer)又稱為分解器(resolver)，用來測量旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)變壓器具有可靠性、穩(wěn)定性高，對機械振動、溫度、濕度等環(huán)境不敏感的優(yōu)點，已在諸如領域得到應用。例如，在新能源汽車領域中，旋轉(zhuǎn)變壓器已逐步成為一種主流的旋轉(zhuǎn)位置檢測傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器的一種典型應用是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。如果把輸入的激勵電壓(正弦交流電壓)看作一個矢量，正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器將其分解為正交的兩個分量，這就是旋轉(zhuǎn)變壓器的英文名resolver (分解器)的本義。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器也可以看作為一個乘法器， 將輸入的激勵電壓分別乘以定子和轉(zhuǎn)子間旋轉(zhuǎn)角度的正弦和余弦。目前最常見的一種正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器，其原理圖如圖1所示。圖1和圖2表示了兩種不同類型的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。其中，交流電壓源91輸出的交流電壓為Voffset+Am/2*sin((Dt+cp)*Kl，其中Voffset為直流分量電壓，Am、ω沖分別為交流分量電壓的最大幅值、角頻率、初始相位，t為時間，Kl為放大系數(shù)。交流電壓源 92輸出的交流電壓為Voffset-Am/2*sin((Dt+cp)*Kl。該正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸入端 A、B之間的交流電壓為Amhii^tDt+cpPKl，作為激勵電壓。該正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸出端sin+、sin-之間的交流電壓為Am*sin((Dt+cp)*Kl*K2*sin(e)，其中θ為該正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子之間的旋轉(zhuǎn)角度，Κ2為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的放大系數(shù)。另一對輸出端 cos+、cos-之間的交流電壓為Am*sin(tDt+cp)*Kl*K2*cos(e)。圖1所示的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器具有這樣的特點輸入端和輸出端之間電氣隔離。 即兩個輸入端A、B分別與交流電壓源91、92共用一個地；四個輸出端sin+、sin-、cos+、 cos-與交流電壓源91、92的地之間都沒有關系。我們將其稱為隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器， 其特點是位置檢測電路簡單、可靠，應用成熟。圖2所示的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器具有這樣的特點輸入端和輸出端之間共用一個地，電氣不隔離。即兩個輸入端A、B分別與交流電壓源91、92共用一個地；四個輸出端 sin+,sin-,cos+,cos-也與交流電壓源91、92共用一個地。我們將其稱為非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其特點是成本很低。但其四個輸出端sin+、sin-、cos+、cos-都具有直流分量 Voffset，而該直流分量Voffset —般大于后續(xù)處理芯片的最高工作電壓，因此不能與處理芯片直接相連。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，該電路可以解決非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器與處理芯片之間的連接問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路包括
一個非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸入端和輸出端之間共用一個地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的四個輸出端都具有直流分量電壓；二個去除直流分量差分放大電路，分別連接所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的兩對輸出端，將這兩對輸出端的直流分量電壓降低或消除。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的信號需要經(jīng)過處理芯片轉(zhuǎn)換后，才可用于其他設備。而非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端都具有較大的直流分量電壓，該直流分量電壓通常超出了后續(xù)處理芯片的最大工作電壓，因而本發(fā)明特別在非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器和處理芯片之間增加了去除直流分量差分放大電路。該去除直流分量差分放大電路的作用有二 一是降低或消除所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端的直流分量電壓，使處理后的直流分量與交流分量的最大幅值之和小于或等于后續(xù)處理芯片的最大工作電壓；二是放大所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端的交流分量電壓的幅值。而在采用了非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路后，即使增加了 “去除直流分量差分放大電路”模塊，仍然比采用隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的成本更低。


圖1是隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的示意圖；圖2是非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的示意圖；圖3是本發(fā)明非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路的示意圖；圖4 圖9是本發(fā)明中去除直流分量差分放大電路的不同實施例。圖中附圖標記說明1為buffer放大電路；2為非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器；A、B為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸入端；sin+、sin-為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸出端；C0S+、C0S-為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的另一對輸出端；3為去除直流分量差分放大電路；M、N為去除直流分量差分放大電路的一對輸出端；31、32、33為運算放大器；4為處理芯片；91、92為交流電壓源。
具體實施例方式請參閱圖3，本發(fā)明非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路包括一個非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2，其輸入端A、B和輸出端sin+、sin-、cos+、 COS-共用一個地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的四個輸出端sin+、Sin-、cos+、 cos-都具有直流分量電壓Voffset ；二個去除直流分量差分放大電路3，分別連接所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2 的兩對輸出端(sin+、sin-)和(cos+、cos-)，將這兩對輸出端的直流分量電壓Voffset降低。圖3中還包括了一些輔助電路結構，介紹如下激勵信號1為一個具有直流分量的交流電壓信號Vl+Am/2*Sin (ω t)，該激勵信號 1作為一個buffer放大電路1的輸入。激勵信號2為一個具有直流分量的交流電壓信號Vl-Am/2*Sin (ω t)，該激勵信號 2作為另一個buffer放大電路1的輸入。buffer放大電路1具有一個輸入端和一個輸出端，它將激勵信號中的直流分量和交流分量放大。buffer放大電路1的輸出的也是具有直流分量的交流電壓信號，輸入為激勵信號1的buffer放大電路1的輸出端為Voffset+Am/2*sin((Dt+cp)*Kl，輸入為激勵信號2的buffer放大電路1的輸出端為Voffset-Am/2*sin((Dt+cp)*Kl，其中Kl為buffer放大電路1的放大系數(shù)。兩個buffer放大電路1的輸出端分別連接非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的兩個輸入端A、B。兩個buffer放大電路1的輸出端之間的差分信號為純交流信號Am*sin((Dt+cp)*Kl，作為非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的輸入電壓。非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2具有兩個輸入端和四個輸出端，將輸入的差分信號 AmSii^cDt+cpPKl乘以旋轉(zhuǎn)角度θ的正弦和余弦，形成兩對輸出的差分信號。一對輸出端sin+、sin-之間輸出的差分信號為Aii^sii^cDt+cpPKPKSSii^)，另一對輸出端 cos+、cos-之間輸出的差分信號為Am*sin(tDt+cp)*Kl*K2*cos(e)，其中K2為非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的放大系數(shù)。值得注意的是，非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的四個輸出端Sin+、Sin-、C0S+、C0S-都具有直流分量Voffset。這是非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一個特點，隔離式旋轉(zhuǎn)變壓器的四個輸出端就沒有直流分量。每個去除直流分量差分放大電路3具有兩個輸入端和兩個輸出端。一種情況下， 去除直流分量差分放大電路3將輸入的差分信號放大后，以一個輸出端輸出帶有直流分量的交流信號，該直流分量與交流分量的最大幅值之和小于或等于后續(xù)處理芯片4的最大工作電壓；另一個輸出端輸出純直流信號，大小等同于前一個輸出端的直流分量。并且兩個輸出端之間的差分信號為純交流信號。另一種情況下，去除直流分量差分放大電路3將輸入的差分信號放大后仍以差分信號的形式輸出，并控制兩個輸出端的直流分量與交流分量的最大幅值之和小于或等于后續(xù)處理芯片4的最大工作電壓。處理芯片4具有四個輸入端，分別接收兩個去除直流分量差分放大電路3的輸出。 由于處理芯片4的四個輸入端所接收的信號的直流分量與交流分量的最大幅值之和總是小于其工作電壓，因而處理芯片4總是可以正常工作。本發(fā)明中，去除直流分量差分放大電路3可以具有多種實現(xiàn)方式，其總體思路分為兩種一種是去除該去除直流分量差分放大電路3輸入端的直流分量Voffset，以一個新引入的較小的直流分量Vdc輸出。另一種是使用減法器電路，降低該去除直流分量差分放大電路3輸入端的直流分量后輸出。請參閱圖4，這是去除直流分量差分放大電路3的一個具體實施例。包括一個雙端輸入、單端輸出的運算放大器31，非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的一對輸出端sin+、 sin-(也可以是cos+、cos-)各通過電阻R2連接到運算放大器31的正、負輸入端。直流電壓Vdc通過電阻Rl連接到運算放大器31的正輸入端。運算放大器31的負輸入端和輸出端之間通過電阻Rl連接。運算放大器31的輸出端還通過電容C接地。運算放大器31的輸出端和直流電壓Vdc分別作為去除直流分量差分放大電路3的輸出端M、 N。該實施例中，兩個輸入端的直流分量Voffset被去除掉，兩個輸出端M、N輸出的直流分量由新引入的直流電壓Vdc提供。輸出端M輸出一個具有直流分量的交流電壓信號 Vdc+Aii^sii^cDt+cpPKPKSSii^epKS，其中K3為運算放大器31的放大系數(shù)。輸出端 N輸出一個直流電壓Vdc。圖5顯示了去除直流分量差分放大電路3的另一個具體實施例。與圖4相比，只是簡單地將一個電阻拆分為多個電阻的串聯(lián)、并聯(lián)形式，功能并無改變。圖6顯示了去除直流分量差分放大電路3的另一個具體實施例。與圖4相比，只是簡單地將增加了電阻、電容的串聯(lián)、并聯(lián)，功能并無改變。圖7顯示了去除直流分量差分放大電路3的另一個具體實施例。與圖4相比，只是簡單地使用了兩級運算放大器，其目的是提高對輸入端的交流信號的放大系數(shù)，功能并無改變。圖8顯示了去除直流分量差分放大電路3的另一個具體實施例。包括兩個雙端輸入、單端輸出的運算放大器31、32，非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的一對輸出端sin+、 sin-(也可以是C0S+、C0S-)各通過電阻R11、R21分別連接到運算放大器31的正輸入端、運算放大器32的正輸入端。直流電壓Vdcl分別通過電阻R21、R22連接到運算放大器31的負輸入端、運算放大器32的負輸入端。運算放大器31的負輸入端和輸出端之間通過電阻 R13連接。運算放大器32的負輸入端和輸出端之間通過電阻R23連接。運算放大器31的輸出端還通過電容Cl接地。運算放大器32的輸出端還通過電容C2接地。運算放大器31 的輸出端和運算放大器32的輸出端分別作為去除直流分量差分放大電路3的輸出端M、N。 該實施例中，兩個運算放大器31、32作為兩個減法器，將兩個輸入端的直流分量Voffset減去外加的直流電壓Vdcl與一個系數(shù)的乘積，從而使得輸出端M、N的直流分量減小。圖9顯示了去除直流分量差分放大電路3的另一個具體實施例。它可以看作是圖 8與圖4兩個實施例的結合，兩個輸入端的直流分量先通過減法器降低，再被去除掉，兩個輸出端M、N的直流分量由較小的外加直流電壓Vdc提供。輸出端M輸出一個具有直流分量的交流電壓信號，其中的直流分量為Vdc。輸出端N輸出一個直流電壓Vdc。圖4 圖9的各實施例中，去除直流分量差分放大電路3的兩個輸出端M、N的直流分量與交流分量的最大幅值之和都小于或等于處理芯片4的最大工作電壓，因而可以輸入到處理芯片4，如圖3所示。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限定本發(fā)明。對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，其特征是，包括一個非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸入端和輸出端之間共用一個地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的四個輸出端都具有直流分量電壓；二個去除直流分量差分放大電路，分別連接所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的兩對輸出端，將這兩對輸出端的直流分量電壓降低。
2.根據(jù)權利要求1所述的非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，其特征是，所述去除直流分量差分放大電路至少包括一個雙端輸入、單端輸出的運算放大器，所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸出端分別連接該運算放大器的正、負輸入端，該運算放大器的正輸入端具有一個直流輸入電壓，該直流輸入電壓小于所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端的直流分量電壓，該運算放大器的輸出端的直流分量為所述運算放大器的正輸入端的直流輸入電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，其特征是，所述去除直流分量差分放大電路C3)包括一個雙端輸入、單端輸出的運算放大器(31)，非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器(2)的一對輸出端(Sin+、Sin-)或(C0S+、C0S-)分別連接到運算放大器(31)的正、負輸入端；直流電壓(Vdc)連接到運算放大器(31)的正輸入端；運算放大器(31)的負輸入端和輸出端之間具有反饋；運算放大器(31)的輸出端和直流電壓(Vdc) 分別作為去除直流分量差分放大電路(3)的輸出端(M、N)；該去除直流分量差分放大電路 (3)的兩個輸入端的直流分量(Voffset)被去除掉，兩個輸出端(M、N)輸出的直流分量由新引入的直流電壓(Vdc)提供。
4.根據(jù)權利要求1所述的非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，其特征是，所述去除直流分量差分放大電路至少包括兩個雙端輸入、單端輸出的運算放大器，所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸出端分別連接這兩個運算放大器的正輸入端，這兩個運算放大器的負輸入端都具有一個直流輸入電壓，每個運算放大器相當于一個減法器，每個運算放大器都將正輸入端的直流分量電壓通過減法器降低后輸出。
5.根據(jù)權利要求4所述的非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，其特征是，所述去除直流分量差分放大電路C3)包括兩個雙端輸入、單端輸出的運算放大器(31、32)，非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的一對輸出端(sin+、sin-)或(cos+、cos-)分別連接到兩個運算放大器(31、32)的正輸入端；直流電壓(Vdc)連接到兩個運算放大器(31、32)的負輸入端；兩個運算放大器(31、32)的負輸入端和輸出端之間都具有反饋；兩個運算放大器 (31,32)的輸出端分別作為去除直流分量差分放大電路(3)的輸出端(M、N)；該去除直流分量差分放大電路C3)中，兩個運算放大器(31、3幻作為兩個減法器，將兩個輸入端的直流分量(Voffset)減小后，再從輸出端(M、N)輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路，包括一個非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸入端和輸出端之間共用一個地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的四個輸出端都具有直流分量電壓。二個去除直流分量差分放大電路，分別連接所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的兩對輸出端，將這兩對輸出端的直流分量電壓降低或消除。本發(fā)明可以使非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的信號經(jīng)過處理后輸入給處理芯片，從而降低了位置檢測電路的成本。
文檔編號G01B7/30GK102393215SQ201110247399
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權日2011年8月25日
發(fā)明者付登萌, 孫全強 申請人:聯(lián)合汽車電子有限公司