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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)變壓器，特別是涉及一種非隔離式的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓
O
背景技術(shù)：
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(jī)械振動、溫度、濕度等環(huán)境不敏感的優(yōu)點(diǎn)，已在諸如領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，在新能源汽車領(lǐng)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(yīng)用是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。如果把輸入的激勵(lì)電壓(正弦交流電壓)看作一個(gè)矢量，正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器將其分解為正交的兩個(gè)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(gè)乘法器， 將輸入的激勵(lì)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(shí)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(lì)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(diǎn)輸入端和輸出端之間電氣隔離。 即兩個(gè)輸入端A、B分別與交流電壓源91、92共用一個(gè)地；四個(gè)輸出端sin+、sin-、cos+、 cos-與交流電壓源91、92的地之間都沒有關(guān)系。我們將其稱為隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器， 其特點(diǎn)是位置檢測電路簡單、可靠，應(yīng)用成熟。圖2所示的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器具有這樣的特點(diǎn)輸入端和輸出端之間共用一個(gè)地，電氣不隔離。即兩個(gè)輸入端A、B分別與交流電壓源91、92共用一個(gè)地；四個(gè)輸出端 sin+,sin-,cos+,cos-也與交流電壓源91、92共用一個(gè)地。我們將其稱為非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其特點(diǎn)是成本很低。但其四個(gè)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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)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。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路包括一個(gè)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(gè)地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的四個(gè)輸出端都具有直流分量電壓；二個(gè)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。在一個(gè)實(shí)施例中，所述去除直流分量差分放大電路至少包括一個(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，該運(yùn)算放大器的正輸入端具有一個(gè)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(yùn)算放大器的輸出端的直流分量為所述運(yùn)算放大器的正輸入端的直流輸入電壓。更具體地，所述去除直流分量差分放大電路3包括一個(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(yùn)算放大器31的正、負(fù)輸入端；直流電壓Vdc連接到運(yùn)算放大器31的正輸入端；運(yùn)算放大器31的負(fù)輸入端和輸出端之間具有反饋；運(yùn)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 ；兩個(gè)輸出端M、N輸出的直流分量由新引入的直流電壓Vdc提供。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述去除直流分量差分放大電路至少包括兩個(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(gè)運(yùn)算放大器的正輸入端，這兩個(gè)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端都具有一個(gè)直流輸入電壓。更具體地，所述去除直流分量差分放大電路3包括兩個(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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-或cos+、cos-分別連接到兩個(gè)運(yùn)算放大器31、32的正輸入端；直流電壓Vdc連接到兩個(gè)運(yùn)算放大器31、32 的負(fù)輸入端；兩個(gè)運(yùn)算放大器31、32的負(fù)輸入端和輸出端之間都具有反饋；兩個(gè)運(yùn)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3中，兩個(gè)運(yùn)算放大器31、32作為兩個(gè)減法器。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(shè)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，因而本實(shí)用新型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；[0018]圖3是本實(shí)用新型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是本實(shí)用新型中去除直流分量差分放大電路的不同實(shí)施例。圖中附圖標(biāo)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(yùn)算放大器；4為處理芯片；91、92為交流電壓源。
具體實(shí)施方式
請參閱圖3，本實(shí)用新型非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測電路包括一個(gè)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(gè)地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器2的四個(gè)輸出端sin+、Sin-、cos+、 cos-都具有直流分量電壓Voffset ；二個(gè)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(jié)構(gòu)，介紹如下激勵(lì)信號1為一個(gè)具有直流分量的交流電壓信號Vl+Am/2*Sin (ω t)，該激勵(lì)信號 1作為一個(gè)buffer放大電路1的輸入。激勵(lì)信號2為一個(gè)具有直流分量的交流電壓信號Vl-Am/2*Sin (ω t)，該激勵(lì)信號 2作為另一個(gè)buffer放大電路1的輸入。buffer放大電路1具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，它將激勵(lì)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(lì)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(lì)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(gè)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(gè)輸入端A、B。兩個(gè)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(gè)輸入端和四個(gè)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(gè)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(gè)特點(diǎn)，隔離式旋轉(zhuǎn)變壓器的四個(gè)輸出端就沒有直流分量。每個(gè)去除直流分量差分放大電路3具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)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(gè)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(gè)輸出端輸出純直流信號，大小等同于前一個(gè)輸出端的直流分量。并且兩個(gè)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(gè)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(gè)輸入端，分別接收兩個(gè)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(gè)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。本實(shí)用新型中，去除直流分量差分放大電路3可以具有多種實(shí)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(gè)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(gè)具體實(shí)施例。包括一個(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(yùn)算放大器31的正、負(fù)輸入端。直流電壓Vdc通過電阻Rl連接到運(yùn)算放大器31的正輸入端。運(yùn)算放大器31的負(fù)輸入端和輸出端之間通過電阻Rl連接。運(yùn)算放大器31的輸出端還通過電容C接地。運(yùn)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(shí)施例中，兩個(gè)輸入端的直流分量Voffset被去除掉，兩個(gè)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(gè)具有直流分量的交流電壓信號 Vdc+Aii^sii^cDt+cpPKPKSSii^epKS，其中K3為運(yùn)算放大器31的放大系數(shù)。輸出端 N輸出一個(gè)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(gè)具體實(shí)施例。與圖4相比，只是簡單地將一個(gè)電阻拆分為多個(gè)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(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)施例。與圖4相比，只是簡單地使用了兩級運(yùn)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(gè)具體實(shí)施例。包括兩個(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(yùn)算放大器31的正輸入端、運(yùn)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(yùn)算放大器31的負(fù)輸入端、運(yùn)算放大器32的負(fù)輸入端。運(yùn)算放大器31的負(fù)輸入端和輸出端之間通過電阻 R13連接。運(yùn)算放大器32的負(fù)輸入端和輸出端之間通過電阻R23連接。運(yùn)算放大器31的輸出端還通過電容Cl接地。運(yùn)算放大器32的輸出端還通過電容C2接地。運(yùn)算放大器31 的輸出端和運(yùn)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(shí)施例中，兩個(gè)運(yùn)算放大器31、32作為兩個(gè)減法器，將兩個(gè)輸入端的直流分量Voffset減去外加的直流電壓Vdcl與一個(gè)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(gè)具體實(shí)施例。它可以看作是圖 8與圖4兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)合，兩個(gè)輸入端的直流分量先通過減法器降低，再被去除掉，兩個(gè)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(gè)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(gè)直流電壓Vdc。圖4 圖9的各實(shí)施例中，去除直流分量差分放大電路3的兩個(gè)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。以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本實(shí)用新型。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)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(gè)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(gè)地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的四個(gè)輸出端都具有直流分量電壓；二個(gè)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。
2.根據(jù)權(quán)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(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，該運(yùn)算放大器的正輸入端具有一個(gè)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(yùn)算放大器的輸出端的直流分量為所述運(yùn)算放大器的正輸入端的直流輸入電壓。
3.根據(jù)權(quán)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(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(yùn)算放大器(31)的正、負(fù)輸入端；直流電壓(Vdc)連接到運(yùn)算放大器(31)的正輸入端；運(yùn)算放大器(31)的負(fù)輸入端和輸出端之間具有反饋；運(yùn)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)；兩個(gè)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(quán)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(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)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(gè)運(yùn)算放大器的正輸入端，這兩個(gè)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端都具有一個(gè)直流輸入電壓。
5.根據(jù)權(quán)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(gè)雙端輸入、單端輸出的運(yùn)算放大器(31、32)，非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器O)的一對輸出端(sin+、sin-)或(cos+、cos-)分別連接到兩個(gè)運(yùn)算放大器(31、32)的正輸入端；直流電壓(Vdc)連接到兩個(gè)運(yùn)算放大器(31、32)的負(fù)輸入端；兩個(gè)運(yùn)算放大器(31、32)的負(fù)輸入端和輸出端之間都具有反饋；兩個(gè)運(yùn)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(3)中，兩個(gè)運(yùn)算放大器(31、3幻作為兩個(gè)減法器。
專利摘要本實(shí)用新型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(gè)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(gè)地；所述非隔離式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的四個(gè)輸出端都具有直流分量電壓。二個(gè)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。本實(shí)用新型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G01B7/30GK202195824SQ20112031439
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
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