旋变激励信号调理和过流保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种电路，尤其是一种驱动电机中旋变单元的旋变激励信号调理和过流保护电路。


背景技术：

2.电机中的旋变单元安装于转子上，随转子转动，用于测量电机的旋转位置、转速。为了提高旋变单元的工作稳定性，旋变单元的激励电路需要科学设计，既要能够向旋变单元提供激励信号，又要在激励回路电流过大时提供保护。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种旋变激励信号调理和过流保护电路，能够为旋变单元提供大电压、大电流的激励信号，且能够为旋变激励回路提供过流保护功能。为实现以上技术目的，本实用新型实施例采用的技术方案是：
4.一种旋变激励信号调理和过流保护电路，包括：电源转换单元、dc/dc转换器、激励供电使能电路、信号调理与放大电路、电流采样电路、mcu与位置解码模块；
5.电源转换单元和dc/dc转换器的输入端用于接低压电源；电源转换单元的两个输出端分别用于产生直流电压vcc1和vcc3；dc/dc转换器的输出端用于产生直流电压vcc2_p；
6.激励供电使能电路的控制端接mcu与位置解码模块产生的使能信号m_vcc2_en，通过使能信号m_vcc2_en导通或切断激励供电使能电路的输入端与输出端；激励供电使能电路的输入端接dc/dc转换器的输出端，激励供电使能电路的输出端用于输出电压vcc2_s；
7.信号调理与放大电路的输入端接mcu与位置解码模块产生的旋变激励信号vin，并进行信号调理、电压电流放大后输出；
8.电流采样电路用于对信号调理与放大电路的输出电流进行采样，并产生电流采样信号vsen_adc向mcu与位置解码模块反馈；
9.mcu与位置解码模块接收电流采样信号vsen_adc，并用于产生使能信号m_vcc2_en，和旋变激励信号vin。
10.进一步地，激励供电使能电路包括pmos管q3、npn三极管q4、电阻r14、r15、电容c6；
11.电阻r14的一端作为激励供电使能电路的控制端接使能信号m_vcc2_en，电阻r14的另一端接电阻r15和电容c6的一端，并接三极管q4的基极；三极管q4的发射极、电阻r15和电容c6的另一端接地；三极管q4的集电极接pmos管q3的栅极；pmos管q3的源极作为激励供电使能电路的输入端接dc/dc转换器输出端产生的直流电压vcc2_p；pmos管q3的漏极作为激励供电使能电路的输出端用于输出电压vcc2_s。
12.进一步地，信号调理与放大电路包括两路相同的电路，其中一路包括运算放大器u1、u2、npn三极管q1、pnp三极管q2、电阻r1-r7、电容c1、c2、c3；
13.电容c1的一端接旋变激励信号vin，另一端接电阻r1的一端，电阻r1的另一端接运算放大器u1的反相输入端和电容c2、电阻r2的一端；u1的同相输入端接参考电压vref；运算
放大器u1的输出端接电容c2和电阻r2的另一端，以及运算放大器u2的同相输入端；u2的输出端接二极管d1的阴极和二极管d2的阳极；二极管d1的阳极接电阻r4的一端，电阻r4的另一端接电阻r3的一端和三极管q1的基极；电阻r3的另一端和三极管q1的集电极接激励供电使能电路输出端的电压vcc2_s；二极管d2的阴极接电阻r5的一端，电阻r5的另一端接电阻r6的一端和三极管q2的基极；电阻r6的另一端和三极管q2的集电极接地；三极管q2的发射极与q1的发射极相接，并连接运算放大器u2的反相输入端和电阻r7的一端；电阻r7的另一端产生差分输出信号exc+/exc-。
14.更进一步地，参考电压vref通过直流电压vcc1分压后得到；直流电压vcc1接电阻r8一端，电阻r8另一端接电阻r9一端和电容c3一端，电阻r9和电容c3另一端接地；电阻r8与r9相接的节点得到分压后的参考电压vref。
15.进一步地，电流采样电路包括运算放大器u3、电阻r10、r11、r12、r14、电容c4、c5；
16.电阻r10的一端和电阻r11的一端分别接电阻r7两端产生的信号vsen+、vsen-；电阻r10的另一端接运算放大器u3的反相输入端、电容c4的一端和电阻r13的一端，电容c4的另一端和电阻r13的另一端接u3的输出端；电阻r11的另一端接u3的同相输入端、电阻r12的一端和电容c5的一端，电阻r12的另一端和电容c5的另一端接电压vcc3；u3的输出端产生电流采样信号vsen_adc向mcu与位置解码模块反馈。
17.本实用新型的优点在于：
18.1）电路形式简单可靠，其信号调理与放大电路的中心偏置电压仅和外围电路给定的偏置相关，与mcu与位置解码模块输送的弱旋变激励信号偏置无关；
19.2）安全性高，其电流采样电路对旋变激励回路的电流进行实施监控，当超过设计的电流阈值时，可通过关闭电源的方式，实现过流回路的关断。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例中的总体电路示意图。
21.图2为本实用新型实施例中的激励供电使能电路原理图。
22.图3为本实用新型实施例中的信号调理与放大电路原理图。
23.图4为本实用新型实施例中的电流采样电路原理图。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.如图1所示，本实用新型的实施例提出一种旋变激励信号调理和过流保护电路，包括电源转换单元2、dc/dc转换器3、激励供电使能电路4、信号调理与放大电路5、电流采样电路6、mcu与位置解码模块7；
26.电源转换单元2和dc/dc转换器3的输入端用于接低压电源1；低压电源1可采用12v或24v直流电压，如蓄电池；电源转换单元2的两个输出端分别用于产生直流电压vcc1和vcc3；dc/dc转换器3的输出端用于产生直流电压vcc2_p；
27.激励供电使能电路4的控制端接mcu与位置解码模块7产生的使能信号m_vcc2_en，
通过使能信号m_vcc2_en导通或切断激励供电使能电路4的输入端与输出端；激励供电使能电路4的输入端接dc/dc转换器3的输出端，激励供电使能电路4的输出端用于输出电压vcc2_s；
28.信号调理与放大电路5的输入端接mcu与位置解码模块7产生的旋变激励信号vin，并进行信号调理、电压电流放大后输出，用作驱动旋变单元的旋变激励信号；在本实施例中，旋变激励信号vin为差分信号，因此信号调理与放大电路5的输出也是差分信号exc+/exc-；信号调理与放大电路5接激励供电使能电路4的输出端的电压vcc2_s作为供电电压；
29.电流采样电路6用于对信号调理与放大电路5的输出电流进行采样，并产生电流采样信号vsen_adc向mcu与位置解码模块7反馈；
30.mcu与位置解码模块7接收电流采样信号vsen_adc，并用于产生使能信号m_vcc2_en，和旋变激励信号vin；mcu与位置解码模块7可以根据电流采样信号vsen_adc监控旋变激励回路上的电流，一旦发生过流事件，可通过关闭使能信号m_vcc2_en，禁止输出旋变激励信号vin，以达到过流保护的目的；mcu与位置解码模块7可以单独采用一个mcu芯片，mcu上同时实现位置解码功能；或mcu与位置解码芯片独立设置；
31.如图2所示，在一个实施例中，激励供电使能电路4包括pmos管q3、npn三极管q4、电阻r14、r15、电容c6；
32.电阻r14的一端作为激励供电使能电路4的控制端接使能信号m_vcc2_en，电阻r14的另一端接电阻r15和电容c6的一端，并接三极管q4的基极；三极管q4的发射极、电阻r15和电容c6的另一端接地；三极管q4的集电极接pmos管q3的栅极；pmos管q3的源极作为激励供电使能电路4的输入端接dc/dc转换器3输出端产生的直流电压vcc2_p；pmos管q3的漏极作为激励供电使能电路4的输出端用于输出电压vcc2_s；当使能信号m_vcc2_en为高电平时，q3导通，pmos管q3的漏极输出电压vcc2_s；当使能信号m_vcc2_en为低电平时，q3关断，q3的漏极无输出电压；
33.如图3所示，在一个实施例中，信号调理与放大电路5包括两路相同的电路，其中一路包括运算放大器u1、u2、npn三极管q1、pnp三极管q2、电阻r1-r9、电容c1、c2、c3；
34.电容c1的一端接旋变激励信号vin，另一端接电阻r1的一端，电阻r1的另一端接运算放大器u1的反相输入端和电容c2、电阻r2的一端；u1的同相输入端接参考电压vref；运算放大器u1的输出端接电容c2和电阻r2的另一端，以及运算放大器u2的同相输入端；u2的输出端接二极管d1的阴极和二极管d2的阳极；二极管d1的阳极接电阻r4的一端，电阻r4的另一端接电阻r3的一端和三极管q1的基极；电阻r3的另一端和三极管q1的集电极接激励供电使能电路4输出端的电压vcc2_s；二极管d2的阴极接电阻r5的一端，电阻r5的另一端接电阻r6的一端和三极管q2的基极；电阻r6的另一端和三极管q2的集电极接地；三极管q2的发射极与q1的发射极相接，并连接运算放大器u2的反相输入端和电阻r7的一端；电阻r7的另一端产生差分输出信号exc+/exc-；
35.其中参考电压vref通过直流电压vcc1分压后得到；直流电压vcc1接电阻r8一端，电阻r8另一端接电阻r9一端和电容c3一端，电阻r9和电容c3另一端接地；电阻r8与r9相接的节点得到分压后的参考电压vref；vref作为中心偏置电压；
36.信号调理与放大电路5中，运算放大器u1起到旋变激励信号的信号调理作用，运算放大器u2以及q1、q2构成的推挽电路分别用于电压放大和电流放大；放大后的差分输出信
号exc+/exc-用作驱动旋变单元的旋变激励信号；其中的隔直电容c1可将输入的旋变激励信号vin中的直流偏置电压消除，使得整个信号调理与放大电路5的偏置电压仅和自身有关，其直流偏置电压为(r1+r2)/r1*vref，使得设计参数更简单，更统一；电阻r7用于输出电流采样；r7两端的信号vsen+、vsen-接到图4中的电流采样电路6，通过差分电压采样的方式，实现输出电流的实时监控；
37.如图4所示，在一个实施例中，电流采样电路6包括运算放大器u3、电阻r10、r11、r12、r14、电容c4、c5；
38.电阻r10的一端和电阻r11的一端分别接电阻r7两端产生的信号vsen+、vsen-；电阻r10的另一端接运算放大器u3的反相输入端、电容c4的一端和电阻r13的一端，电容c4的另一端和电阻r13的另一端接u3的输出端；电阻r11的另一端接u3的同相输入端、电阻r12的一端和电容c5的一端，电阻r12的另一端和电容c5的另一端接电压vcc3；u3的输出端产生电流采样信号vsen_adc向mcu与位置解码模块7反馈；
39.在mcu中可以预先设定输出电流阈值，当采样得到的电流采样信号vsen_adc超过预设电流阈值时，可将使能信号m_vcc2_en置为低电平，激励供电使能电路4中的q3关断，关闭信号调理与放大电路5的主要供电，以实现保护旋变激励回路的目的。
40.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。