什么是旋轉變壓器呢？它是一種電磁式傳感器，用來測量旋轉物體的角位移和角速度。如下圖所示，旋變由定子和轉子組成，通常轉子固定于電機轉軸上，同步旋轉。

旋轉變壓器的工作原理和普通變壓器基本相似。旋轉變壓器定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵磁電壓。轉子繞組作為變壓器的副邊，通過電耦合諧振磁耦合作用得到感應電壓。

旋轉變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉子的角位移發生相對位置的改變，從而輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正弦、余弦函數關系。對輸出信號進行模數轉換，計算反正切值，即可得到轉子當前的角位移，角位移對時間的微分即為轉速。

下面就給大家講講瑞薩高精度旋轉變壓器電機控制方案。

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旋變電機控制方案

瑞薩電子基于旋轉變壓器開發了高精度的電機控制解決方案，自主研發了全新的RDC （Resolver-to-Digital Converters旋轉變壓器到數字轉換器）IC，并結合RX系列微控制器 （MCU），推出了高精度的旋轉變壓器電機控制解決方案。該方案可廣泛適用于工業和消費應用的電機控制系統。

上圖是方案的構成框圖。在該方案中，RDC IC和RX MCU將來自旋轉變壓器的信號處理為角度信息，RX MCU同時還可以控制電機運轉。RX MCU上提供了RDC IC專用驅動程序，使用API接口就可以輕松地執行旋轉變壓器處理。

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瑞薩RDC IC的主要特點

瑞薩RDC IC具備以下幾個主要特點：

首先，瑞薩RDC IC采用了新的相位差檢測方式（Phase error detection method），通過計數RX-MCU上的相位差來得出位置信息。相位差數據由旋轉變壓器信號中的激勵信號和旋轉角度信息生成。相比于傳統的相位跟蹤檢測方式（Phase tracking method），相位差檢測方式可以實現更高精度、更高速的電機實時控制。

傳統的采用PI控制伺服回路的相位跟蹤檢測方式包含頻率特性，因此電機變速時會出現延遲時間。

示例

當使用1KHz作為主要頻率特性時，會出現125μs的延遲。

※1KHz輸入的延遲為45°→125μs＝1ms*45°/360°

? 由于角度急劇變化，階躍輸入的伺服跟蹤時間延遲增加。示例：1.5-8ms＠180°階躍。

而采用瑞薩的相位差檢測方式，由于不關聯頻率特性，所以不會出現延遲時間。

? 對于劇烈角度變化引起的階躍輸入，可以快速響應（10μs，20°階躍輸入）。

在旋轉變壓器傳感器的配置上，該方案兼容電壓檢測型和電流檢測型。旋轉變壓器必須是單相勵磁兩相輸出型旋轉變壓器。不僅可以使用常見的電壓檢測型旋轉變壓器，還可使用低成本制造的電流檢測型旋轉變壓器。

通過和多對極的旋轉變壓器配合，可以200,000 P/R機械角位置的高分辨率實現高位置精度。而且由于RX MCU可以計算電機原點位置，因此不需要電機原點位置的Z相輸出。

通過RDC IC組合RX MCU的方式，由MCU分擔角度計算的部分功能，從而使得RDC IC的電路設計更加簡化，降低RDC IC的器件成本。另一方面，通過加入特有的繞組誤差校正功能，可以將常見旋轉變壓器的誤差從1.91°減小到0.48°左右，從而可以選擇更加低成本的旋轉變壓器。

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瑞薩旋轉變壓器電機控制方案的測試數據

電機扭矩最大化

通過執行伺服控制，電機可實現扭矩最大化，并支持高速旋轉。由于可簡單地根據所需扭矩選擇電機，而不考慮失步裕度，因此與開環控制方法相比，可縮小電機尺寸。

低功耗

通過使用旋轉變壓器執行伺服控制，可以顯著降低待機電流，并且只消耗負載所需的電流。此外，還可通過降低電流消耗來抑制電機的發熱。

在開環控制過程中，由于電機在負載扭矩為500mNm或更大時失步，因此沒有獲得任何數據。

低噪音、低振動

與開環控制相比，使用旋轉變壓器執行伺服控制可以顯著抑制中低速范圍的噪聲和振動。

審核編輯：黃飛