瑞萨高精度旋转变压器电机控制方案

什么是旋转变压器呢？它是一种电磁式传感器，用来测量旋转物体的角位移和角速度。如下图所示，旋变由定子和转子组成，通常转子固定于电机转轴上，同步旋转。

旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似。旋转变压器定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的副边，通过电耦合谐振磁耦合作用得到感应电压。

旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，从而输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系。对输出信号进行模数转换，计算反正切值，即可得到转子当前的角位移，角位移对时间的微分即为转速。

下面就给大家讲讲瑞萨高精度旋转变压器电机控制方案。

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旋变电机控制方案

瑞萨电子基于旋转变压器开发了高精度的电机控制解决方案，自主研发了全新的RDC （Resolver-to-Digital Converters旋转变压器到数字转换器）IC，并结合RX系列微控制器 （MCU），推出了高精度的旋转变压器电机控制解决方案。该方案可广泛适用于工业和消费应用的电机控制系统。

上图是方案的构成框图。在该方案中，RDC IC和RX MCU将来自旋转变压器的信号处理为角度信息，RX MCU同时还可以控制电机运转。RX MCU上提供了RDC IC专用驱动程序，使用API接口就可以轻松地执行旋转变压器处理。

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瑞萨RDC IC的主要特点

瑞萨RDC IC具备以下几个主要特点：

首先，瑞萨RDC IC采用了新的相位差检测方式（Phase error detection method），通过计数RX-MCU上的相位差来得出位置信息。相位差数据由旋转变压器信号中的激励信号和旋转角度信息生成。相比于传统的相位跟踪检测方式（Phase tracking method），相位差检测方式可以实现更高精度、更高速的电机实时控制。

传统的采用PI控制伺服回路的相位跟踪检测方式包含频率特性，因此电机变速时会出现延迟时间。

示例

当使用1KHz作为主要频率特性时，会出现125μs的延迟。

※1KHz输入的延迟为45°→125μs＝1ms*45°/360°

⇒ 由于角度急剧变化，阶跃输入的伺服跟踪时间延迟增加。示例：1.5-8ms＠180°阶跃。

而采用瑞萨的相位差检测方式，由于不关联频率特性，所以不会出现延迟时间。

⇒ 对于剧烈角度变化引起的阶跃输入，可以快速响应（10μs，20°阶跃输入）。

在旋转变压器传感器的配置上，该方案兼容电压检测型和电流检测型。旋转变压器必须是单相励磁两相输出型旋转变压器。不仅可以使用常见的电压检测型旋转变压器，还可使用低成本制造的电流检测型旋转变压器。

通过和多对极的旋转变压器配合，可以200,000 P/R机械角位置的高分辨率实现高位置精度。而且由于RX MCU可以计算电机原点位置，因此不需要电机原点位置的Z相输出。

通过RDC IC组合RX MCU的方式，由MCU分担角度计算的部分功能，从而使得RDC IC的电路设计更加简化，降低RDC IC的器件成本。另一方面，通过加入特有的绕组误差校正功能，可以将常见旋转变压器的误差从1.91°减小到0.48°左右，从而可以选择更加低成本的旋转变压器。

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瑞萨旋转变压器电机控制方案的测试数据

电机扭矩最大化

通过执行伺服控制，电机可实现扭矩最大化，并支持高速旋转。由于可简单地根据所需扭矩选择电机，而不考虑失步裕度，因此与开环控制方法相比，可缩小电机尺寸。

低功耗

通过使用旋转变压器执行伺服控制，可以显著降低待机电流，并且只消耗负载所需的电流。此外，还可通过降低电流消耗来抑制电机的发热。

在开环控制过程中，由于电机在负载扭矩为500mNm或更大时失步，因此没有获得任何数据。

低噪音、低振动

与开环控制相比，使用旋转变压器执行伺服控制可以显著抑制中低速范围的噪声和振动。

审核编辑：黄飞