瑞薩高精度旋轉變壓器電機控制方案

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。

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 Converte rs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。

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。