MCU针对旋变电机控制原理及解决方案

嵌入式专栏 · 发表于 5 天前

旋转变压器sensor广泛应用在电机系统中，今天给大家介绍一下瑞萨针对旋转变压器sensor的电机控制方案。

旋转变压器sensor的电磁理论基础同普通变压器基本相似。请看下图示例：

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主要由励磁绕组，正弦绕组和余弦绕组构成。正、余弦绕组根据极对数设计，交替绕制。励磁绕组相当于变压器的原边，通过激励电压产生交变磁场，正、余弦绕组相当于变压器的副边，产生感应电压。当转子旋转时，转子凸起部引起副边磁通量发生周期性变化，副边绕组将产生与转子位置变化有关的电压脉冲信号。解析这组脉冲信号，可以获得转子的位置信息。

通过上面原理的讲解可以看到，旋转变压器sensor在电机旋转过程中，交变的电磁信号可根据位置信息同步高速变化，为电机控制提供高精度的位置信息。其结构主要由绕线和硅钢等实现，所以比起其他的sensor，具有高可靠性，耐高低温，防水防尘，抗震动，抗强电磁干扰，低成本等优点。

但是旋转变压器sensor输出的电压信号类似鱼尾纹，如果直接由MCU接收后解析，将占用MCU很大的负荷。所以行业内普遍的方案是，增加一个专门解析旋变信号的IDC，接收旋变正、余弦绕组输出信号后，解析位置信号，再输出给MCU，以提高系统效率。

控制系统总体设计原理，如下框图所示：

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RX MCU发出两路相位相差60度的方波，经过整流电路转化为正弦激励信号，输入到IDC激励引脚CARRIER。

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RDC内部电路处理后，生成激励信号输入到resolver励磁绕组。

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当转子旋转时，正、余弦绕组绕组将产生与转子位置变化有关的电压脉冲信号。可将此两组信号的正负相，分别输入到IDC的XA（B）P（N）引脚。

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将两组电压脉冲信号输入到IDC后，经过IDC的解析，会输出带有位置结果信息的方波给到MCU。MCU仅需检测新方波信号的相移，即可获得位置结果。大大提高了系统的运行效率。

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特别的，瑞萨IDC内部有放大、滤波和矫正电路，可以实时对信号进行补偿，可以大大提高信号的可靠性。经内部测试，应用瑞萨IDC可降低角度转化误差在±0.2度以内。

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针对不同的使用场景，瑞萨提供两个具体方案。
一个是resolver+stepping_motor样例工程，也就是对应本体为步进电机，应用旋转变压器sensor的场景。
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https://www.renesas.cn/zh/document/scd/vector-control-two-phase-stepping-motor-resolverevaluation-system- stepping-motor-resolver-structure

一个是resolver+BLDC样例工程，也就是对应本体为BLDC电机，应用旋转变压器sensor的场景。可分别登录瑞萨官方网站，获取样例代码和相关支持资料。
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https://www.renesas.cn/zh/document/scd/vector-control-bldc-motor-resolver-evaluation-system-bldc-motor-rev101?r=542231

样例工程可在瑞萨发布的样件上运行，可供用户熟悉芯片性能、软件工程和在此基础上拓展开发。

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针对不同的应用场景，可选用型号为RTK0EMX270S01020BJ（RX Evaluation System for Stepping Motor with Resolver），对应resolver+stepping_motor方案开发，或者选用型号为RTK0EMX270S00020BJ（用于BLDC电机的RX评估系统），对应BLDC方案开发。

样件购买可登录瑞萨官方网站，或咨询当地代理商。
复制下方链接至浏览器查看：
https://www.renesas.cn/zh/key-technologies/motor-control#parametric_options
本文介绍了，瑞萨针对旋转变压器sensor，这种应用场景的解决方案。包括旋转变压器sensor的一般应用原理，瑞萨MCU方案的系统结构，对应原理，样例代码位置。方便用户快速导入并应用于系统工程的建立。
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