旋变接口定义（tsw旋变）

在电机驱动应用中，通常需要位置和速度反馈环路，如图1所示。这个环节对系统的性能起着关键作用。如今，市场上有多种测量位置和旋转速度的传感技术，可以满足用户不同精度应用的需求。其中，旋转变压器是测量位置和速度的可靠传感器，广泛应用于工业驱动和新能源汽车等领域。通过阅读本文，您可以了解：什么是解析器、它是如何工作的、解析器的相关应用以及目前市场上有哪些解决方案。

图1 电机驱动系统基本框图

1.什么是解析器？

旋转变压器，简称旋转变压器，是一种用于测量旋转物体角位移和角速度的电磁传感器。旋转变压器由定子和转子组成。转子通常固定在电机轴上并同步旋转。

2. 旋转是如何运作的？

与普通变压器的原理类似，旋转变压器的定子绕组充当变压器的初级侧并接收励磁电压。转子绕组作为变压器的次级侧，通过电磁耦合获得感应电压。转子绕组的输出电压幅值与转子角度呈正余弦函数关系，如图3所示。对输出信号进行模数转换，计算反正切值，即可得到当前的角位移转子。角位移相对于时间的微分就是转速。

图3 旋转变压器工作原理

此外，旋转变压器的工作需要借助图4中的外围电路。

为了驱动旋转变压器，需要升压芯片和激励运算放大器。升压芯片通常用于为激励运算放大器和旋转变压器供电。激励运算放大器用于生成正弦波输入信号。旋转变压器需要使用该信号来生成相应的正弦和余弦输出信号。

旋转变压器的输出是模拟信号，模拟前端（AFE）需要对信号进行滤波和调整，然后再反馈给MCU进行角度计算。旋转变压器数字转换器(RDC) 用于将正弦和余弦模拟信号转换为数字信号。输出端可以通过多种通信方式，如SPI、并行接口、模拟编码器接口、模拟量接口等，将位移、转速信息传输给MCU。最后，系统还需要多种保护和故障检测功能传感器与电子元件之间，如过流保护、过压保护、短路保护、过热保护等。

图4 旋转变压器外部电路拓扑

3. 旋转变压器的典型应用有哪些？

由于内部没有电子元件，旋转变压器能很好地适应高温、灰尘、高速（8000r/m以上）、高振动等工作环境。这也使得旋转变压器比其他传感器具有更长的使用寿命。

旋转变压器的上述特性使其成为工业和汽车应用中最理想的传感器之一，如图5所示。在工业应用中，旋转变压器广泛应用于伺服控制系统（如电梯）、工业机器人、交流变频驱动器、塑料压制系统、纺织系统、冶金系统等。在汽车应用中，旋转变压器广泛应用于电动和混合动力汽车的牵引逆变器、HVAC系统、启停发电机和动力转向系统。

4. 现有的旋转变压器解决方案

目前，市场上现有的旋转变压器解决方案大多是分立式的，其拓扑结构如图6所示。该解决方案的BOM成本较高，电路板面积较大。同时，分立设计需要更长的开发时间。特别是新平台的开发需要开发人员调试设计以适应不同型号的旋转变压器传感器。

图6 现有旋转变压器接口分立解决方案的拓扑

图7 TI旋转变压器接口集成解决方案拓扑

为了简化设计，德州仪器(TI) 提供了PGA411-Q1 旋转变压器接口芯片，如图7 所示。PGA411-Q1 集成了励磁运算放大器、升压DC-DC 芯片、模拟前端(AFE)、旋转变压器数字转换器( RDC）及多重保护和故障诊断功能。使用该芯片，系统可以简化为三个部分：旋转变压器传感器、PGA411-Q1和MCU。此外，该芯片还为应用提供以下优势：

简化系统：高集成度降低了整个系统的BOM成本和PCB成本。

节省开发时间：缩短开发周期。工程师无需改变外部电路，只需修改寄存器即可调整外部输出信号。兼容不同平台、不同型号的解析器。

符合SafeTI 标准，确保功能安全：帮助系统通过功能安全标准，最高可达ASIL D (ISO26262)。

5. PGA411+C2000完整解决方案

PGA411-Q1 还可与C2000 平台结合使用，提供完整的TI 解决方案。除了PGA411-Q1的功能安全标准外，C2000 Delphino系列还满足ASIL-B的安全标准。目前，PGA411-Q1已经拥有丰富的开发工具和参考资料。 PGA411-Q1评估板可帮助您快速掌握PGA411-Q1的开发和使用。另外两个参考设计：用于工业应用的TIDA-00363 和用于汽车应用的TIDA-00796。两者都与C2000 评估板LAUNCHXL-F28069M 具有即插即用兼容性。以上工具和材料可以让开发变得更简单、方便。

审稿编辑：郭婷