旋轉干式變壓器信號處理的低成本高分辨率方案

諧振器包含三個繞組，即一個轉子繞組和兩個定子繞組。轉子繞組隨電機旋轉，定子繞組位置固定，兩個定子成90度角(如圖1所示)。這樣，繞組就形成了一個角度相關系數的干式變壓器。

圖1:旋轉式干式變壓器及其相關信號

施加到轉子繞組的正弦載波耦合到定子繞組，并且根據轉子繞組的角度對定子繞組的輸出進行幅度調制。由于安裝位置的原因，兩個定子繞組的調制輸出信號相差90度。

通過解調這兩個信號可以獲得電機的角位置信息。先先接收純正弦波和余弦波，然后將兩者相除得到角度的正切值。較后通過“反正切”函數得到角度值。由于DSP通常用于算術處理，所以需要將正弦和余弦波數字化。目前市場上有幾種具有這些功能的特殊產品，但價格昂貴，大多數應用需要尋找其他替代產品。

目前，較常用的方法之一是檢測輸出信號中載波頻率的峰值，以觸發模數轉換器(ADC)。如果調制信號總是在這個時間點切換，載波頻率將被消除。由于分辨率較高的delta-sigma ADC總是在一段時間內對信號進行積分和采樣，所以不僅會轉換峰值電壓，還需要采用TI ADS7861或ADS8361等逐次逼近型ADC，分辨率限制在12~14位。

這種方法還需要使用幾個電路模塊，這些電路模塊必須產生合適的正弦載波，在合適的時間點觸發轉換過程，ADC必須同步轉換信號。這不僅增加了成本，而且分辨率有限。

新概念的理論基礎

在新概念中，使用過采樣方法，并將解調移至數字域。調制信號的過采樣采用雙通道-調制器ADS1205，數字濾波芯片AMC1210用于調制器輸出的解調和抽取。

調制器只產生一個比特流，與ADC中的數字概念不同。為了輸出相當于模擬輸入電壓的數字信號，必須使用數字濾波器來處理比特流。正弦濾波器是一種非常簡單、易于構建且所需硬件較少的濾波器。

頻率為調制器時鐘頻率的整數倍除以過采樣率的信號將被抑制，這些被抑制的頻率點稱為陷波。在這個新概念中，設置積分器抽取率的原理是使載波頻率落入某個陷波頻率。但先先需要對信號進行解調，否則角度信息會和載頻一起被忽略。該任務由AMC1210完成。

AMC1210有四個通道，每個通道提供一個如圖2所示的濾波器結構。

圖2:2:AMC 1210的數字濾波器結構

AMC1210也可用于測量電流。在本例中，我們使用比較器濾波器進行過流保護，它可以在低分辨率下實現快速響應(如圖中藍色部分所示)。$ part可以以較低的采樣速率產生較高分辨率的輸出，這部分用于控制環路。根據應用的需要，可以采用正弦濾波器和積分器來優化濾波器的結構。此外，該信道還可以用于濾波和解調。 #p#分頁標題#e#

先先，AMC1210中的正弦濾波器對調制器的比特流進行濾波，將其轉換為中等分辨率和中等速率的數據字。ADS1205較有效的三階正弦濾波器的過采樣率(OSR)為128。當過采樣率超過128時，OSR每增加一倍，信噪比僅增加3dB。經過解調后，積分器可以達到同樣的效果，縮短濾波器的延遲時間。

將OSR設置為128將生成14位數字調制信號，數據速率為：

在該等式中，fmod表示調制器的時鐘頻率，該頻率降低至調制器原始時鐘頻率的一半。在以下示例中，當時鐘信號頻率為32.768MHz時，三階正弦濾波器的數據速率為128kHz。

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