前语
旋转变压器是机械或模仿传感器，可用来确认电机的肯定方位和速度。该类传感器常用于工业，轿车和航空职业——特别是在电机或传感器或许会被污染的恶劣环境中。常见的污染物包括：油、尘垢、食物颗粒，乃至是或许导致其他旋转感测技能无法施行的极点温度。特定的终究产品具有共同的规划应战和要求，其间一些应战和要求常见于大多数工业运用。其间两个应战是：1)角方位和速度数据的肯定精度;2)最小化或消除电磁搅扰(EMI)。
旋转变压器传感器的工业运用
一些肯定旋转传感技能(如光编码器)被屡次选用于工业运用。但是, 当敷衍恶劣环境或出于低成本考虑时，旋转变压器是抱负的挑选。伺服电机常用于工业范畴，与旋转变压器以及其他类型的方位传感器相连接。一般运用伺服电机和伺服驱动器与旋转变压器合作来完成角速度与方位丈量的运用包括：
· 数控(CNC)和注塑机
· 升降机
· 机械手臂
· 电动交通工具(电动自行车、电动滑板车、电动轮椅等)
· 铁路运输
· 农业和建筑设备
· 公共轿车和重型货车
· 高尔夫球车和低速电动车
首要的旋转变压器传感体系要求
准确和及时的旋转变压器视点输出
在找到运用旋转变压器来减轻电磁搅扰对工业体系的影响的办法之前，重要的是要先了解为什么准确的方位操控是必不可少的。旋转变压器供给一个理论上与无限解析度相同的模仿输出。模仿到数字的转化技能，经过将输出切割成块或过程的程度来约束解析度。对继续角进行有限切割将导致定量过错。例如，您能够运用一个12位分辨率的转化器来供给角输出。转化器轴旋转一圈被分为4096步(2^12对应一个12位分辨率)。因为一度等于60分，所以旋转一圈(360度)等于21600角分(60×360)。则每步的距离为5.27角分(21600/4096)。体系不或许供给比5.27角分更好的信息。
决议正确角方位的两个要害点是体系精度和体系安稳时刻。后者首要指的是角输出要花多久才干显现出准确方位。需要对体系的每个部件进行点评，以确认约束要素。体系中，典型的差错精度是旋转变压器差错和旋转变压器模仿数字转化(RDC’s)差错的总和。最常见的是，3-10角分就会呈现一个旋转变压器差错。再加上5.27角分会呈现旋转变压器模仿数字转化差错，则咱们能够得出准确的差错呈现规模是8.27-15.27角分。因而，挑选正确的RDC很重要。以下要素在典型的旋转变压器运用中会对体系精度和安稳时刻发生影响 [1]：
机械要素
· 传感器的结构(零位电压、变压比等)
· 传感器标准随温度的改变
· 线圈不平衡：正弦和余弦线圈输出电压或许会不平衡，然后导致差错
· 旋转变压器传感器未对准：旋转变压器或许装置过错，导致体系静态差错
· 旋转变压器传感器的极的数量：因为每添加一对极就会多检测360度，因而添加的极数会下降角差错
电气要素
· 旋转变压器模仿-数字转化结构
· 旋转变压器信号输入到角输出的时刻延迟，反响快速的角改变安稳时刻
· 模仿前端(AFE)部件的不平衡
· 体系具有处理环境要素的才能(例如,外部磁场或共模噪音)
安稳时刻
当旋转变压器的电机方位或输出信号改变敏捷时，安稳时刻是RDC操控体系的快速功能指标[2]。图1显现的一个是有阶跃输入改变(黑线)的RDC反应操控体系的安稳时刻的比如。蓝色信号显现的是对电路的正常形式呼应，赤色信号显现的是加快形式过程中呼应(角快速改变)。为了在快速改变的条件下追寻到旋转角，加快形式协助操控回路很简单盯梢到一个快速的旋转角[4]。
图 1：RDC阶跃呼应安稳时刻
EMC/EMI影响旋转变压器体系
电磁兼容性(EMC)指的是：电子体系要怎样在电磁环境中运转而不发生问题(免疫力)。同样地，体系发射脉冲必定不能搅扰到规模中的任何产品。在工业设备运用中，变速驱动器和操控电路是首要搅扰源。功率元件的快速切换，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和微操控器，是高频发射或搅扰的首要来历。IGBT切换时刻可长达100nS。
电气设备应该不受高频现象影响，例如：
1. 静电放电(ESD)
2. 快速瞬变(也称为EFT)
3. 辐射电磁场
4. 传导射频搅扰
5. 浪涌脉冲
约束条件由工业标准决议，例如IEC61800-3标准规则了包括AC/DC电机和操控电路的变速驱动器的电磁兼容性要求。在这样的环境下，任何规划都应该恪守确认的根本电气规划准则，以减轻噪声影响[3]。
1. 电子PCB原理图和布局规划：
a. 别离进行电源和模仿接地
b. 运用模仿滤波器来消除感测器信号上的共模噪音
c. 针对高频搅扰(如：铁氧体磁珠)的高频、低阻抗滤波器
d. 最小化回环面积，以便接地能够为信号回来途径供给尽或许低的阻抗
2. 机械规划：
a. 运用铠装的电缆和连接器(例如DB-9铠装连接器)
b. 布线：最小化驱动器和感测器部件之间的电缆长度
c. 运用铠装双绞电源和操控电缆来防止搅扰
d. 运用双铠装来下降辐射搅扰
变速驱动器的电磁搅扰免疫力要求
TI工程师测验IEC61800-3标准来获取环境标准(表1)。该规划运用铠装连接器和铠装电缆(长度>30m)。标准的界说见表2。
表1：IEC61800-3规则的变速驱动器的EMC标准
表2：IEC61800-3经过功能标准
EMI成果来自哪里?
任何高dl/dt或dV/dt都或许作为电磁搅扰(EMI)的重要潜在源头。电子信号的EDGE率能够发生谐波和互调失真。例如，一边10ns的EDGE率和另一边1ns的EDGE率导致10MHz的方波。这展现了添加的谐波含量怎么随同具有更快Edge Rate的方波。运用等式1作为一个核算特定Edge Rate下的谐波频率规模的一般公式：
依据该公式，10nsEdge Rate对应的谐波频率大约为31.8MHz。图3显现：最终一个重要的谐波频率为30MHZ。一起，1ns的Edge Rate对应的谐波频率318MHZ(图2)。假如频率规模扩展到300MHZ以外，显现的谐波仍很明显，但却在相关频率上敏捷变小。
图 2：10MHz方波频谱
图 3：31.8MHz方波频谱
这些办法能够协助下降噪音对旋转变压器体系精度的全体影响：
1. 运用差分信号协助削减电缆中的电气噪音
2. 铠装线缆噪音在影响传感器电路和发生差错之前传入地下
3. 在RDC结构中运用的模仿前端(AFE)能够过滤掉共模噪音
4. 争夺取得具有尽或许低阻抗的挨近完美的接地办法
5. 尽或许缩小扮演EMI天线人物的环路
屏蔽和过滤
一切导电的部件，如电缆、地、金属外壳等，能够传达辐射。电缆的搬运阻抗必须在频率到达100MHz的规模内低于100 mΩ/m。最高的屏蔽作用能够运用金属导管或波纹铝屏蔽层完成。电缆途径越长，要求的搬运阻抗越低。能够在信号电缆中运用共模电感器，以在一个特定功率上按捺共模搅扰。一个抱负的共模电感器不会一向差模信号。Faraday Cage(法拉第笼)技能是另一个常用的操控辐射搅扰的办法。
图 4：按捺共模噪音的扼流实例
定论
工业电机方位传感运用中的共同高精度与噪音应战，能够经过全面的规划考量和细心的电子元件挑选来处理。规划旋转变压器时，规划师应考虑体系安稳时刻的标准、有关EMI/EMC的芯片功能以及这些要素怎么影响全体的体系精度。
