高效的電機控制是電動汽車必不可少的部分，電動汽車一般采用永磁交流電機（PMAC）或感應電機。這兩種類型都有優(yōu)點，也有取舍。

PMAC 電機可以使用旋轉變壓器或編碼器。分解器將機械運動轉換為與絕對旋轉位置有關的電氣信息。它由一個初級繞組和兩個次級繞組組成。次級繞組相對于彼此成 90 度角位于定子上，而初級繞組位于轉子上。測量精度的缺乏直接影響電機的效率。其他類型的電機，例如可變磁阻，在定子上具有所有三個繞組。

當在初級繞組上施加勵磁電流時，正弦/余弦次級繞組將輸出相同頻率的信號，同時相位相差 90 度。您可以使用兩個次級繞組的大小來計算軸相對于定子的準確位置。

圖 1 顯示了帶有 ALM2402F-Q1 的基于旋轉變壓器的電路示例。

圖 1：使用 ALM2402F-Q1 的基于旋轉變壓器的電路 

精密測量的關鍵規(guī)格

旋轉變壓器的性能很大程度上取決于組件的選擇。由于旋轉變壓器的初級線圈具有低輸入阻抗（低至 100 Ω），因此通常需要勵磁驅動器具有高輸出電流能力，以便在初級繞組上產生大電壓。這可以通過分立解決方案實現(xiàn)——選擇運算放大器（op amp）和雙極結型晶體管，將所需的驅動電流提高到 200 mA 以上。但是，諸如 ALM2402F-Q1 之類的集成解決方案可提供更好的失調電壓匹配，從而提高精度，從而提供更好的效率。 

表 1 列出了基于旋轉變壓器的應用的典型要求。

表 1：基于旋轉變壓器的測量的典型參數(shù)

選擇合適的設備來驅動初級線圈的關鍵任務之一是確保激勵放大器的最小壓擺率，從而避免壓擺引起的失真。公式 1 將激勵電壓計算為正弦/余弦幅度與衰減之比：

(3.3/0.4) = 8.25 Vp-p (1)

公式 2 表示避免失真的最小壓擺率：

SR = 2 * π * Vp * f = [(2 * 3.14 * (8.25 / 2) * 20000)] / 1E6 (2)

公式 2 產生 0.52 V/μs。

圖 2 顯示了激勵放大器所需的最小壓擺率。

圖 2：激勵放大器所需的最小壓擺率與頻率的關系

 基于旋轉變壓器的測量方法

旋轉變壓器有兩種常用方法：帶有微控制器 (MCU) 的基于軟件的旋轉變壓器數(shù)字轉換器 (RDC) 和集成電路 RDC。MCU 生成脈沖寬度調制 (PWM) 信號，該信號被調制為正弦波。然后有源低通濾波器濾除 PWM 載波頻率并去除系統(tǒng)中不需要的諧波，只留下初級電路的激勵頻率分量。有源高通濾波器去除直流偏移。

一旦信號被濾除，就需要使用高輸出電流放大器進行調節(jié)，這也可以通過使用低噪聲運算放大器（如 OPA2197）以及 BJT 晶體管或集成雙功率放大器（如 ALM2402F 雙運放）的分立解決方案實現(xiàn)放大器 ALM2402F 不僅提供高輸出電流 (400 mA)，還提供熱關斷和電流限制，以及集成的過熱故障標志。

另一個感興趣的領域是上述電路的模擬前端部分，它包括三個差分放大器。第一個放大器監(jiān)控激勵放大器的輸出，以檢測由低通濾波器（通過 MCU）引起的相位滯后，或可能由激勵放大器引起的故障條件。另外兩個放大器用于緩沖來自旋轉變壓器次級繞組的正弦和余弦信號。圖 3 顯示了一個示例，它代表了基于旋轉變壓器的應用的典型模擬前端。

圖 3：典型的旋轉變壓器前端

設計一個好的差分放大器的關鍵是用于增益控制的外部電阻的匹配。雖然 OPA2197-Q1 等分立運算放大器提供非常好的直流性能（低輸入失調電壓和漂移），但共模抑制將取決于電阻匹配。一對 0.005% 匹配電阻達到 86 dB。

小號afety（ASIL）要求

設計旋轉變壓器電路的另一個重要方面是需要遵守功能安全標準。盡管許多行業(yè)有多項標準，但汽車硬件工程師必須遵守國際標準化組織 26262 安全要求，以支持汽車安全完整性等級 (ASIL) A 至 ASIL D。ASIL 是電動助力轉向等應用設計的關鍵部分、變速箱、制動系統(tǒng)和高級駕駛員輔助系統(tǒng)。遵守功能安全標準的重點是在發(fā)生故障時降低風險。如果電機控制系統(tǒng)發(fā)生故障，電路的功能安全部分可以檢測到故障情況并做出相應的響應以解決問題。實現(xiàn)安全電路的一種方法是在旋轉變壓器內電路的勵磁部分使用兩個組件作為冗余。一個集成的，例如 ALM2402F-Q1，

近年來，旋轉變壓器變得越來越流行，因為它們可以在惡劣的環(huán)境中運行、耐高溫并提供準確的測量結果。然而，選擇電子元件需要格外小心，因為它們通常與旋轉變壓器本身相距一段距離，這使得抗噪性和共模抑制比對于實現(xiàn)理想的性能至關重要。