9 转子位置感应

电机转子位置传感器可测量转子轴的角度位置。电机位置传感器对于闭环控制满足安全要求至关重要。对于位置控制，传感器可实现对已知位置和整个运动过程中位置的感应。一般而言，可探索两种方案：旋转变压器结构或可简化系统设计的电感式感应。

旋转变压器方法应用了旋转变压器的原理。请参阅图 9-1。该变压器具有一个初级绕组和两个成直角的次级绕组。使用来自 MCU 的通过励磁放大器（例如 TI 的 ALM2403-Q1 器件）产生的 PWM 信号，对初级绕组施加励磁电压 (V_EXC)，这会产生能生成磁通的电流。磁通通过次级绕组相对于转子旋转角度分布，并感应产生 V_SIN 和 V_COS。反馈信号主要是单端信号，但也可以从差分信号转换为单端输出。安全 MCU 会根据旋转变压器次级绕组上的电压比重新获取转子角度。

图 9-1 旋转变压器结构具有励磁线圈 L_EXC 和次级线圈 L_SEC1/2，用于获取电机旋转角度

对于电感式位置感应，TI 的 LCD5072-Q1 电感式位置传感器前端（参阅图 9-2）与励磁线圈（黑色）和感应线圈（彩色）配对使用，以覆盖固定在转子上的导电目标。LDC5072-Q1 器件中集成了一个 LC 振荡器，可在 2.4MHz 至 5MHz 频率范围内向励磁线圈生成励磁电流。这消除了对外部励磁结构的需求，从而可进一步简化系统。目标（由铝或铜制成）和 PCB 线圈彼此平行放置，励磁电流在目标中激励产生涡流，这也会在感应线圈中产生感应正弦和余弦包络电压。感应电压的幅度由电机角度位置决定。然后，感应信号由 LDC5072-Q1 器件解调，并向 MCU 输出正弦和余弦信号以进行角度计算。

图 9-2 使用 LCD5072-Q1 的电感式感应图

LCD5072-Q1 器件支持非常高的旋转速度，在高达 480,000rpm 的目标速度下，角度精度小于 1°。该器件根据 ISO26262 设计，以满足功能安全要求。TLC5072Q1EVM 评估模块有助于快速轻松地评估传感器前端的运行情况和性能。