Күшті электромагниттік бөгеуіл кезіндегі құлықсыз типті резолюторлардағы Sin/Cos сигналының бұрмалануын талдау -EV Resolver Sensor

Жаңа энергетикалық көлік құралдарының электр жетектері және өнеркәсіптік серволар сияқты қолданбаларда, құлықсыздық түрі резолюторлар қозғалтқыш роторының орналасу сенсорлары ретінде кеңінен қолданылады. Олардың құрамында жартылай өткізгіш микросхемалар жоқ, жоғары температураға төтеп береді және дірілге төтеп береді – олар өте «қатты» болып көрінеді. Дегенмен, көптеген инженерлер жұмыс орнында таңқаларлық мәселеге тап болады: қозғалтқыш қуаты артқанда және PWM ауысу жиілігі жоғарылағанда, шешуші синус/косинус шығыс сигналдарында ақаулар, тегістеу, конверттің бұрмалануы, бұрыштың бұрмалануы, конверттің басқа да бұрмалануы пайда болады. және тіпті контроллердің ақаулары.

I. Қалыпты ажыратқыш синус/косинус сигналы неге ұқсайды?

Қарсылық типті резолютордың құрылымы салыстырмалы түрде қарапайым: статор қоздыру орамасы мен екі кеңістіктік ортогональды шығыс орамасы бар, ал ротор орамдары жоқ арнайы пішінді кремний-болат шұңқырлы полюстерден жасалған. Қоздыру орамасына жоғары жиілікті синусоидалы қозу қолданылады:

Ротор бұрышымен айналғанда θ , екі шығыс орамасы сәйкесінше индукциялайды:

Іс жүзінде әрбір сигнал дифференциалды, мысалы, S1-S3 және S2-S4. Көріп отырғанымыздай, шешуші шығыс амплитудасы ротор бұрышымен модуляцияланған жоғары жиілікті тасымалдаушы болып табылады  θ  . Осциллографта толқын пішіндері сәйкесінше синус және косинус сияқты бұрыштары бойынша өзгеретін екі конверт ретінде пайда болады.

Декодтау чипі - Resolver-to-Digital түрлендіргіші (RDC) - бұл сигналдарды демодуляциялайды, конверттерді шығарады және бұрышты есептейді.  

II. Күшті электромагниттік кедергі қайдан пайда болады

Шешуші әдетте күшті электромагниттік кедергі ортасымен қоршалған қозғалтқыштың ұшына орнатылады:

·  IGBTs/MOSFETs жоғары жылдамдықты коммутация : қозғалтқыш контроллерінің PWM тасымалдаушы жиілігі әдетте бірнеше кГц-тен ондаған кГц диапазонында болады, бірақ коммутациялық жиектер тек ондаған-жүздеген наносекундтарды құрайды, спектрлер ондаған МГц-ке дейін созылады.

·  Қуат шиналары және фазалық кабельдер : Жоғары ток пен жоғары кернеудің жылдам өзгеруі күшті электр және магнит өрістерін тудырады.

·  Контатор және реле операциялары : доға және өтпелі импульстарды шығару.

·  Қуат түрлендіргіштері : коммутациялық қуат көздерінің толқыны және гармоникасы.

Бұл кедергілер шешуші сигнал сызықтарына қосылғаннан кейін, олар басқаша таза синуса/косинус сигналдарына қабаттасады.

III. Кедергілер сигналдар тізбегіне қалай кіреді

Кедергілер шешуші сигнал тізбегіне енетін төрт негізгі жол бар:

1. Радиациялық қосылыс
Қуат желілері мен коммутациялық түйіндер жіберуші антенналар сияқты әрекет етеді, ал шешуші сымдар қабылдағыш антенналар сияқты әрекет етеді. Резолютор сымдарын қуат кабельдеріне параллель бағыттаған кезде, жоғары жиілікті электромагниттік өрістер тікелей сымдарда кернеу тудырады.

2. Өткізгіш ілінісу
Кедергі шешуші жүйеге қоздыру қуат беру желілері немесе декодер тақтасының қуат көзі арқылы енеді, содан кейін сигнал жағына жұптасады.

3. Жердегі потенциалдар айырмашылықтары
Үлкен токтар жердегі іздерде немесе металл корпустарда кернеудің төмендеуіне әкеліп соғады, бұл реттегіш ұшы мен дешифратор ұшы арасында тең емес жердегі потенциалдар жасайды, жалпы режимдегі кернеулерді құрайды.

4. Желілер арасындағы қиылысу
Резолютор сымдары фазалық кабельдерге, шиналарға және т.б. параллель жұмыс істегенде, паразиттік сыйымдылық пен желілер арасындағы өзара индуктивтілік жұп интерференция.

IV. Бұрмалаудың типтік көріністері

Осциллографта күшті EMI астындағы синус/косинус сигналдары келесі пішіндерде пайда болуы мүмкін.

1. Жоғары жиілікті ақаулық суперпозициясы
Тасымалдаушыда PWM жиектерімен синхрондалған шытырмалар мен қоңыраулар пайда болады. Себебі ауысу моменттері кезінде пайда болатын жоғары жиілікті токтар паразиттік сыйымдылық арқылы сигнал сызықтарына қосылады. Қателік амплитудалары ондаған мВ немесе тіпті жүздеген мВ жетуі мүмкін, ал қалыпты дифференциалды сигнал амплитудалары әдетте бірнеше вольтты құрайды, бұл SNR айтарлықтай төмендеуіне әкеледі.

2. Жалпы режимнен дифференциалды режимдегі шу
Дифференциалдық сигналдар теориялық тұрғыдан тек екі сым арасындағы кернеу айырмашылығына сезімтал және жалпы режимдегі кедергілерге қарсы қабылдамау мүмкіндігіне ие. Дегенмен, нақты кабельдер, қосқыштар және сүзгі желілері ешқашан тамаша симметриялы емес. Жоғары жиілікті жалпы режимдегі кедергі енген кезде оның бір бөлігі дифференциалдық режимдегі кернеуге түрленеді және синус/косинус сигналдарының үстіне қойылады. Бұл шу жиі конвертте мерзімді 'бұлдыр' түрінде пайда болады.

3. Қиып алу және қанықтыру
Кедергі амплитудасы үлкен болса және орнатылған сигнал шыңы RDC кіріс диапазонынан немесе оп-амп беру рельстерінен асып кетсе, толқын пішінінің шыңдары 'қисылады'. Қиып алу sin/cos конвертін тікелей бұзады, бұл декодталған бұрышта ауыр сызықтық емес қателерді тудырады.

4. Тұрақты токтың ауытқуы
Кедергідегі төмен жиілікті құрамдас бөліктер, жердегі контур токтары немесе түзету әсерлері сигналда тұрақты ток ауытқуын тудыруы мүмкін, бұл толқын пішінін асимметриялы етеді. RDC декодтауы әдетте таза айнымалы ток сигналдарын қабылдайды; офсет бұрыш қателеріне және жылдамдық толқынына әкеледі.

5. Гармоникалық бұрмалану
Магниттік материалдардың сызықты еместігі және интерференция мен қоздыру тасушы арасындағы интермодуляция гармоникалық компоненттерді тудырады. Гармониялар РДК-ге енгеннен кейін, олар момент толқыны немесе шу ретінде көрінетін бұрыштағы жоғары ретті гармоникалық қателерге демодуляциялануы мүмкін.

6. Синус/косинус амплитудасының теңгерімсіздігі және фазалық ығысу
Егер sin және cos үшін екі сигнал жолында әртүрлі сүзгі параметрлері, кабель ұзындықтары немесе қосқыш контактінің кедергілері болса, екі арна күшті кедергі кезінде әртүрлі әсер етеді, нәтижесінде амплитуданың сәйкессіздігі немесе фазалық жылжу болады. RDC бұрышты sinθ/cosθ негізінде есептейді; амплитуда немесе фазалық теңгерімсіздік тікелей бұрыш қателерін тудырады.

V. Бұрмалаудың жүйеге әсері

Сигналдың бұрмалануы осциллографтағы «көру мәселесі» ғана емес; ол жүйенің өнімділігін тікелей көрсетеді:

·  Бұрыштық шығыс діріл : RDC арқылы демодуляцияланған шу бұрыш мәнінде жоғары жиілікті діріл тудырады, жылдамдық кері шуылын күшейтеді.

·  Периодтық бұрыш қателері : Конверттің бұрмалануы және гармоникасы ротордың жағдайына байланысты периодты түрде өзгеретін бұрыш қателерін тудырады, бұл dq осі ток ауытқуларына және айналу моментінің толқынына әкеледі.

·  Ақаулар және құлыптың жоғалуы : Қатты кедергі RDC бақылау циклінің құлпын жоғалтуына алып келуі мүмкін, нәтижесінде бұрыш секірулері және асқын ток немесе асқын кернеу қорғанысын іске қосуы мүмкін.

·  Жүйе өнімділігінің нашарлауы : Электрлік көліктерде бұл қозғалтқыш тиімділігінің төмендеуіне, діріл мен шудың жоғарылауына және тіпті көлік қауіпсіздігіне нұқсан келтіруі мүмкін.

VI. Ақауларды қалай анықтауға және жоюға болады

Практикалық жөндеуде келесі әдістер шешуші сигналдарға күшті EMI әсер ететінін жылдам анықтауға болады:

· S1-S3 және S2-S4 өлшеу үшін  пайдаланыңыз  дифференциалды зондтарды  , жерге контурларды енгізе алатын бір жақты зондтарды болдырмаңыз.

·  Қозу жағы арқылы кедергінің енгізілгенін анықтау үшін қозу сигналын және шығыс сигналдарын бір уақытта бақылаңыз.

·  Кедергілердің қуат тізбегінен туындайтынын анықтау үшін толқын пішіндерін қозғалтқыштың стационарлық және жұмыс істеп тұрғанымен және PWM қосулы және өшірумен салыстырыңыз.

·  Кедергі спектрін талдау және оның PWM тасымалдаушы жиілігімен немесе жиек гармоникасымен сәйкес келетінін тексеру үшін осциллографтың FFT құралын пайдаланыңыз.

·  Жалпы режимдегі кедергі деңгейін бағалау үшін жерге қосылатын екі желінің жалпы режимдегі кернеуін өлшеңіз.

VII. Толтыру шаралары

Бұрмалауды басу үш жақта бір мезгілде күш салуды талап етеді: кедергі көзі, байланыс жолы және қабылдағыш.

1. Сымдарды және экрандауды оңтайландырыңыз

·  Екі жақты жерге тұйықтаудан туындайтын жерге тұйықталуларды болдырмау үшін дешифратордың аяғындағы бір нүктеде жерге тұйықталған қалқанды шешуші сигнал желілері үшін экрандалған бұралған жұптарды пайдаланыңыз.

·  Ұзақ параллель жүрістерді болдырмай, сигнал желілерін қуат кабельдерінен бөлек бағыттаңыз; егер кесіп өту мүмкін болмаса, оларды перпендикуляр етіп кесіп өтіңіз.

·  Қажет болса, жоғары жиілікті экрандау тиімділігін арттыру үшін металл құбырларды немесе екі қабатты экранды пайдаланыңыз.

2. Сүзгілеу және қорғау

·  Жалпы режимдегі шуды және жоғары жиілікті ақауларды басу үшін RDC кірісіне жалпы режимдегі дроссельдерді және RC төмен жиілікті сүзгілерді қосыңыз.

·  Сүзгіні өшіру жиілігі резолютордың қоздыру жиілігінен жоғары болуы керек, бұл ретте фазаның шамадан тыс кідірісін болдырмайды, бұл әйтпесе жаңа бұрыштық қателерді тудыруы мүмкін.

·  Өтпелі асқын кернеулердің декодер схемасын зақымдауын болдырмау үшін TVS түтіктері сияқты қорғаныс құрылғыларын қосыңыз.

3. Орналасу және жерге қосу

·  Аналогтық сигнал іздерін қысқарту үшін декодер тақтасын шешуші қосқышқа мүмкіндігінше жақын орналастырыңыз.

·  Аналогтық жерге үлкен токтардың аналогтық жер арқылы өтуіне жол бермеу үшін оларды бір нүктеге қоса отырып, аналогтық жерге қосу.

·  Коннекторды таңдау кезінде қалқанның үздіксіздігіне назар аударыңыз, коннекторда қалқанның сынбағанына көз жеткізіңіз.

4. Қозу жағымен емдеу

·  Қоздыру желілері үшін де экрандалған бұралған жұптарды пайдаланыңыз және қоздыру қуат көзіне сүзгіні қосыңыз.

·  Қозу сигналдары мен қуат кабельдері арасында қосқыштарды немесе сымдарды ортақ пайдаланбаңыз.

5. Жүйелік және алгоритмдік шаралар

·  Кірістірілген синхронды демодуляциясы және сандық сүзгісі барлар сияқты кедергіге қарсы күшті мүмкіндігі бар RDC чиптерін таңдаңыз.

·  Бағдарламалық құралда жеке кедергі импульстерінің басқару ауытқуларын тудырмауы үшін бұрыштық сигналға сүзуді, жылдамдықты шектеуді және дұрыстығын тексеруді қолданыңыз.

·  PWM жиектерінің бұрылу жылдамдығын оңтайландырыңыз және көздегі кедергіні азайту үшін сөндіргіш тізбектерді қосыңыз.

VIII. Қорытынды

Магниторезистивті шешуші табиғи түрде берік сенсор болып табылады, бірақ оның синус/косинус шығыстары күшті EMI кезінде бұрмалануға бейім төмен деңгейлі аналогтық сигналдар болып табылады. Кедергілердің көздерін және біріктіру жолдарын түсіну және тиісті экрандауды, сүзуді, жерге қосуды және орналасуды жүзеге асыру бұрыштық кері байланыстың дәлдігі мен сенімділігін қамтамасыз ету үшін маңызды.

Инженерлер үшін осциллографтағы толқын пішіні ең жақсы 'денсаулық туралы есеп' болып табылады. Сигналдың бұрмалануы неғұрлым ертерек анықталса, жүйе ақауларының ықтималдығы соғұрлым төмен болады.