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　　AD2S90芯片的特點AD2S90是AnalogDevice公司旋轉變壓器-數字轉換器系列的串行輸出芯片。AD2S90接收從旋轉變壓器來的信號（SIN、COS、REF），將模擬角度位置信號轉換為數字型軸角信息，可由單片機或數字信號處理器直接讀取。該芯片有以下特點：（1）能夠輸出2種數字型軸角位置信息12位串行二進制數表示的位置信息，16進制數0x000-0xFFF對應機械角0）360b，機械軸角分辨率為01088b.1024線模仿編碼器的增量式位置信息，2路正交脈沖信號A與B，每旋轉一周分別產生1024個脈沖，如所示。

　　（2）具有位置過零點標志信號NM與軸角旋轉方向信號DIR.30AD2S90的增量式位置信號數字式變壓器及其與DSP的接口（3）能夠提供與速度成正比的高精度模擬測速信號VEL，典型線性度1，大輸出215V，每伏電壓相當于轉速9000rpm.

　　AD2S90與DSP的接口本系統旋轉變壓器、變換器AD2S90與數字信號處理器（DSP）的接口原理如所示。其中包括了2個電路模塊U1與U2，功能分別為：U1模塊為交流信號發生器，能產生5kHz的高品質振蕩信號。該信號一路經功率放大給旋轉變壓器激磁，另一路經相位校正后作為AD2S90的基準電壓信號。U2模塊為信號處理電路，把旋轉變壓器輸出的正余弦信號轉換為滿足AD2S90的幅值與相位要求的信號。

　　TMS320F240是TexasInstruments公司專用于電機數字控制的高速數字信號處理器，能夠提供電機數字控制單片解決方案所必需的外圍設備。它與AD2S90接口主要有兩部分。

　　（1）三線串行軸角位置信號接口AD2S90的串行輸出口可以與TMS320F240的同步串行通訊口（SPI）直接相連。TMS320F240工作于主模式（MASTERMODE），SPICLK提供頻率可設定的通訊工作時鐘，SPISTS作為AD2S90的片選信號，寄存器SPIBUF接收串行數據，因SPIBUF是8位寄存器，要分2次讀入12位串行信息。在對TMS320F240的控制寄存器進行配置時，要注意滿足AD2S90串行通訊時序和速度要求。

　　（2）三線模仿編碼器增量式位置信號接口為提高換相精度，將AD2S90的增量式正交信號A和B異或，得到2倍頻增量式信號，即每旋轉一周可得到2048個脈沖。本系統中將增量式脈沖信號接到TMS320F240的TMRCLK引腳，作為計數器的時鐘源，便可檢測增量式位置。將零位標志信號NM接到TMS320F240的捕獲單元輸入端，NM的跳變沿便可引起捕獲中斷。

　　無刷直流電動機的相電流與反電勢的關系2無刷直流電機系統的特點雙繞組無刷直流電機系統由永磁式同步電動機本體、轉子位置傳感器和電壓型逆變器組成。電機轉子為永磁結構，產生梯形波的氣隙磁場。定子上有2套集中式三相繞組，均為星型連接，2套繞組相差30b電角度。要使方波電機的電磁轉矩脈動量小且實現大的能量轉換效率，每套繞組需要輸入如所示的三相定子電流Ia，Ib，Ic，每半個周期內，方波電流持續120b電角度，反電動勢Ea，Eb，Ec則是平頂寬度為120b電角度的梯形波，二者保持同相位。

　　本系統功率主回路采用電流控制的電壓型全橋逆變器。功率器件選用集成了驅動保護功能并帶制動保護單元的智能化模塊（IPM）。無刷直流電機由120b導通型的逆變器供電，任一時刻只有兩相繞組同時通電，另一相繞組開路，在60b換相區間內可看作直流電機運行，采用PWM方式調壓調速。

　　無刷直流電動機定子繞組的換相如前所述，數字式旋轉變壓器可以提供軸角信息和增量式軸角信息，應用這2種位置信號可以形成2種電機換相方法。這里首先討論1對極雙繞組電機的換相情況。

　　無刷直流電機定子繞組的換相方法（1）增量式位置換相方法根據無刷直流電機換相原理，每套定子繞組在一個換相周期內有6個狀態，每個狀態為60b電角。因2套繞組相差30b電角而使雙余度繞組換相有12個狀態，每個狀態為30b電角。這對于1對極電機應將一周角度位置劃分為12個區間，每個區間為30b機械角，對應增量式的2048個脈沖，每個狀態為2048/12=170167（取170）個脈沖。

　　用TMS320F240的計數器對增量式脈沖計數，計數到170時產生周期匹配中斷，每當第1、3、5，次周期匹配時進行套繞組的換相，第2、4、6，次周期匹配時進行第二套繞組的換相。這樣對于每套定子繞組來說，仍保證60b電角度換相。當位置過零標志NM信號中斷發生時，進行換相周期的同步調節，這樣可以消除誤差累積。

　　增量式位置換相的優點是采用了中斷方式，實時性好，占用DSP機時少，適用于電機在較高轉速下相；缺點是在起動時無法確定換相初始位置，出現干擾時無法確定當前位置。

　　（2）式位置換相方法將無刷直流電機轉子的位置變化范圍（0x000-0xFFF）劃分為12個換相區間，TMS320F240按一定的節拍讀取轉子的當前位置，根據讀到的結果確定所處的區間，然后依次進行2套繞組的換相。

　　式位置換相方法用的是12位串行二進制數表示的位置信息，分辨率很高（為01088b）。但是式位置信號是TMS320F240軟件讀取的，換相精度會受到讀取頻率和電機轉速的影響。同樣讀取頻率下，電機轉速越高，換相精度越低。如果讀取頻率過高，則會使處理器的負擔加重。式位置換相的優點是電機處于任意位置都能夠保證正確換相。

　　（3）無刷直流電動機換相方法本系統要求電機能夠可靠起動，并且高運行轉速為4400rpm，因此需要2種方法綜合使用。在起動時，電機轉子位置是隨機的，使用式位置換相方法，即讀取轉子的初始位置，確定初始換相狀態進行換相。當達到一定轉速后轉為增量式位置換相，這樣既可以保證順利起動，又能滿足換相精度和實時性要求。

　　換相精度分析無刷直流電機的換相精度影響電機的運行特性。這里討論的換相精度，僅針對增量式位置換相方式，并假設TMS320F240輸出信號的軟件延時為零，電機的零位置已經找準，所存在的誤差只是換相間隔不準確造成的。

　　結論以上討論的無刷直流電機系統的數字換相方法，已通過實驗證明是可行的，結論如下：（1）旋轉變壓器-數字轉換器芯片AD2S90精度較高，接口簡單，使用方便，大大簡化了旋轉變壓器與DSP的接口電路設計。（2）本文的無刷直流電機系統采用數字式旋轉變壓器進行轉子角位置檢測，采用TMS320F240作主控CPU，實現了較高精度的數字控制。