Схема

Такая вот схема, назначение которой понять сразу трудно. Ответ ниже.

В качестве датчиков положения ротора двигателя ЭПУ G-2021 используются индуктивные датчики. Принцип прост: возле магнита ротора расположены катушки с ферромагнитными сердечниками. Эти сердечники подмагничены с помощью постоянного магнита. Когда мимо катушек проходят полюса магнита ротора, величина магнитной индукции в сердечниках то увеличивается, то уменьшается. В результате меняется магнитная проницаемость сердечников и индуктивность обмоток датчика.

Чтобы преобразовать изменение индуктивности в сигнал положения ротора, катушки датчика включены в LR-делители напряжения, которые запитываются от генератора частотой примерно 50 кГц. При изменении индуктивности будет меняться амплитуда напряжения в средней точке делителя. Остается только это напряжение выпрямить.

В оригинальной схеме выпрямление осуществлялось с помощью германиевых диодов, чтобы уменьшить нелинейность в области малых сигналов. На современном этапе можно сделать прецизионный активный выпрямитель на ОУ, где нелинейность полупроводниковых диодов полностью компенсируется. Таких схем полно, но они довольно громоздкие, особенно двухполупериодные. А с однополупериодной схемой средневыпрямленное напряжение оказывается гораздо ниже амплитудного. Терять в уровне сигнала не хочется, чтобы не получить повышенное влияние помех, которых достаточно в силовой схеме управления двигателем.

Когда форма сигнала синусоидальная, не имеет значения, какой делать выпрямитель: пикового, среднего или среднеквадратичного значения. Для синуса все эти значения связаны постоянными коэфициентами: 1.000, 0.637 и 0.707. Вообще говоря, это справедливо для сигнала любой известной формы, только коэффициенты будут другие. Вот когда форма сигнала может меняться - тогда всё сложнее.

Здесь лучше всего применить пиковое детектирование, тогда выходной сигнал детектора будет наибольшим - близким к амплитудному значению. Детекторы характеризуются двумя постоянными времени: временем интегрирования (прямого хода) и временем разрядки (обратного хода). Для пикового детектора время интегрирования должно быть равно нулю, что на практике недостижимо. Реальные пиковые детекторы являются квазипиковыми. Простейшие диодные детекторы чаще всего тоже являются квазипиковыми, так как постоянная времени цепи зарядки фильтрующей емкости намного меньше постоянной времени разрядки. Пиковый детектор можно построить и на ОУ, где будет компенсироваться нелинейность полупроводникового диода, таких схем достаточно.

Вообще говоря, в схеме детектора диод не обязателен. Вместо него может использоваться любой другой элемент с односторонней проводимостью. При построении пикового детектора мой взгляд пал на компаратор. У него выходной каскад может обеспечивать ток только одного направления, сам компаратор обладает высоким быстродействием и способностью быстро выходить из состояния насыщения. То, что нужно!

Принцип действия схемы, приведенной в начале поста, прост. Для отрицательной полуволны входного напряжения схема будет работать как усилитель, коэффициент усиления которого задан делителем обратной связи (на схеме примерно 10). Конденсатор будет быстро заряжаться входным током компаратора, а выходное напряжение будет практически повторять входное. Но как только напряжение на входе станет выше выходного (с учетом коэффициента усиления, разумеется), компаратор попытается поднять выходное, но сделать это не сможет - у него ведь не двухтактный выходной каскад. Он уйдет в насыщение, выходной транзистор закроется. Емкость будет медленно разряжаться через делитель обратной связи, номиналы которого задают время обратного хода детектора. Как только напряжение на входе снова снизится, конденсатор снова подзарядится.

Схема детектора получилась очень простой и дешевой, единственный недостаток - она выдает на выходе отрицательное выпрямленное напряжение. Но в моем случае это не важно, дальше идут каскады на ОУ, можно использовать любую полярность сигнала. Подобную схему можно реализовать на ОУ, добавив на выход транзистор. Тогда можно получить любую полярность. Но чтобы тягаться с компаратором по скорости, понадобится довольно быстрый ОУ. На TL082, например, максимальная рабочая частота такого детектора в 10 раз ниже, чем на компараторе LM393 и составляет единицы кГц. К тому же, схему пришлось усложнить, добавив диод, который не позволяет ОУ входить в насыщение и заодно защищает переход БЭ транзистора от обратного пробоя.

Возможно, перспективней было бы применить синхронное детектирование, тем более, несущую частоту генерируем сами. Фаза сигнала несколько меняется пи изменении индуктивности катушек датчика, хотя это, возможно, не так критично. Надо делать количественный анализ. Но по объему схема синхронного детектора получается больше. Если только не делать его сразу на АЦП микроконтроллера. Но это следующий шаг.

С индуктивным датчиком тоже не все так просто: столкнулся с некоторой проблемой. Даже если предположить, что значение индуктивности меняется по линейному закону в зависимости от угловой координаты ротора, как это линейное изменение индуктивности преобразовать в линейное изменение сигнала? Пока этого сделать не смог.

Источник: https://leoniv.livejournal.com

Обсудить на форуме