新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解4

大家好！我是张飞实战电子的郭嘉老师，这篇文章接着聊一聊新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解。

OCL电路的的输出功率及效率

功率放大电路最重要的技术指标是电路的最大输出功率Pom及效率η （ 伊塔）。为了求解Pom，需首先求出负载上能够得到的最大输出电压幅值。当输入电压足够大，且有不产生饱和失真时，电路的分析如图3.2所示。

图中的I区为Q1的输出特性，II区为Q2的输出特性。因两只管子的静态电流很小，所以可以认为静态工作点在横轴上，如上图所标注的，因而最大输出电压幅值等于电源电压减去晶体管的饱和压降，即（Vcc-Vces1）。

实际上，即使不画出图形，也能得到同样的结论。可以想象，在正旋波的正半周，Ui从0逐渐增大，输出电压也随之逐渐增大，Q1管的管压降必然逐渐减小，当管压降下降到饱和压降时，输出电压达到最大值，其值为（Vcc-Vces1），因此最大不失真输出电压的有效值：

最大输出功率：Pom=Uom^2/R2=(Vcc-Vces）^2/2RL

在忽略基极回路电流的情况下，电源Vcc提供的电流：

Ic=（Vcc-Vces）/RLsinwt

电源在负载获得最大交流功率时，所消耗的的平均功率等于平均电流于电源电压之积，

整理后得到，转换效率

η.=Pom/Pv=Π/4*（Vcc-Vces）/Vcc

在理想情况下，即饱和管的压降可忽略不计的情况下

Pom=Uom^2/RL=Vcc^2/2RL

Pv=2/Π*Vcc^2/RL

η.=Pom/Pv=Π/4=78.5%

应当指出，大功率饱和管压降为2-3v，因而一般情况下不能忽略饱和管的压降，即不能用上面的三个式子。

用于AD2S1210 RDC参考信号输出的高电流缓冲器（图1）

图（2）消除交越失真的OCL电路

图（3.1）  输入特性的中的图解分析

新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解5

大家好！我是张飞实战电子的郭嘉老师，这篇文章继续聊一聊新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解。

旋变驱动电路怎么选择驱动管Q1和Q2

在功率放大电路中，应根据晶体管所承受的最大管压降Vces、集电极最大的电流Icm和最大的功耗来选择晶体管。

1、最大的管压降

从OCL电路工作原理的分析可知，两只功放管中Q1和Q2处于截至状态的管子将承受较大的管压降。假设输入电压Ui为正半周，Q1导通，Q2截至，当Ui从0开始增加到峰值时，Q1和Q2管的发射极电位Ve逐渐增加到（VCC-Vces1），因为Q2管的管压降Vec2的数值 Vec2=（Ve-0）=Ve，Vce2max=Vcc-Vces1.利用同样的分析方法去分析，可得：

当Ui为负的峰值时，Q1管承受最大的管压降，数值为VCC-Vces2.所以考虑要预留一定的余量，管子承受最大的压降为/Vcemax/=Vcc。

2、集电极最大电流

  从电路最大输出功率的分析可知，晶体管的发射极电流等于负载电流，负载电阻上的的最大电压为Vcc-Vces1，故集电极电流的最大值为：

Ic≈Iemax=（Vcc-Vces1）/RL

考虑留有一定余量

Icmax=Vcc/RL

3、集电极最大功率

  在功率放大电路中，电源提供的功率，除了转换输出功率外，其余部分主要消耗在功率管Q1和Q2上，可以认为晶体管所损耗的功率Pq=Pv-Po。当输入电压为2.5v时，即输出功率最小时，由于集电极电流非常小，使管子的损耗很小；当输入电压最大时，即输出功率最大，由于管子压降很小，使管子的损耗也很小；可见，管耗最大既不会发生在电压电压最小时，也不会发生在输入电压最大时。下面列出了晶体管的集电极功耗Pq与输出电压峰值Vom的关系，然后对Vom求管压降和集电极电流瞬时值的表达式：

Vce=（Vcc-Vomsinwt），Ic=Vom/RL*sinwt

功耗Pq为功放管Q1和Q2管所损耗的平均功率，所以每只晶体管的集电极功耗表达式为：

瞬时最大的管压降*瞬时的电流 再求平均

=1/RL(Vcc*Vom/Π-Vom^2/4)

假设dPq/dVom=0，可以求得，Vom=2/Π*Vcc≈0.6Vcc。

以上分析表明，当Uom≈0.6Vcc时，Pq=Pqmax。  将Uom代入Pq==1/RL(VccUom/Π-Uom^2/4)  

Pqmax=Vcc^2/Π^2RL

当Vces=0时，根据Pom=Vom^2/RL=Vcc^2/2RL

Pqmax=2*Pom/Π^2≈0.2Pom/Uces=0

可见，晶体管集电极最大功耗仅为理想（饱和压降为0）时最大输出功率的五分之一。

查询手册选择晶体管时，应使用极限参数

Vbrceo>Vcc

Icm>Vcc/RL

Pcm>0.2Pom/Vces=0, Pcm集电极功耗

这里仍需要强调的，在选择晶体管时，其极限参数，特别是Pcm应留一定的余量，并且严格按照手册PCBlayout或安装散热片。

图（2）消除交越失真的OCL电路

图（3.1）  输入特性的中的图解分析

当输入电压足够大，且有不产生饱和失真时，电路的分析如下图3.2所示：图中的I区为Q1的输出特性，II区为Q2的输出特性。

新能源汽车旋变器介绍

大家好！我是张飞实战电子的郭嘉老师，这篇文章聊一聊新能源汽车旋转变器介绍。

上图是新能源旋变器的转子和定子示意图，极对数是4、励磁电压有效值是7V、励磁频率10KHz、输出电压有效值2+-10%、相位移15°、变比等于输出电压有效值/励磁电压有效值，即2V/7V=0.285.

R1和R2励磁的输入信号，S1和S3是COS输出，S2和S4是sin输出。测试波形如下：

励磁输入：Ve=E*sin(ω*t)

正玄输出：V1=K* E*sin(ω*t)*sinθ

余玄输出：V2=K* E*sin(ω*t)*cosθ

其中，θ为旋变转子角度；ω为励磁载波频率；E为励磁输入峰值电压；K为转换比例。

新能源汽车电流传感器的采样电路的讲解

分流器是根据检测直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理构建的。分流器属于直接式检测法，测量电流的上限一般不能太大，最大30A，如果超过30A检流电阻的压降会很大，，散热处理比较困难或者散热成本大大增加。电阻上直接得到的电压信号是模拟量值很小的模拟信号，还需外接放大电路将信号放大，再通过ADC转化为数字信号。如下图所示：R544和R545实现电流检就叫做分流检测。

开环电流传感器：

霍尔电流传感器是 根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，属于间接测量，可以测量各种类型的电流，从直流到几十干赫兹的交流。霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种，高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式，闭环式霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流 IP 产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流.用干抵消原边 IP 产生的磁通、使得磁路中磁通台终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能物输出精确反映原边电流的变化。

霍尔电流传感器只需外接正负直流电源，被测电流母线从传感器中穿过，即可完成主电路与控制电路的隔离检测，简化了电路设计。霍尔电流传感器的输出信号是副边电流 IS，它与输入信号（原边电流 IP）成正比， IS一般很小，只有几十到几百毫安。如果输出电流经过测量电阻 Rm，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压信号，经A/D转换，可方便地与计算机和各种仪表接口。

霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电测量元件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足。具有精度高、线性好、响应快的优点，但此方法易受干扰，不适合在复杂的工作环境和电气环境中使用，同时元器件也易损坏。

本章重点讲解开环电流传感器：

LEM这款用于直流电子测量，汽车用的大功率、低压交流或脉冲电流信号与BMS主电流回路之间的高低压分离电路，也就是说大功率电路与低压部分隔离，在设计电路中可以选择不通量程的电流传感器，满足不同电驱动对电流测试的要求。

比例测量电流传感器的性能和主要特点：

1、采用霍尔效应的开环传感器

2、实现高压与低压隔离，可以把信号输出给低压电路直接采样

3、电流传感器的供电电源是直流+5V

4、单次电流测量范围+-800A，可以根据不同的功率要求去选择

5、输出电压：全比例输出

新能源汽车电流传感器的采样电路的讲解2

大家好！我是张飞实战电子的郭嘉老师，这篇文章接着聊一聊新新能源汽车电流传感器的采样电路的讲解。

本章重点讲解开环电流传感器：

原理框架图

LEM这款用于直流电子测量，汽车用的大功率、低压交流或脉冲电流信号与BMS主电流回路之间的高低压分离电路，也就是说大功率电路与低压部分隔离，在设计电路中可以选择不通量程的电流传感器，满足不同电驱动对电流测试的要求。比例测量电流传感器的性能和主要特点∶

1、采用霍尔效应的开环传感器

2、实现高压与低压隔离，可以把信号输出给低压电路直接采样

3、电流传感器的供电电源是直流+5V

4、单次电流测量范围+-800A，可以根据不同的功率要求去选择

5、输出电压∶全比例输出

这款霍尔电流传感器的优势：

1、电流采样精度比较高

2、线性度比较好

3、温漂比较低

4、弱电和强电分析

5、带宽比较大

6、硬件和软件比较容易实现。

7、灵敏度高  2.5mV/A

这款开环电流传感器采用的是霍尔效应集成电路，磁通密度是B，有助于霍尔的Vout上升电压，由待测边电流Ip产生。被测的电流Ip由高压电流源提供，在新能源汽车里就是BMS管理系统提供。在滞后周期的线性区域内，也就是说高压输入与输出有延时性，B是成比例的：B(Ip)=a*Ip

霍尔输出电压表示为（未经过运放放大）：VH = (cH / d) × IH × a × Ip，除了电流Ip，上面的方程都是常数。

所以：VH = b × IP   a：常数   b：常数   cH:霍尔系数    d：霍尔板厚度     IH: 穿过霍尔板的电流。测量霍尔输出信号VH,通过运放放大以后输出电压，供MCU采样电流使用。

这款电流传感器的力学特性：PBT GF30塑料外壳，FeSi卷磁芯，重量52g±5%，镀黄铜pin脚，IP水平IP2,连接器的类型是TYCO（泰科） 连接器 P/N号码1473672-1，组装时螺丝刀的扭矩控制在2.2N.m±5%。

电流传感器内部原理图如下：

从上图可知，电流传感器的核心主要由两部分组成，第一部分霍尔，第二部分运算电路。上图的器件清单，霍尔传感器的ASIC,去耦储能电容C1=47nF,EMC保护滤波电容C2=4.7nF,A（Vout）是低压信号的输出，B、D是低压电源地，C（Uc）是5V的电源电压，这个电压决定了Vout输出误差大小。