AD2S90芯片的特点AD2S90是AnalogDevice公司旋转变压器-数字转换器系列的串行输出芯片。AD2S90接收从旋转变压器来的信号（SIN、COS、REF），将模拟角度位置信号转换为数字型轴角信息，可由单片机或数字信号处理器直接读取。该芯片有以下特点：（1）能够输出2种数字型轴角位置信息12位串行二进制数表示的位置信息，16进制数0x000-0xFFF对应机械角0）360b，机械轴角分辨率为01088b.1024线模仿编码器的增量式位置信息，2路正交脉冲信号A与B，每旋转一周分别产生1024个脉冲，如所示。

　　（2）具有位置过零点标志信号NM与轴角旋转方向信号DIR.30AD2S90的增量式位置信号数字式变压器及其与DSP的接口（3）能够提供与速度成正比的高精度模拟测速信号VEL，典型线性度1，大输出215V，每伏电压相当于转速9000rpm.

　　AD2S90与DSP的接口本系统旋转变压器、变换器AD2S90与数字信号处理器（DSP）的接口原理如所示。其中包括了2个电路模块U1与U2，功能分别为：U1模块为交流信号发生器，能产生5kHz的高品质振荡信号。该信号一路经功率放大给旋转变压器激磁，另一路经相位校正后作为AD2S90的基准电压信号。U2模块为信号处理电路，把旋转变压器输出的正余弦信号转换为满足AD2S90的幅值与相位要求的信号。

　　TMS320F240是TexasInstruments公司专用于电机数字控制的高速数字信号处理器，能够提供电机数字控制单片解决方案所必需的外围设备。它与AD2S90接口主要有两部分。

　　（1）三线串行轴角位置信号接口AD2S90的串行输出口可以与TMS320F240的同步串行通讯口（SPI）直接相连。TMS320F240工作于主模式（MASTERMODE），SPICLK提供频率可设定的通讯工作时钟，SPISTS作为AD2S90的片选信号，寄存器SPIBUF接收串行数据，因SPIBUF是8位寄存器，要分2次读入12位串行信息。在对TMS320F240的控制寄存器进行配置时，要注意满足AD2S90串行通讯时序和速度要求。

　　（2）三线模仿编码器增量式位置信号接口为提高换相精度，将AD2S90的增量式正交信号A和B异或，得到2倍频增量式信号，即每旋转一周可得到2048个脉冲。本系统中将增量式脉冲信号接到TMS320F240的TMRCLK引脚，作为计数器的时钟源，便可检测增量式位置。将零位标志信号NM接到TMS320F240的捕获单元输入端，NM的跳变沿便可引起捕获中断。

　　无刷直流电动机的相电流与反电势的关系2无刷直流电机系统的特点双绕组无刷直流电机系统由永磁式同步电动机本体、转子位置传感器和电压型逆变器组成。电机转子为永磁结构，产生梯形波的气隙磁场。定子上有2套集中式三相绕组，均为星型连接，2套绕组相差30b电角度。要使方波电机的电磁转矩脉动量小且实现大的能量转换效率，每套绕组需要输入如所示的三相定子电流Ia，Ib，Ic，每半个周期内，方波电流持续120b电角度，反电动势Ea，Eb，Ec则是平顶宽度为120b电角度的梯形波，二者保持同相位。

　　本系统功率主回路采用电流控制的电压型全桥逆变器。功率器件选用集成了驱动保护功能并带制动保护单元的智能化模块（IPM）。无刷直流电机由120b导通型的逆变器供电，任一时刻只有两相绕组同时通电，另一相绕组开路，在60b换相区间内可看作直流电机运行，采用PWM方式调压调速。

　　无刷直流电动机定子绕组的换相如前所述，数字式旋转变压器可以提供轴角信息和增量式轴角信息，应用这2种位置信号可以形成2种电机换相方法。这里首先讨论1对极双绕组电机的换相情况。

　　无刷直流电机定子绕组的换相方法（1）增量式位置换相方法根据无刷直流电机换相原理，每套定子绕组在一个换相周期内有6个状态，每个状态为60b电角。因2套绕组相差30b电角而使双余度绕组换相有12个状态，每个状态为30b电角。这对于1对极电机应将一周角度位置划分为12个区间，每个区间为30b机械角，对应增量式的2048个脉冲，每个状态为2048/12=170167（取170）个脉冲。

　　用TMS320F240的计数器对增量式脉冲计数，计数到170时产生周期匹配中断，每当第1、3、5，次周期匹配时进行套绕组的换相，第2、4、6，次周期匹配时进行第二套绕组的换相。这样对于每套定子绕组来说，仍保证60b电角度换相。当位置过零标志NM信号中断发生时，进行换相周期的同步调节，这样可以消除误差累积。

　　增量式位置换相的优点是采用了中断方式，实时性好，占用DSP机时少，适用于电机在较高转速下相；缺点是在起动时无法确定换相初始位置，出现干扰时无法确定当前位置。

　　（2）式位置换相方法将无刷直流电机转子的位置变化范围（0x000-0xFFF）划分为12个换相区间，TMS320F240按一定的节拍读取转子的当前位置，根据读到的结果确定所处的区间，然后依次进行2套绕组的换相。

　　式位置换相方法用的是12位串行二进制数表示的位置信息，分辨率很高（为01088b）。但是式位置信号是TMS320F240软件读取的，换相精度会受到读取频率和电机转速的影响。同样读取频率下，电机转速越高，换相精度越低。如果读取频率过高，则会使处理器的负担加重。式位置换相的优点是电机处于任意位置都能够保证正确换相。

　　（3）无刷直流电动机换相方法本系统要求电机能够可靠起动，并且高运行转速为4400rpm，因此需要2种方法综合使用。在起动时，电机转子位置是随机的，使用式位置换相方法，即读取转子的初始位置，确定初始换相状态进行换相。当达到一定转速后转为增量式位置换相，这样既可以保证顺利起动，又能满足换相精度和实时性要求。

　　换相精度分析无刷直流电机的换相精度影响电机的运行特性。这里讨论的换相精度，仅针对增量式位置换相方式，并假设TMS320F240输出信号的软件延时为零，电机的零位置已经找准，所存在的误差只是换相间隔不准确造成的。

　　结论以上讨论的无刷直流电机系统的数字换相方法，已通过实验证明是可行的，结论如下：（1）旋转变压器-数字转换器芯片AD2S90精度较高，接口简单，使用方便，大大简化了旋转变压器与DSP的接口电路设计。（2）本文的无刷直流电机系统采用数字式旋转变压器进行转子角位置检测，采用TMS320F240作主控CPU，实现了较高精度的数字控制。