磁悬浮轴承开关功率放大器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种磁悬浮轴承开关功率放大器，包括主控电路、驱动电路、三桥臂功率主电路和电流采样电路；三桥臂功率主电路包括三个桥臂和两个轴承线圈，第一桥臂和第三桥臂的上桥臂上设置有开关管，共用的第二桥臂的下桥臂上设置有开关管，或者第一桥臂和第三桥臂的下桥臂上设置有开关管，共用的第二桥臂的上桥臂上设置有开关管，且共用的第二桥臂上开关管的驱动信号具有固定的占空比。本发明专利技术还涉及一种磁悬浮轴承开关功率放大器的控制方法。本发明专利技术的磁悬浮轴承开关功率放大器及其控制方法，减小了放大器的体积，降低了放大器的开关损耗，而且控制方式简单便捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关功率放大器
，特别是涉及一种磁悬浮轴承开关功率放大器及其控制方法。
技术介绍
磁悬浮轴承控制系统普遍采用开关功率放大器，一般采用H桥拓扑结构。而在纯电磁轴承系统中，线圈中的电流是单向流动的，其H桥拓扑结构形式为半桥结构，半桥结构由2个桥臂组成，每个桥臂由1个可控开关管和1个二极管组成。一个半桥式H桥控制一个线圈，在一个5自由度磁悬浮轴承系统中，共有10个轴承线圈，故需要10个半桥式H桥，即需要20个可控开关管和20二极管，因此该方案所需的功率器件较多，硬件成本较高，且硬件体积较大。现有技术公开了一种全桥式三桥臂功率放大器方案，三个桥臂控制两个线圈，采用空间矢量法对6个开关管进行PWM调制。这种方式虽然通过共用一个桥臂来控制两个线圈，减少了功率器件的使用，但是其是通过空间矢量技术控制6个开关管的占空比，控制方法较为复杂，且开关功耗较大。
技术实现思路
鉴于现有技术的现状，本专利技术的目的在于提供一种磁悬浮轴承开关功率放大器及其控制方法，减小了开关功率放大器的体积，降低了成本，且开关损耗较低，控制方法简单可靠。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种磁悬浮轴承开关功率放大器，包括主控电路、驱动电路、三桥臂功率主电路和电流采样电路，所述主控电路、所述驱动电路、所述三桥臂功率主电路和所述电流采样电路依次循环电连接；所述三桥臂功率主电路包括三个桥臂和两个轴承线圈，两个所述轴承线圈分别为第一轴承线圈L1和第二轴承线圈L2，三个桥臂分别为第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一轴承线圈L1设置在所述第一桥臂和所述第二桥臂之间，所述第二轴承线圈L2设置在所述第二桥臂和所述第三桥臂之间，所述第一轴承线圈L1和所述第二轴承线圈L2共用所述第二桥臂；所述第一桥臂和所述第三桥臂的上桥臂上设置有开关管，共用的所述第二桥臂的下桥臂上设置有开关管，或者所述第一桥臂和所述第三桥臂的下桥臂上设置有开关管，共用的所述第二桥臂的上桥臂上设置有开关管，且共用的所述第二桥臂上开关管的驱动信号具有固定的占空比。在其中一个实施例中，所述第一桥臂包括第一开关管T1和第一二极管D1，所述第二桥臂包括第二开关管T2和第二二极管D2，所述第三桥臂包括第三开关管T3和第三二极管D3；所述第一开关管T1的基极连接所述驱动电路，适用于输入第一驱动信号g1，所述第一开关管T1的发射极连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极连接所述第二开关管T2的发射极，所述第一开关管T1的集电极连接所述第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接所述第二开关管T2的集电极，所述第二开关管T2的基极连接所述驱动电路，适用于输入第二驱动信号g2；所述第三开关管T3的集电极连接所述第二二极管D2的阴极，所述第三开关管T3的基极连接所述驱动电路，适用于输入第三驱动信号g3，所述第三开关管T3的发射极连接所述第三二极管D3的阴极，所述第三二极管D3的阳极连接所述第二开关管T2的发射极；所述第一轴承线圈L1的一端连接所述第一开关管T1的发射极，所述第一轴承线圈L1的另一端连接所述第二开关管T2的集电极，所述第二轴承线圈L2的一端连接所述第二开关管T2的集电极，所述第二轴承线圈L2的另一端连接所述第三开关管T3的发射极。在其中一个实施例中，所述第一桥臂包括第一开关管T1和第一二极管D1，所述第二桥臂包括第二开关管T2和第二二极管D2，所述第三桥臂包括第三开关管T3和第三二极管D3；所述第一二极管D1的阴极连接所述第二开关管T2的集电极，所述第一二极管D1的阳极连接所述第一开关管T1的集电极，所述第一开关管T1的基极连接所述驱动电路，适用于输入第一驱动信号g1，所述第一开关管T1的发射极连接所述第二二极管D2的阳极，所述第二二极管D2的阴极连接所述第二开关管T2的发射极，所述第二开关管T2的基极连接所述驱动电路，适用于输入第二驱动信号g2；所述第三二极管D3的阴极连接所述第二开关管T2的集电极，所述第三二极管D3的阳极连接所述第三开关管T3的集电极，所述第三开关管T3的发射极连接所述第二二极管D2的阳极，所述第三开关管T3的基极连接所述驱动电路，适用于输入第三驱动信号g3；所述第一轴承线圈L1的一端连接所述第一开关管T1的集电极，所述第一轴承线圈L1的另一端连接所述第二开关管T2的发射极，所述第二轴承线圈L2的一端连接所述第二开关管T2的发射极，所述第二轴承线圈L2的另一端连接所述第三开关管T3的集电极。在其中一个实施例中，所述主控电路包括预设模块、PI控制模块和PWM生成模块；所述预设模块适用于预设第一参考电流Iref1和第二参考电流Iref2，并预设所述第二桥臂上开关管对应的PWM2信号的占空比；所述PI控制模块适用于根据所述第一轴承线圈的实际电流Ifdb1与预设的第一参考电流Iref1的误差进行PI调节，根据所述第二轴承线圈的实际电流Ifdb2与预设的第二参考电流Iref2的误差进行PI调节；所述PWM生成模块适用于生成并输出PWM1信号～PWM3信号。在其中一个实施例中，所述PWM1信号和所述PWM3信号与所述PWM2信号反相，且所述PWM1信号和所述PWM3信号的低电平中心与所述PWM2信号的高电平中心对齐。在其中一个实施例中，所述电流采样电路包括第一电流采样电路和第二电流采样电路，所述第一电流采样电路与所述第一轴承线圈L1连接，适用于采集所述第一轴承线圈L1的实际电流；所述第二电流采样电路与所述第二轴承线圈L2连接，适用于采集所述第二轴承线圈L2的实际电流。在其中一个实施例中，所述电流采样电路还包括第一A/D转换模块和第二A/D转换模块，所述第一A/D转换模块设置在所述第一电流采样电路和所述主控电路之间，所述第二A/D转换模块设置在所述第二电流采样电路和所述主控电路之间。在其中一个实施例中，所述第一A/D转换模块和所述第二A/D转换模块为A/D转换器或运算放大器。在其中一个实施例中，所述三桥臂功率主电路还包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1与所述第一轴承线圈L1串联设置，所述第二电阻R2与所述第二轴承线圈L2串联设置。本专利技术还涉及一种磁悬浮轴承开关功率放大器的控制方法，用于上述任一项所述的磁悬浮轴承开关功率放大器，包括如下步骤：预设第一参考电流Iref1和第二参考电流Iref2；预设三桥臂功率主电路中的第二桥臂上开关管对应的PWM2信号的占空比，使得第二驱动信号的占空比为定值；主控电路将第一电流采样电路传送的第一轴承线圈的实际电流Ifdb1与预设的第一参考电流Iref1的误差经PI调节后输出PWM1信号，以控制第一驱动信号的占空比；主控电路将第二电流采样电路传送的第二轴承线圈的实际电流Ifdb2与预设的第二参考电流Iref2的误差经PI调节后输出PWM3信号，以控制第三驱动信号的占空比。本专利技术的有益效果是：本专利技术的磁悬浮轴承开关功率放大器及其控制方法，通过采用两个轴承线圈共用H桥的第二桥臂，实现了三个桥臂控制主动式磁悬浮轴承的两个轴承线圈的电流，且第二桥臂上开关管采用固定占空比的PWM2信号作为驱动信号，使得控制方式简单便捷。而且，本专利技术的磁悬浮轴承开关功率放大器在实现5自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮轴承开关功率放大器，其特征在于，包括主控电路(100)、驱动电路(200)、三桥臂功率主电路(300)和电流采样电路(400)，所述主控电路(100)、所述驱动电路(200)、所述三桥臂功率主电路(300)和所述电流采样电路(400)依次循环电连接；所述三桥臂功率主电路(300)包括三个桥臂和两个轴承线圈，两个所述轴承线圈分别为第一轴承线圈L1和第二轴承线圈L2，三个桥臂分别为第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一轴承线圈L1设置在所述第一桥臂和所述第二桥臂之间，所述第二轴承线圈L2设置在所述第二桥臂和所述第三桥臂之间，所述第一轴承线圈L1和所述第二轴承线圈L2共用所述第二桥臂；所述第一桥臂和所述第三桥臂的上桥臂上设置有开关管，共用的所述第二桥臂的下桥臂上设置有开关管，或者所述第一桥臂和所述第三桥臂的下桥臂上设置有开关管，共用的所述第二桥臂的上桥臂上设置有开关管，且共用的所述第二桥臂上开关管的驱动信号具有固定的占空比。

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮轴承开关功率放大器，其特征在于，包括主控电路(100)、驱动电路(200)、三桥臂功率主电路(300)和电流采样电路(400)，所述主控电路(100)、所述驱动电路(200)、所述三桥臂功率主电路(300)和所述电流采样电路(400)依次循环电连接；所述三桥臂功率主电路(300)包括三个桥臂和两个轴承线圈，两个所述轴承线圈分别为第一轴承线圈L1和第二轴承线圈L2，三个桥臂分别为第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一轴承线圈L1设置在所述第一桥臂和所述第二桥臂之间，所述第二轴承线圈L2设置在所述第二桥臂和所述第三桥臂之间，所述第一轴承线圈L1和所述第二轴承线圈L2共用所述第二桥臂；所述第一桥臂和所述第三桥臂的上桥臂上设置有开关管，共用的所述第二桥臂的下桥臂上设置有开关管，或者所述第一桥臂和所述第三桥臂的下桥臂上设置有开关管，共用的所述第二桥臂的上桥臂上设置有开关管，且共用的所述第二桥臂上开关管的驱动信号具有固定的占空比。2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承开关功率放大器，其特征在于，所述第一桥臂包括第一开关管T1和第一二极管D1，所述第二桥臂包括第二开关管T2和第二二极管D2，所述第三桥臂包括第三开关管T3和第三二极管D3；所述第一开关管T1的基极连接所述驱动电路(200)，适用于输入第一驱动信号g1，所述第一开关管T1的发射极连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极连接所述第二开关管T2的发射极，所述第一开关管T1的集电极连接所述第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接所述第二开关管T2的集电极，所述第二开关管T2的基极连接所述驱动电路(200)，适用于输入第二驱动信号g2；所述第三开关管T3的集电极连接所述第二二极管D2的阴极，所述第三开关管T3的基极连接所述驱动电路(200)，适用于输入第三驱动信号g3，所述第三开关管T3的发射极连接所述第三二极管D3的阴极，所述第三二极管D3的阳极连接所述第二开关管T2的发射极；所述第一轴承线圈L1的一端连接所述第一开关管T1的发射极，所述第一轴承线圈L1的另一端连接所述第二开关管T2的集电极，所述第二轴承线圈L2的一端连接所述第二开关管T2的集电极，所述第二轴承线圈L2的另一端连接
\t所述第三开关管T3的发射极。3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承开关功率放大器，其特征在于，所述第一桥臂包括第一开关管T1和第一二极管D1，所述第二桥臂包括第二开关管T2和第二二极管D2，所述第三桥臂包括第三开关管T3和第三二极管D3；所述第一二极管D1的阴极连接所述第二开关管T2的集电极，所述第一二极管D1的阳极连接所述第一开关管T1的集电极，所述第一开关管T1的基极连接所述驱动电路(200)，适用于输入第一驱动信号g1，所述第一开关管T1的发射极连接所述第二二极管D2的阳极，所述第二二极管D2的阴极连接所述第二开关管T2的发射极，所述第二开关管T2的基极连接所述驱动电路(200)，适用于输入第二驱动信号g2；所述第三二极管D3的阴极连接所述第二开关管T2的集电极，所述第三二极管D3的阳极连接所述第三开关管T3的集电极，所述第三开关管T3的发射极连接所述第二二极管D2的阳极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，胡余生，郭伟林，贺永玲，李燕，胡叨福，
申请(专利权)人：珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44