六桥臂五路输出电磁轴承开关功率放大器的控制方法技术

一种六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器的控制方法，属开关功率放大器，包括信号调理电路（１），电流控制器（２），驱动电路（３），功率转换电路（４）和电流检测电路（５）。五路负载（６）（电磁轴承五个自由度的绕组）的一端都连接到（４）的一个公共桥臂，另外一端分别连接到其它五个桥臂。本功率放大器对公共桥臂单独进行控制，其开关信号的占空比由五路电流误差的最大值和最小值确定，另外五个桥臂的开关状态根据每一路输出电流的误差实时改变，可使该路电流增大、减小或自然续流。本功放的控制方法简单直观，易于实现，可以有效解决多相负载输出的不对称问题，减少功率管的数目和开关损耗，降低功放的复杂程度，具有较大的经济和实用价值。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术的六桥臂五路输出电磁轴承开关功率放大器的控制方法属开关功率 放大器。二、 技术背景目前磁轴承系统所使用开关功率放大器多为半桥、改进半桥或全桥结构，每 套功放都需要独立的的控制电路，并且只能用来驱动一个磁轴承线圈。如果要实 现转子的两端和轴向总共五自由度的悬浮，则至少需要五套这种功放，这样五套 独立的控制电路和功率转换电路将使功放部分的体积变得比较庞大，复杂程度 高，可靠性低，并且功率管较多，损耗较大。如果采用图2六桥臂五路输出结构 则可以同时给五个自由度的线圈供电实现悬浮，使功率电路和控制电路都得到简 化，降低复杂程度并提高可靠性。三、
技术实现思路
相对于传统的电磁轴承开关功率放大器，本专利技术研制的一种六桥臂五路输出 电磁轴承开关功率放大器是一种集成度高、控制效果好，结构简单、可靠性高、 损耗小的功放， 一台功放就可以对电磁轴承的五个自由度进行控制。一种六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器的控制方法，所使用的六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器，包括与给定信号相连的调理电路，电流控制器，驱动电路，六桥臂功率转换电路和电流检测电路。其中与给定信号相连的调理电路连于电流控制器的输入，电流控制器的输出经驱动电路连于六桥臂功率转换电路的输入，六桥臂功率转换电路的输出经电流检测电路与五路负载相连，电流检测电路的输出与电流控制器相连。所述六桥臂功率转换电路包括一路公共桥臂和五路负载输出桥臂，每个桥臂均由两个开关管串联组成，每个桥臂的正端连于直流电源正极，每个桥臂的负端连于直流电源的负极。每个开关管反向并联一个快恢复二极管，公共桥臂的上下两个开关管的串联节点连于五路负载的 公共端，其他五路负载输出桥臂的每路两个开关管的串联节点分别连于一个负载的另一端。公共桥臂与五路负载输出桥臂区分开来单独控制，公共桥臂的上下两 个串联开关管互补导通，在一个开关周期内，公共桥臂两个开关管的开关信号占 空比由下式确定^ = 1 , 1 * max(g(i)) + min(g(i)) 2 2 |max(e(i))| + |min(e(i))|式中占空比Z 由五路负载电流的误差e(/)决定，</) = 4-/,， /,,为给定电3流，/,为实际电流，/ = a,6，c,d,e， max(e(0)和min(e(i》分别为五路电流误差信 号的最大值和最小值，Imax(e(f))l和lmin(e(/))l分别为最大值与最小值的绝对值。另外五路负载输出桥臂两个串联开关管的开关信号根据输出电流的误差极 性信号选择开关状态，使电流增加、减小或续流，每个桥臂的开关状态由与其相 连的该桥臂的输出电流误差极性信号IN1和公共桥臂上开关管的开关信号IN2 来确定。在每个控制周期的开始，即时钟信号CLK信号上升沿来临时，误差信号 直接传送到该桥臂上开关管的开关信号0UT1端，其反相信号送到该桥臂下开关 管的开关信号0UT2，这个状态持续到该桥臂的输出电流误差极性信号IN1发生 跳变，在这一开关状态下负载电流会迅速减小或者增大，使电流误差减小。当该 桥臂的输出电流误差极性信号IN1发生跳变时实际输出电流与给定信号相等，该 桥臂的输出电流误差为O，此后输出电流不需急剧变化，只要自然续流即可，所 以这时此桥臂的开关状态应与公共桥臂的开关状态相同，即该桥臂上开关管的开 关信号0UT1等于公共桥臂上开关管的开关信号IN2，该桥臂下开关管的开关信 号0UT2为公共桥臂上开关管的开关信号IN2的反相，这个状态保持到下个时钟 信号CLK上升沿来临，然后再重复上述动作。本专利技术的六桥臂五路输出磁轴承开关功率放大器与现有的技术相比，所使用 的开关管数目少，集成度高，控制效果好，开关损耗小，效率和可靠性较高，同 时还具有控制算法简单直观，易于实现等优点。四附图说明图1是六桥臂五路输出的磁轴承开关功率放大器原理框图。图1中的符号名称iar， ibr，厶idr， 4为五个给定电流；PWM1 ， PWM2 ，……，PWM12为12路开关信号。图2是六桥臂开关功放的功率转换电路。图2中符号名称〃d。为直流母线电压；Sr S,2为开关管；D, 012为反并快恢复二极管；n， a， b， c， d， e分别为各个桥臂的节点；A， B， C， D， E为磁轴 承五个自由度的绕组。图3是公共桥臂之外的其它桥臂的开关控制实现原理图。图3中符号名称IN1为该桥臂的输出电流误差极性信号；CLK为时钟信号；IN2为公共桥臂上开关管的开关信号；0UT1为该桥臂上开关管的开关信号；0UT2 为该桥臂下开关管的开关信号；五、 具体实施方法图1是本专利技术的组成框图，图中由运算放大器组成的调理电路对给定信号Jar，/b4，A，^进行调理运算得到控制电路需要的信号，调理过后的信号被送到电流控制电路。电流控制电路采用数字信号处理器DSP和CPLD的组合，输出控制功率开关管导通关断的开关脉冲，此控制信号经过专用驱动芯片组成的 开关管驱动电路来对六桥臂功率转换电路进行控制。检测部分由包括五个电流传感器和由运放与比较器构成的信号检测电路，负载是电磁轴承5个自由度的绕 组。功率转换电路如图2所示，采用的是六桥臂拓扑，其中有一个公共桥臂，连接五路负载的一端，其它桥臂连接五路负载的另一端。对六桥臂功率转换电路的控制可分为两个部分公共桥臂的控制和其它五个桥臂的控制。公共桥臂的上下两个开关管互补导通，即上管开通下管关断，上管 关闭下管导通。在一个开关周期之内，公共桥臂上管的开关信号占空比可以由下式确定式中占空比Z 由五路负载电流的误差e(O决定，e(/) = /,,-/,， 4为给定电 流，/,为实际电流，！' = fl,6,c,Ae， max(e(/))和min(e(/))分别为五路电流误差信 号的最大值和最小值，|max(e(/))|和|min(e(z'))|分别为最大值与最小值的绝对值。由上式得到的公共桥臂上开关管开关信号占空比在[O， l]区间变化当五 个桥臂的负载电流误差皆为正数时，占空比为l，误差全为负数时，占空比 为0。其它状态则在0和1之间，负的电流误差绝对值越大，越接近于0， 相反，正的电流误差绝对值越大，越接近于l。的变化可以适时调整公共桥 臂节点的电位，既能输出五路电流的变化所需要的电压，又将直流母线电压很好 地利用起来。图3为除公共桥臂以外的其他桥臂上下两个开关管开关信号的产生原理图， 这一桥臂的开关状态由与其相连的该桥臂的输出电流误差极性信号IN1和公共 桥臂上开关管的开关信号IN2来确定。在每个控制周期的开始，即时钟信号CLK 信号上升沿来临时，误差信号直接传送到该桥臂上开关管的开关信号0UT1端， 其反相信号送到该桥臂下开关管的开关信号0UT2，这个状态持续到该桥臂的输 出电流误差极性信号IN1发生跳变，在这一开关状态下负载电流会迅速减小或者 增大，使电流误差减小。当该桥臂的输出电流误差极性信号IN1发生跳变时实际 输出电流与给定信号相等，该桥臂的输出电流误差为0，此后输出电流不需急剧11 * max(e(i)) + min(e(i))变化，只要自然续流即可，所以这时此桥臂的开关状态应与公共桥臂的开关状态 相同，即该桥臂上开关管的开关信号0UT1等于公共桥臂上开关管的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器的控制方法，所使用的六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器，包括与给定信号相连的调理电路（１），电流控制器（２），驱动电路（３），六桥臂功率转换电路（４）和电流检测电路（５），其中与给定信号相连的调理电路（１）连于电流控制器（２）的输入，电流控制器（２）的输出经驱动电路（３）连于六桥臂功率转换电路（４）的输入，六桥臂功率转换电路（４）的输出经电流检测电路（５）与五路负载（６）相连，电流检测电路的输出与电流控制器（２）相连，所述六桥臂功率转换电路（４）包括一路公共桥臂和五路负载输出桥臂，每个桥臂均由两个开关管串联组成，每个桥臂的正端连于直流电源正极，每个桥臂的负端连于直流电源的负极，每个开关管反向并联一个快恢复二极管，公共桥臂的上下两个开关管（Ｓ１，Ｓ２）的串联节点连于五路负载的公共端，其他五路负载输出桥臂的每路两个开关管的串联节点分别连于一个负载的另一端，其特征在于将公共桥臂与五路负载输出桥臂区分开来单独控制，公共桥臂的上下两个串联开关管（Ｓ１，Ｓ２）互补导通，在一个开关周期内，公共桥臂两个开关管的开关信号占空比Ｄ由下式确定：＊＊＊式中占空比Ｄ由五路负载电流的误差ｅ（ｉ）决定，ｅ（ｉ）＝Ｉ↓［ｉｒ］－Ｉ↓［ｉ］，Ｉ↓［ｉｒ］为给定电流，Ｉ↓［ｉ］为实际电流，ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｍａｘ（ｅ（ｉ））和ｍｉｎ（ｅ（ｉ））分别为 五路电流误差信号的最大值和最小值，｜ｍａｘ（ｅ（ｉ））｜和｜ｍｉｎ（ｅ（ｉ））｜分别为最大值与最小值的绝对值；另外五路负载输出桥臂两个串联开关管的开关信号根据输出电流的误差极性信号选择开关状态，使电流增加、减小或续流，每个桥臂的开关 状态由与其相连的该桥臂的输出电流误差极性信号ＩＮ１和公共桥臂上开关管的开关信号ＩＮ２来确定，在每个控制周期的开始，即时钟信号ＣＬＫ信号上升沿来临时，误差信号直接传送到该桥臂上开关管的开关信号ＯＵＴ１端，其反相信号送到该桥臂下开关管的开关信号ＯＵＴ２，这个状态持续到该桥臂的输出电流误差极性信号ＩＮ１发生跳变，在这一开关状态下负载电流会迅速减小或者增大，使电流误差减小，当该桥臂的输出电流误差极性信号ＩＮ１发生跳变时实际输出电流与给定信号相等，该桥臂的输出电流误差为０，此后输出电流不需急剧变化，只要自然续流即可，这时此桥臂的开关状态应与公共桥臂的开关状态相同，即该桥臂上开关管的开关信号ＯＵＴ１等于公共桥臂...

【技术特征摘要】
1、一种六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器的控制方法，所使用的六桥臂五路输出的电磁轴承开关功率放大器，包括与给定信号相连的调理电路(1)，电流控制器(2)，驱动电路(3)，六桥臂功率转换电路(4)和电流检测电路(5)，其中与给定信号相连的调理电路(1)连于电流控制器(2)的输入，电流控制器(2)的输出经驱动电路(3)连于六桥臂功率转换电路(4)的输入，六桥臂功率转换电路(4)的输出经电流检测电路(5)与五路负载(6)相连，电流检测电路的输出与电流控制器(2)相连，所述六桥臂功率转换电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志达，李祥生，邓智泉，王晓琳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]