一種三電平開關(guān)功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于開關(guān)功率放大器領(lǐng)域，具體涉及一種三電平開關(guān)功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的機(jī)械式推力軸承具有摩擦、磨損及由此產(chǎn)生的溫升等缺陷，影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械的速度和精度。而磁懸浮軸承是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，然后將轉(zhuǎn)子以旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使其繞特定軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與定子之間無(wú)接觸、無(wú)摩擦、使用壽命長(zhǎng)、不用潤(rùn)滑、高精度的一種新型、高性能軸承。
[0003]在五自由度磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中，功率放大器是磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中非常重要的一部分。電磁軸承系統(tǒng)在早期多采用線性功率放大器，由于線性功放的效率較低、體積相對(duì)較大、功率適應(yīng)范圍小等不足，現(xiàn)在電磁軸承系統(tǒng)中幾乎都采用效率高、動(dòng)態(tài)特性好的開關(guān)功率放大器。較早的磁懸浮軸承開關(guān)功放大都采用電流兩電平調(diào)制技術(shù)，存在電流紋波大、動(dòng)態(tài)特性受限等缺點(diǎn)，而三電平調(diào)制技術(shù)能有效地降低電流紋波，減小電磁噪聲，同時(shí)減小了線圈的銅損耗，此外還有利于提高開關(guān)功放的電流響應(yīng)速度和控制力響應(yīng)速度，進(jìn)而提高系統(tǒng)的整體性能。
[0004]中國(guó)專利授權(quán)號(hào)為ZL100461627C的專利文件公開了一種三電平開關(guān)功率放大器控制方法，包括信號(hào)混合處理電路、脈寬調(diào)制電路、保護(hù)和光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，以及將來(lái)自控制器的信號(hào)進(jìn)行處理得到相應(yīng)的電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)橋式電路，從而控制負(fù)載的電流大小。該放大器的信號(hào)混合處理電路是將功率開關(guān)橋式電路的電磁線圈中反饋回來(lái)的感性負(fù)載的電流信號(hào)和靜態(tài)電流調(diào)節(jié)的電壓定好及PID控制器的信號(hào)相加處理，輸出信號(hào)通過脈寬條值電路和光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路后直接驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管。該控制方式是采用一個(gè)反相器對(duì)PID信號(hào)進(jìn)行反向來(lái)分別實(shí)現(xiàn)上、下開關(guān)管的控制，本發(fā)明提供了一種與上述方式完全不同控制方式的三電平開關(guān)功率放大器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種三電平開關(guān)功率放大器，能夠提高開關(guān)功放的電流響應(yīng)速度和控制力響應(yīng)速度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種三電平開關(guān)功率放大器，包括具有上橋開關(guān)管和下橋開關(guān)管的功率開關(guān)橋式電路以及連接于兩開關(guān)管之間的電磁軸承線圈Lm，所述上、下橋開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由開關(guān)管控制電路產(chǎn)生，該開關(guān)管控制電路包括脈寬調(diào)制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路和控制調(diào)節(jié)電路，所述控制調(diào)節(jié)電路的輸出信號(hào)通過脈寬調(diào)制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)橋式電路的對(duì)應(yīng)功率開關(guān)管，所述控制調(diào)節(jié)電路用于將給定信號(hào)和功率開關(guān)橋式電路的電磁線圈電流反饋信號(hào)進(jìn)行處理，該控制調(diào)節(jié)電路包括上橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路和下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，上、下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路均包括順次連接的用于將電流反饋信號(hào)和給定信號(hào)進(jìn)行處理的PI調(diào)節(jié)電路和PWM控制器，且下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路還包括用于將給定信號(hào)進(jìn)行放大處理的放大調(diào)理電路，該放大調(diào)理電路連接于對(duì)應(yīng)PI調(diào)節(jié)電路的給定信號(hào)輸入端。
[0007]所述控制調(diào)節(jié)電路還包括用于對(duì)電流反饋信號(hào)進(jìn)行放大、濾波及調(diào)理的信號(hào)調(diào)理電路。
[0008]所述放大調(diào)理電路包括運(yùn)放U5A，U5A的反相輸入端用于通過并聯(lián)的電阻R41和電阻R42與給定信號(hào)連接，U5A的輸出端通過電阻R43與其反相輸入端連接。
[0009]所述PI調(diào)節(jié)電路包括一個(gè)運(yùn)放，運(yùn)放的同相輸入端用于連接給定信號(hào)，其反相輸入端用于與電流反饋信號(hào)連接。
[0010]所述PWM調(diào)節(jié)器采用占空比0%?100%可調(diào)的芯片。
[0011]所述脈沖調(diào)制電路采用與門芯片⑶408IBM。
[0012]本發(fā)明三電平開關(guān)功率放大器的控制調(diào)節(jié)電路包括上橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路和下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，軸承線圈的電流反饋信號(hào)一方面與給定信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)電路得到誤差信號(hào)，再進(jìn)入PWM調(diào)節(jié)器形成上橋開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；一方面與經(jīng)過放大調(diào)理電路后的給定信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)電路得到誤差信號(hào)，再進(jìn)入PWM調(diào)節(jié)器形成下橋開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后將驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)脈沖調(diào)制電路和驅(qū)動(dòng)隔離電路直接控制功率開關(guān)橋式電路中功率管的開通與關(guān)斷，從而達(dá)到控制電磁軸承線圈電流的目的。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明三電平開關(guān)功率放大器的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為控制調(diào)節(jié)電路中上橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的電路原理圖；
[0015]圖3控制調(diào)節(jié)電路中下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的電路原理圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的PWM控制器的電路原理圖；
[0017]圖5為本發(fā)明的脈沖調(diào)制電路的電路原理圖；
[0018]圖6為全橋電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0020]如圖1所示為本發(fā)明三電平開關(guān)功率放大器實(shí)施例的原理圖，由圖可知，該放大器包括功率開關(guān)橋式電路以及連接于兩開關(guān)管之間的電磁軸承線圈Lm，本實(shí)施例的功率開關(guān)橋式電路為半橋主回路，包括上橋開關(guān)管Ql和下橋開關(guān)管Q2，Ql和Q2為MOSFET或者IGBT，D1和D2為功率二極管，電解電容El和無(wú)感電容Cl為支撐母線電壓和吸收功率管的尖峰的作用，Rm為電磁軸線線圈的電阻，電流互感器串聯(lián)在回路中用于采樣電感電流，其電流反饋信號(hào)為ILF。該三電平功率放大器的控制方法包括如下步驟:
[0021](I)充電時(shí)，上橋開關(guān)管在對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下進(jìn)行占空比變化的開通與關(guān)斷，下橋開關(guān)管Q2保持開通狀態(tài)，當(dāng)Q1、Q2均開通時(shí)，Ql、電流互感器、Rm、Ln^P Q2構(gòu)成充電回路，當(dāng)Ql關(guān)斷、Q2開通時(shí)，D2、電流互感器、Rm, Lm和Q2構(gòu)成續(xù)流回路；
[0022](2)放電時(shí)，下橋開關(guān)管Q2在對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下開通與關(guān)斷，上橋開關(guān)管Ql保持關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)Q2開通時(shí)，D2、電流互感器、Rm, Lm和Q2構(gòu)成續(xù)流回路，當(dāng)Q2關(guān)斷時(shí)，Lm處于放電狀態(tài)，構(gòu)成由D2、電流互感器、Rm、Ln^P Dl組成的放電回路。
[0023]本實(shí)施例功率開關(guān)橋式電路中上、下開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)由開關(guān)管控制電路產(chǎn)生，該開關(guān)管控制電路包括脈寬調(diào)制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路和控制調(diào)節(jié)電路，控制調(diào)節(jié)電路的輸出信號(hào)通過脈寬調(diào)制電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)橋式電路的對(duì)應(yīng)功率開關(guān)管，控制調(diào)節(jié)電路用于將給定信號(hào)和功率開關(guān)橋式電路的電磁線圈電流反饋信號(hào)進(jìn)行處理，該控制調(diào)節(jié)電路包括上橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路和下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，上、下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路均包括順次連接的用于將電流反饋信號(hào)和給定信號(hào)進(jìn)行處理的PI調(diào)節(jié)電路和PWM控制器，且下橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路還包括用于將給定信號(hào)進(jìn)行放大處理的放大調(diào)理電路，該放大調(diào)理電路連接于對(duì)應(yīng)PI調(diào)節(jié)電路的給定信號(hào)輸入端。
[0024]本實(shí)施例的功率開關(guān)橋式電路為半橋主回路，包括上橋開關(guān)管Ql和下橋開關(guān)管Q2，Q1和Q2為MOSFET或者IGBT，D1和D2為功率二極管，電解電容El和無(wú)感電容Cl為支撐母線電壓和吸收功率管的尖峰的作用，Rm為電磁軸線線圈的電阻，Lm為電磁軸承線圈的電感，電流互感器串聯(lián)在回路中用于采樣電感電流，其電流反饋信號(hào)為ILF。
[0025]Ql的G極通過電阻Rll與驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRV1_G連接，Rll兩端并聯(lián)有電阻RlO和二極管Dll的