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)電機驅(qū)動，使其繞特定軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與定子之間無接觸、無摩擦、使用壽命長、不用潤滑、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、動態(tài)特性受限等缺點，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，進而提高系統(tǒng)的整體性能。
[0004]中國專利授權(quán)號為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，包括信號混合處理電路、脈寬調(diào)制電路、保護和光耦隔離驅(qū)動電路，以及將來自控制器的信號進行處理得到相應(yīng)的電壓信號驅(qū)動橋式電路，從而控制負(fù)載的電流大小。該放大器的信號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的感性負(fù)載的電流信號和靜態(tài)電流調(diào)節(jié)的電壓定好及PID控制器的信號相加處理，輸出信號通過脈寬條值電路和光耦隔離驅(qū)動電路后直接驅(qū)動功率開關(guān)管。該控制方式是采用一個反相器對PID信號進行反向來分別實現(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)動信號由開關(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)電路的輸出信號通過脈寬調(diào)制電路、隔離驅(qū)動電路后驅(qū)動功率開關(guān)橋式電路的對應(yīng)功率開關(guān)管，所述控制調(diào)節(jié)電路用于將給定信號和功率開關(guān)橋式電路的電磁線圈電流反饋信號進行處理，該控制調(diào)節(jié)電路包括上橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，上、下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路均包括順次連接的用于將電流反饋信號和給定信號進行處理的PI調(diào)節(jié)電路和PWM控制器，且下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路還包括用于將給定信號進行放大處理的放大調(diào)理電路，該放大調(diào)理電路連接于對應(yīng)PI調(diào)節(jié)電路的給定信號輸入端。
[0007]所述控制調(diào)節(jié)電路還包括用于對電流反饋信號進行放大、濾波及調(diào)理的信號調(diào)理電路。
[0008]所述放大調(diào)理電路包括運放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)電路包括一個運放，運放的同相輸入端用于連接給定信號，其反相輸入端用于與電流反饋信號連接。
[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)動信號產(chǎn)生電路和下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，軸承線圈的電流反饋信號一方面與給定信號經(jīng)PI調(diào)節(jié)電路得到誤差信號，再進入PWM調(diào)節(jié)器形成上橋開關(guān)管的驅(qū)動信號；一方面與經(jīng)過放大調(diào)理電路后的給定信號經(jīng)PI調(diào)節(jié)電路得到誤差信號，再進入PWM調(diào)節(jié)器形成下橋開關(guān)管的驅(qū)動信號，然后將驅(qū)動信號經(jīng)脈沖調(diào)制電路和驅(qū)動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)動信號產(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)動信號產(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。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體的實施例對本發(fā)明進行進一步介紹。
[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，上橋開關(guān)管在對應(yīng)驅(qū)動信號的控制下進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，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，D2、電流互感器、Rm, Lm和Q2構(gòu)成續(xù)流回路；
[0022](2)放電時，下橋開關(guān)管Q2在對應(yīng)驅(qū)動信號的控制下開通與關(guān)斷，上橋開關(guān)管Ql保持關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)Q2開通時，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，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]本實施例功率開關(guān)橋式電路中上、下開關(guān)管驅(qū)動信號由開關(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)動電路和控制調(diào)節(jié)電路，控制調(diào)節(jié)電路的輸出信號通過脈寬調(diào)制電路、隔離驅(qū)動電路后驅(qū)動功率開關(guān)橋式電路的對應(yīng)功率開關(guān)管，控制調(diào)節(jié)電路用于將給定信號和功率開關(guān)橋式電路的電磁線圈電流反饋信號進行處理，該控制調(diào)節(jié)電路包括上橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，上、下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路均包括順次連接的用于將電流反饋信號和給定信號進行處理的PI調(diào)節(jié)電路和PWM控制器，且下橋開關(guān)管驅(qū)動信號產(chǎn)生電路還包括用于將給定信號進行放大處理的放大調(diào)理電路，該放大調(diào)理電路連接于對應(yīng)PI調(diào)節(jié)電路的給定信號輸入端。
[0024]本實施例的功率開關(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，其電流反饋信號為ILF。
[0025]Ql的G極通過電阻Rll與驅(qū)動信號DRV1_G連接，Rll兩端并聯(lián)有電阻RlO和二極管Dll的