本發(fā)明涉及開關(guān)功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器及其控制方法。

背景技術(shù)：

磁懸浮軸承控制系統(tǒng)普遍采用開關(guān)功率放大器，一般采用H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而在純電磁軸承系統(tǒng)中，線圈中的電流是單向流動(dòng)的，其H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式為半橋結(jié)構(gòu)，半橋結(jié)構(gòu)由2個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由1個(gè)可控開關(guān)管和1個(gè)二極管組成。一個(gè)半橋式H橋控制一個(gè)線圈，在一個(gè)5自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)中，共有10個(gè)軸承線圈，故需要10個(gè)半橋式H橋，即需要20個(gè)可控開關(guān)管和20二極管，因此該方案所需的功率器件較多，硬件成本較高，且硬件體積較大。

現(xiàn)有技術(shù)公開了一種全橋式三橋臂功率放大器方案，三個(gè)橋臂控制兩個(gè)線圈，采用空間矢量法對(duì)6個(gè)開關(guān)管進(jìn)行PWM調(diào)制。這種方式雖然通過(guò)共用一個(gè)橋臂來(lái)控制兩個(gè)線圈，減少了功率器件的使用，但是其是通過(guò)空間矢量技術(shù)控制6個(gè)開關(guān)管的占空比，控制方法較為復(fù)雜，且開關(guān)功耗較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器及其控制方法，減小了開關(guān)功率放大器的體積，降低了成本，且開關(guān)損耗較低，控制方法簡(jiǎn)單可靠。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器，包括主控電路、驅(qū)動(dòng)電路、三橋臂功率主電路和電流采樣電路，所述主控電路、所述驅(qū)動(dòng)電路、所述三橋臂功率主電路和所述電流采樣電路依次循環(huán)電連接；

所述三橋臂功率主電路包括三個(gè)橋臂和兩個(gè)軸承線圈，兩個(gè)所述軸承線圈分別為第一軸承線圈L1和第二軸承線圈L2，三個(gè)橋臂分別為第一橋臂、第二 橋臂和第三橋臂，所述第一軸承線圈L1設(shè)置在所述第一橋臂和所述第二橋臂之間，所述第二軸承線圈L2設(shè)置在所述第二橋臂和所述第三橋臂之間，所述第一軸承線圈L1和所述第二軸承線圈L2共用所述第二橋臂；

所述第一橋臂和所述第三橋臂的上橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，共用的所述第二橋臂的下橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，或者所述第一橋臂和所述第三橋臂的下橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，共用的所述第二橋臂的上橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，且共用的所述第二橋臂上開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有固定的占空比。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一橋臂包括第一開關(guān)管T1和第一二極管D1，所述第二橋臂包括第二開關(guān)管T2和第二二極管D2，所述第三橋臂包括第三開關(guān)管T3和第三二極管D3；

所述第一開關(guān)管T1的基極連接所述驅(qū)動(dòng)電路，適用于輸入第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1，所述第一開關(guān)管T1的發(fā)射極連接所述第一二極管D1的陰極，所述第一二極管D1的陽(yáng)極連接所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，所述第一開關(guān)管T1的集電極連接所述第二二極管D2的陰極，所述第二二極管D2的陽(yáng)極連接所述第二開關(guān)管T2的集電極，所述第二開關(guān)管T2的基極連接所述驅(qū)動(dòng)電路，適用于輸入第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2；

所述第三開關(guān)管T3的集電極連接所述第二二極管D2的陰極，所述第三開關(guān)管T3的基極連接所述驅(qū)動(dòng)電路，適用于輸入第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3，所述第三開關(guān)管T3的發(fā)射極連接所述第三二極管D3的陰極，所述第三二極管D3的陽(yáng)極連接所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極；

所述第一軸承線圈L1的一端連接所述第一開關(guān)管T1的發(fā)射極，所述第一軸承線圈L1的另一端連接所述第二開關(guān)管T2的集電極，所述第二軸承線圈L2的一端連接所述第二開關(guān)管T2的集電極，所述第二軸承線圈L2的另一端連接所述第三開關(guān)管T3的發(fā)射極。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一橋臂包括第一開關(guān)管T1和第一二極管D1，所述第二橋臂包括第二開關(guān)管T2和第二二極管D2，所述第三橋臂包括第三開關(guān)管T3和第三二極管D3；

所述第一二極管D1的陰極連接所述第二開關(guān)管T2的集電極，所述第一二 極管D1的陽(yáng)極連接所述第一開關(guān)管T1的集電極，所述第一開關(guān)管T1的基極連接所述驅(qū)動(dòng)電路，適用于輸入第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1，所述第一開關(guān)管T1的發(fā)射極連接所述第二二極管D2的陽(yáng)極，所述第二二極管D2的陰極連接所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，所述第二開關(guān)管T2的基極連接所述驅(qū)動(dòng)電路，適用于輸入第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2；

所述第三二極管D3的陰極連接所述第二開關(guān)管T2的集電極，所述第三二極管D3的陽(yáng)極連接所述第三開關(guān)管T3的集電極，所述第三開關(guān)管T3的發(fā)射極連接所述第二二極管D2的陽(yáng)極，所述第三開關(guān)管T3的基極連接所述驅(qū)動(dòng)電路，適用于輸入第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3；

所述第一軸承線圈L1的一端連接所述第一開關(guān)管T1的集電極，所述第一軸承線圈L1的另一端連接所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，所述第二軸承線圈L2的一端連接所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，所述第二軸承線圈L2的另一端連接所述第三開關(guān)管T3的集電極。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述主控電路包括預(yù)設(shè)模塊、PI控制模塊和PWM生成模塊；

所述預(yù)設(shè)模塊適用于預(yù)設(shè)第一參考電流I_ref1和第二參考電流I_ref2，并預(yù)設(shè)所述第二橋臂上開關(guān)管對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比；

所述PI控制模塊適用于根據(jù)所述第一軸承線圈的實(shí)際電流I_fdb1與預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1的誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，根據(jù)所述第二軸承線圈的實(shí)際電流I_fdb2與預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2的誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)；

所述PWM生成模塊適用于生成并輸出PWM1信號(hào)～PWM3信號(hào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述PWM1信號(hào)和所述PWM3信號(hào)與所述PWM2信號(hào)反相，且所述PWM1信號(hào)和所述PWM3信號(hào)的低電平中心與所述PWM2信號(hào)的高電平中心對(duì)齊。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電流采樣電路包括第一電流采樣電路和第二電流采樣電路，所述第一電流采樣電路與所述第一軸承線圈L1連接，適用于采集所述第一軸承線圈L1的實(shí)際電流；所述第二電流采樣電路與所述第二軸承線圈L2連接，適用于采集所述第二軸承線圈L2的實(shí)際電流。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電流采樣電路還包括第一A/D轉(zhuǎn)換模塊和第二A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述第一A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在所述第一電流采樣電路和所述主控電路之間，所述第二A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在所述第二電流采樣電路和所述主控電路之間。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一A/D轉(zhuǎn)換模塊和所述第二A/D轉(zhuǎn)換模塊為A/D轉(zhuǎn)換器或運(yùn)算放大器。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述三橋臂功率主電路還包括第一電阻R1和第二電阻R2，所述第一電阻R1與所述第一軸承線圈L1串聯(lián)設(shè)置，所述第二電阻R2與所述第二軸承線圈L2串聯(lián)設(shè)置。

本發(fā)明還涉及一種磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器的控制方法，用于上述任一項(xiàng)所述的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器，包括如下步驟：

預(yù)設(shè)第一參考電流I_ref1和第二參考電流I_ref2；

預(yù)設(shè)三橋臂功率主電路中的第二橋臂上開關(guān)管對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比，使得第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比為定值；

主控電路將第一電流采樣電路傳送的第一軸承線圈的實(shí)際電流I_fdb1與預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1的誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出PWM1信號(hào)，以控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比；

主控電路將第二電流采樣電路傳送的第二軸承線圈的實(shí)際電流I_fdb2與預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2的誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出PWM3信號(hào)，以控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器及其控制方法，通過(guò)采用兩個(gè)軸承線圈共用H橋的第二橋臂，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)橋臂控制主動(dòng)式磁懸浮軸承的兩個(gè)軸承線圈的電流，且第二橋臂上開關(guān)管采用固定占空比的PWM2信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得控制方式簡(jiǎn)單便捷。而且，本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器在實(shí)現(xiàn)5自由度的懸浮控制時(shí)，僅需要5個(gè)半橋式三橋臂功率主電路，即共需要15個(gè)可控開關(guān)管和15個(gè)二極管，減小了放大器的體積，降低了放大器的成本，降低了放大器的開關(guān)損耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器一實(shí)施例的示意圖；

圖2為本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器另一實(shí)施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器的硬件控制框圖；

圖4為本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器中軸承線圈1的電流控制流程圖；

圖5為本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器中軸承線圈2的電流控制流程圖；

圖6為本發(fā)明中PWM2信號(hào)的占空比為50％時(shí)的控制波形圖；

圖7為本發(fā)明中PWM2信號(hào)的占空比為40％時(shí)的控制波形圖；

圖8為本發(fā)明中PWM2信號(hào)的占空比為60％時(shí)的控制波形圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器及其控制方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明并不用于限定本發(fā)明。

參見圖1至圖8，如圖1所示，本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器包括主控電路100、驅(qū)動(dòng)電路200、三橋臂功率主電路300和電流采樣電路400，主控電路100、驅(qū)動(dòng)電路200、三橋臂功率主電路300和電流采樣電路400依次循環(huán)電連接。

其中，三橋臂功率主電路300包括三個(gè)橋臂和兩個(gè)軸承線圈，兩個(gè)軸承線圈分別為第一軸承線圈L1和第二軸承線圈L2，三個(gè)橋臂分別為第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂，第一軸承線圈L1設(shè)置在第一橋臂和第二橋臂之間，第二軸承線圈L2設(shè)置在第二橋臂和第三橋臂之間，即第一軸承線圈L1和第二軸承線圈L2共用H橋的第二橋臂，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)橋臂來(lái)控制主動(dòng)式磁懸浮軸承的兩個(gè)軸承線圈的電流。

每個(gè)橋臂的上橋臂或下橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，具體地，第一橋臂和第三橋 臂的上橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，共用的第二橋臂的下橋臂上設(shè)置有開關(guān)管?；蛘叩谝粯虮酆偷谌龢虮鄣南聵虮凵显O(shè)置有開關(guān)管，共用的第二橋臂的上橋臂上設(shè)置有開關(guān)管，且共用的所述第二橋臂上開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有固定的占空比。這樣，通過(guò)控制第一橋臂上開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比可以實(shí)現(xiàn)第一軸承線圈L1的電流的控制，通過(guò)控制第三橋臂上開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)第二軸承線圈L2的電流的控制，使得控制方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

電流采樣電路400適用于采集兩個(gè)軸承線圈的實(shí)際電流，并將采集到的兩個(gè)軸承線圈的實(shí)際電流傳送至主控電路100。較優(yōu)地，電流采樣電路400包括第一電流采樣電路401和第二電流采樣電路402。第一電流采樣電路401與第一軸承線圈L1連接，適用于采集第一軸承線圈L1的實(shí)際電流，并將第一軸承線圈L1的實(shí)際電流傳送給主控電路100。第二電流采樣電路402與第二軸承線圈L2連接，適用于采集第二軸承線圈L2的實(shí)際電流，并將采集到的第二軸承線圈L2的實(shí)際電流傳送給主控電路100。

較優(yōu)地，電流采樣電路400還包括第一A/D轉(zhuǎn)換模塊和第二A/D轉(zhuǎn)換模塊，第一A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在第一電流采樣電路401和主控電路100之間，適用于將第一電流采樣電路401采集到的第一軸承線圈L1的實(shí)際電流轉(zhuǎn)化為主控電路100能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。第二A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在第二電流采樣電路402和主控電路100之間，適用于將第二電流采樣電路402采集到的第二軸承線圈L2的實(shí)際電流轉(zhuǎn)化為主控電路100能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。較優(yōu)地，本實(shí)施例中的第一A/D轉(zhuǎn)換模塊和第二A/D轉(zhuǎn)換模塊可以采用A/D轉(zhuǎn)換器或運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。

主控電路100適用于輸出PWM1信號(hào)～PWM3信號(hào)，具體地，主控電路100適用于預(yù)設(shè)第二橋臂上開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比，即第一軸承線圈L1和第二軸承線圈L2共用的第二橋臂上開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比固定，以使得第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2的占空比固定。同時(shí)，主控電路100適用于根據(jù)第一軸承線圈L1的實(shí)際電流I_fdb1與預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1輸出PWM1信號(hào)，以控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1的占空比。主控電路100根據(jù)第二軸承線圈L2的實(shí)際電流I_fdb2與預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2輸出PWM3信號(hào)，以控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3的占空比。這樣使得該磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器的控制方法簡(jiǎn)單可靠， 便于實(shí)現(xiàn)。

驅(qū)動(dòng)電路200適用于將PWM1信號(hào)～PWM3信號(hào)轉(zhuǎn)化為三橋臂功率主電路300的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1～第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3，三橋臂功率主電路300根據(jù)第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1～第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3控制三個(gè)橋臂上對(duì)應(yīng)開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷。

作為一種可實(shí)施方式，第一橋臂包括第一開關(guān)管T1和第一二極管D1，第二橋臂包括第二開關(guān)管T2和第二二極管D2，第三橋臂包括第三開關(guān)管T3和第三二極管D3。如圖2所示，第一開關(guān)管T1設(shè)置在第一橋臂的上橋臂上，第二開關(guān)管T2設(shè)置在第二橋臂的下橋臂上，第三開關(guān)管T3設(shè)置在第三橋臂的上橋臂上。具體地，第一開關(guān)管T1的基極連接驅(qū)動(dòng)電路200，適用于輸入第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1，第一開關(guān)管T1的發(fā)射極連接第一二極管D1的陰極，第一二極管D1的陽(yáng)極連接第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，第一開關(guān)管T1的集電極連接第二二極管D2的陰極。

第二二極管D2的陽(yáng)極連接第二開關(guān)管T2的集電極，第二開關(guān)管T2的基極連接驅(qū)動(dòng)電路200，適用于輸入第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2。第三開關(guān)管T3的集電極連接第二二極管D2的陰極，第三開關(guān)管T3的基極連接驅(qū)動(dòng)電路200，適用于輸入第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3，第三開關(guān)管T3的發(fā)射極連接第三二極管D3的陰極，第三二極管D3的陽(yáng)極連接第二開關(guān)管T2的發(fā)射極。本實(shí)施例中的第一開關(guān)管T1、第二開關(guān)管T2和第三開關(guān)管T3均采用NPN型晶體三極管。在其他實(shí)施例中，第一開關(guān)管T1、第二開關(guān)管T2和第三開關(guān)管還可以采用MOS管或IGBT管等。

第一軸承線圈L1的一端連接第一開關(guān)管T1的發(fā)射極，第一軸承線圈L1的另一端連接第二開關(guān)管T2的集電極，即第一軸承線圈L1的一端連接至第一開關(guān)管T1與第一二極管D1的相應(yīng)公共端，第一軸承線圈L1的另一端連接至第二開關(guān)管T2與第二二極管D2的相應(yīng)公共端。第二軸承線圈L2的一端連接第二開關(guān)管T2的集電極，第二軸承線圈L2的另一端連接第三開關(guān)管T3的發(fā)射極，即第二軸承線圈L2的一端連接至第二開關(guān)管T2與第二二極管D2的相應(yīng)公共端，第二軸承線圈L2的另一端連接至第三開關(guān)管T3與第三二極管D3的相應(yīng)公共端。

作為另一種可實(shí)施方式，第一橋臂包括第一開關(guān)管T1和第一二極管D1， 第二橋臂包括第二開關(guān)管T2和第二二極管D2，第三橋臂包括第三開關(guān)管T3和第三二極管D3。如圖3所示，第一開關(guān)管T1設(shè)置在第一橋臂的下橋臂上，第二開關(guān)管T2設(shè)置在第二橋臂的上橋臂上，第三開關(guān)管T3設(shè)置在第三橋臂的下橋臂上。具體地，第一二極管D1的陰極連接第二開關(guān)管T2的集電極，第一二極管D1的陽(yáng)極連接第一開關(guān)管T1的集電極，第一開關(guān)管T1的基極連接驅(qū)動(dòng)電路200，適用于輸入第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1。

第一開關(guān)管T1的發(fā)射極連接第二二極管D2的陽(yáng)極，第二二極管D2的陰極連接第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，第二開關(guān)管T2的基極連接驅(qū)動(dòng)電路200，適用于輸入第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2。第三二極管D3的陰極連接第二開關(guān)管T2的集電極，第三二極管D3的陽(yáng)極連接第三開關(guān)管T3的集電極，第三開關(guān)管T3的發(fā)射極連接第二二極管D2的陽(yáng)極，第三開關(guān)管T3的基極連接驅(qū)動(dòng)電路200，適用于輸入第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3。本實(shí)施例中的第一開關(guān)管T1、第二開關(guān)管T2和第三開關(guān)管T3均采用NPN型晶體三極管。在其他實(shí)施例中，第一開關(guān)管T1、第二開關(guān)管T2和第三開關(guān)管還可以采用MOS管或IGBT管等。

第一軸承線圈L1的一端連接第一開關(guān)管T1的集電極，第一軸承線圈L1的另一端連接第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，第二軸承線圈L2的一端連接第二開關(guān)管T2的發(fā)射極，第二軸承線圈L2的另一端連接第三開關(guān)管T3的集電極。

為了防止開關(guān)管T1～T3被擊穿，提高該磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器的穩(wěn)定性及可靠性，每個(gè)橋臂上開關(guān)管的發(fā)射極和集電極之間均串接有第四二極管，第四二極管的數(shù)量為三個(gè)。即第一開關(guān)管的發(fā)射極連接其中一個(gè)第四二極管的陽(yáng)極，第一開關(guān)管的集電極對(duì)應(yīng)的連接該第四二極管的陰極。第二開關(guān)管的發(fā)射極連接其中一個(gè)第四二極管的陽(yáng)極，第二開關(guān)管的集電極對(duì)應(yīng)的連接該第四二極管的陰極。第三開關(guān)管的發(fā)射極連接一個(gè)第四二極管的陽(yáng)極，第三開關(guān)管的集電極對(duì)應(yīng)的連接該第四二極管的陰極。

本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器，在實(shí)現(xiàn)5自由度的懸浮控制時(shí)，僅需要5個(gè)半橋式三橋臂功率主電路，即需要15個(gè)開關(guān)管和15個(gè)二極管。因此，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器的體積較小，成本較低，且開關(guān)損耗較低，節(jié)約了資源。

較優(yōu)地，三橋臂功率主電路300還包括第一電阻R1和第二電阻R2，第一電阻R1與第一軸承線圈L1串聯(lián)設(shè)置，第一電流采樣電路401連接至第一電阻R1與第一軸承線圈L1的相應(yīng)公共端。第二電阻R2與第二軸承線圈L2串聯(lián)設(shè)置，第二電流采樣電路402連接至第二電阻R2與第二軸承線圈L2的相應(yīng)公共端。第一電阻R1和第二電阻R2起到了限流的作用，保護(hù)了第一軸承線圈L1和第二軸承線圈L2不被損壞。

作為一種可實(shí)施方式，主控電路100包括預(yù)設(shè)模塊、PI控制模塊和PWM生成模塊。本實(shí)施例中的主控電路可以采用DSP(digital signal processor，數(shù)字信號(hào)處理器)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，可編程門陣列)、單片機(jī)或工控機(jī)等處理器中的一種或多種的組合。其中，預(yù)設(shè)模塊適用于預(yù)設(shè)第一參考電流I_ref1和第二參考電流I_ref2，并預(yù)設(shè)第二橋臂上開關(guān)管對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比，以控制第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2的占空比，使得第二橋臂上的開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比固定。PWM生成模塊適用于生成并輸出PWM1信號(hào)～PWM3信號(hào)。

PI控制模塊適用于根據(jù)第一軸承線圈L1的實(shí)際電流I_fdb1與預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1的誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并將PI調(diào)節(jié)后的結(jié)果傳送給PWM生成模塊，PWM生成模塊生成并輸出PWM1信號(hào)，以控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一軸承線圈L1的實(shí)際電流的調(diào)節(jié)，使得第一軸承線圈L1的實(shí)際電流接近預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1。同時(shí)，PI控制模塊根據(jù)第二軸承線圈L2的實(shí)際電流I_fdb2與預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2的誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并將PI調(diào)節(jié)后的結(jié)果傳送至PWM生成模塊，PWM生成模塊生成并輸出PWM3信號(hào)，以控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第二軸承線圈L2的實(shí)際電流的調(diào)節(jié)，使得第二軸承線圈L2的實(shí)際電流接近預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2。

較優(yōu)地，PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)與PWM2信號(hào)反相，以防止直通。且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的低電平中心與PWM2信號(hào)的高電平中心對(duì)齊，即PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)均以PWM2信號(hào)為參考信號(hào)。

參見圖4和圖5所示，本發(fā)明還提供了一種基于同一發(fā)明構(gòu)思的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器的控制方法，用于上述任一項(xiàng)所述的磁懸浮軸承開關(guān)功率放 大器，包括如下步驟：

預(yù)設(shè)第一參考電流I_ref1和第二參考電流I_ref2；

預(yù)設(shè)三橋臂功率主電路300中的第二橋臂上開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比，使得第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2的占空比為定值；

主控電路100將第一電流采樣電路401傳送的第一軸承線圈L1的實(shí)際電流I_fdb1與預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1的誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出PWM1信號(hào)，以控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1的占空比。從而調(diào)節(jié)流經(jīng)第一軸承線圈L1的實(shí)際電流，使得第一軸承線圈L1的實(shí)際電流I_fdb1與預(yù)設(shè)的第一參考電流I_ref1的偏差接近為0。

主控電路100將第二電流采樣電路402傳送的第二軸承線圈L2的實(shí)際電流I_fdb2與預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2的誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出PWM3信號(hào)，以控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)g3的占空比。從而調(diào)節(jié)流經(jīng)第二軸承線圈L2的實(shí)際電流，使得第二軸承線圈L2的實(shí)際電流I_fdb2與預(yù)設(shè)的第二參考電流I_ref2的偏差接近為0。

如圖4所示，下面以第一軸承線圈L1為例說(shuō)明電流調(diào)節(jié)過(guò)程：

當(dāng)?shù)谝惠S承線圈的實(shí)際電流I_fdb1小于第一參考電流I_ref1時(shí)，主控電路100經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后使得第一開關(guān)管T1對(duì)應(yīng)的PWM1信號(hào)的占空比增大，從而使得第一軸承線圈L1的實(shí)際電流上升。當(dāng)?shù)谝惠S承線圈L1的實(shí)際電流大于第一參考電流I_ref1時(shí)，主控電路經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后使得第一開關(guān)管對(duì)應(yīng)的PWM1信號(hào)的占空比減小，從而使得第一軸承線圈L1的實(shí)際電流下降，直至第一軸承線圈L1的實(shí)際電流接近第一參考電流I_ref1。第二軸承線圈L2的電流調(diào)節(jié)過(guò)程與上述過(guò)程相同，此處不再贅述。

如圖6所示，第二開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比為50％，此時(shí)若第一開關(guān)管T1對(duì)應(yīng)的PWM1信號(hào)與第三開關(guān)管T3對(duì)應(yīng)的PWM3信號(hào)的占空比大于50％時(shí)，兩個(gè)軸承線圈有充電和續(xù)流兩種狀態(tài)，軸承線圈的實(shí)際電流才有可能上升，且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的占空比越大，軸承線圈的實(shí)際電流上升越多。否則，兩個(gè)軸承線圈有放電和續(xù)流兩種狀態(tài)，軸承線圈的實(shí)際電流將下降，且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的占空比越小，軸承線圈的實(shí)際電流下降越多，軸承線圈的實(shí)際電流的最小值為0。

如圖7所示，第二開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比小于50％，以PWM2 信號(hào)的占空比為40％時(shí)為例，此時(shí)若第一開關(guān)管T1對(duì)應(yīng)的PWM1信號(hào)與第三開關(guān)管T3對(duì)應(yīng)的PWM3信號(hào)的占空比大于60％，兩個(gè)軸承線圈有充電和續(xù)流兩種狀態(tài)，軸承線圈的實(shí)際電流才有可能上升，且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的占空比越大，軸承線圈的實(shí)際電流上升越多。否則，兩個(gè)軸承線圈有放電和續(xù)流兩種狀態(tài)，軸承線圈的實(shí)際電流將下降，且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的占空比越小，軸承線圈的實(shí)際電流下降越多，軸承線圈的實(shí)際電流的最小值為0。

如圖8所示，第二開關(guān)管T2對(duì)應(yīng)的PWM2信號(hào)的占空比大于50％，以PWM2信號(hào)的占空比為60％時(shí)為例，此時(shí)若第一開關(guān)管T1對(duì)應(yīng)的PWM1信號(hào)與第三開關(guān)管T3對(duì)應(yīng)的PWM3信號(hào)的占空比大于40％，兩個(gè)軸承線圈有充電和續(xù)流兩種狀態(tài)，軸承線圈的實(shí)際電流才有可能上升，且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的占空比越大，軸承線圈的實(shí)際電流上升越多。否則，兩個(gè)軸承線圈有放電和續(xù)流兩種狀態(tài)，軸承線圈的實(shí)際電流將下降，且PWM1信號(hào)和PWM3信號(hào)的占空比越小，軸承線圈的實(shí)際電流下降越多，軸承線圈的實(shí)際電流的最小值為0。

本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器及其控制方法，通過(guò)采用兩個(gè)軸承線圈共用H橋的第二橋臂，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)橋臂控制主動(dòng)式磁懸浮軸承的兩個(gè)軸承線圈的電流，且第二橋臂上開關(guān)管采用固定占空比的PWM信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不僅使得控制方式簡(jiǎn)單便捷，而且，本發(fā)明的磁懸浮軸承開關(guān)功率放大器在實(shí)現(xiàn)5自由度的懸浮控制時(shí)，僅需要5個(gè)半橋式三橋臂功率主電路，即共需要15個(gè)可控開關(guān)管和15個(gè)二極管，減小了放大器的體積，降低了放大器的成本，降低了放大器的開關(guān)損耗。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。