一种基于功率器件的磁悬浮轴承控制器的制作方法

1.本实用新型涉及一种轴承控制器，特别是关于一种基于功率器件的磁悬浮轴承控制器。


背景技术：

2.目前的磁悬浮轴承中放大器部分都采用igbt或mosfet等传统的功率器件，因此放大器部分的开关频率较低。较低的开关频率使得执行器线圈中电流纹波增大，从而导致线圈发热、控制不准等问题，直接影响到磁悬浮工作的性能(稳定性、控制精度等)。
3.基于传统功率器件的磁悬浮轴承控制器，难以做到高开关频率，且控制器效率低下，控制器的体积较大，不利于磁悬浮轴承的推广应用。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于功率器件的磁悬浮轴承控制器，能有效提高放大器的开关频率，提高整体系统的稳定性。
5.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于功率器件的磁悬浮轴承控制器，其包括：第一ac/dc电源转换电路，用于将经ups保护的交流ac输入转换成第一dc电压源；第二ac/dc电源转换电路，用于将经ups保护的交流ac输入转换成第二dc电压源；功率放大器，与所述第一ac/dc电源转换电路的输出端连接，采用所述第一dc电压源供电；处理器，与所述第二ac/dc电源转换电路的输出端连接，采用所述第二dc电压源供电，并与所述功率放大器进行信号交互，向所述功率放大器传输开关控制信号；所述功率放大器根据接收到的所述开关控制信号，通过磁悬浮执行器控制磁悬浮轴承的工作状态。
6.进一步，所述功率放大器包括全桥电路和保护电路；
7.所述第一ac/dc电源转换电路的输出端经所述保护电路与所述全桥电路连接，所述保护电路将其实时工作状态信号传输至所述处理器，所述处理器根据接收到的信号向所述全桥电路传输开关控制信号，由所述开关控制信号控制所述全桥电路工作。
8.进一步，所述保护电路采用能实现过温保护、过压保护以及过流保护的滞回比较器。
9.进一步，所述全桥电路包括十个独立桥臂，每个所述独立桥臂都由两个功率器件串联构成；且每个所述独立桥臂的中点都经一电感后并联至共用桥臂的中点；该共用桥臂也由两个功率器件串联构成，各所述功率器件的工作状态均由所述处理器传输至的开关控制信号进行控制。
10.进一步，每两个所述独立桥臂对应一个轴自由度，分别输出十路pwm波形信号至所述磁悬浮执行器。
11.进一步，各所述功率器件都采用gan功率器件，或都采用sic功率器件。
12.进一步，所述控制器还包括采样电路和位置传感器；
13.所述采样电路与所述第二ac/dc电源转换电路的输出端连接，由所述第二dc电压
源供电；所述位置传感器设置在所述磁悬浮执行器上，用于实时监测所述磁悬浮轴承的位置信息，并传输至所述采样电路；
14.所述采样电路与所述处理器进行信息交互；所述采样电路过对所述位置传感器施加激励，并测量反馈信号；所述采样电路将测量得到的反馈信号转换成位置信息信号后，将位置信息信号传输至所述处理器。
15.进一步，所述控制器还包括监控器；该监控器与所述处理器进行信息交互。
16.进一步，所述监控器采用数码管或液晶显示模块。
17.进一步，所述处理器包括通讯用外设；
18.该通讯用外设包括外设io连接接口、usb通讯模块、can通讯模块、rs232通讯模块、具有工业modbus协议的rs485通讯模块以及具有工业modbus协议的100m以太网通讯模块。
19.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
20.1、本实用新型采用gan或sic功率器件，大幅提高功率放大器的开关频率，降低母线电压，使输出的电流纹波更小，且功率器件的损耗更小，大幅提高磁悬浮轴承控制器的功率密度。
21.2、本实用新型采用gan或sic功率器件，有极高的开关频率，可在高开关频率下实现单周期控制，有助于提升控制精度和响应速度。
22.3、本实用新型的gan或sic全桥电路拓扑共用一个桥臂，减少功率器件使用数量，有效降低产品成本和减小产品体积。
附图说明
23.图1是本实用新型一实施例中磁悬浮轴承控制器结构示意图；
24.图2是本实用新型一实施例中共用桥臂gan或sic全桥电路拓扑示意图。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.本实用新型的基于功率器件的磁悬浮轴承控制器，包括：第一ac/dc电源转换电路，用于将经ups保护的交流ac输入转换成第一dc电压源；第二ac/dc电源转换电路，用于将经ups保护的交流ac输入转换成第二dc电压源；功率放大器，与第一ac/dc电源转换电路的输出端连接，采用第一dc电压源供电；处理器，与第二ac/dc电源转换电路的输出端连接，采用第二dc电压源供电，并与功率放大器进行信号交互，向功率放大器传输开关控制信号；功率放大器根据接收到的开关控制信号，通过磁悬浮执行器控制磁悬浮轴承的工作状态。本实用新型通过采用宽禁带高频率的gan或sic器件，提高了功率模块所用器件的开关频率，
提高整体系统的精确性、稳定性和功率密度。
28.在本实用新型的一个实施例中，提供一种基于功率器件的磁悬浮轴承控制器，磁悬浮轴承利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间无机械接触。本实施例中，如图1所示，该控制器包括：
29.第一ac/dc电源转换电路，用于将经ups保护的交流ac输入转换成第一dc电压源dc；在本实施例中，优选的，第一dc电压源为58v；
30.第二ac/dc电源转换电路，用于将经ups保护的交流ac输入转换成第二dc电压源；在本实施例中，优选的，第二dc电压源为24v；
31.功率放大器，与第一ac/dc电源转换电路的输出端连接，由第一dc电压源供电；
32.处理器，与第二ac/dc电源转换电路的输出端连接，由第二dc电压源供电，并与功率放大器进行信号交互，用于向功率放大器传输开关控制信号；
33.功率放大器根据接收到的开关控制信号，通过磁悬浮执行器控制磁悬浮轴承的工作状态。
34.上述实施例中，功率放大器包括全桥电路和保护电路。第一ac/dc电源转换电路的输出端经保护电路与全桥电路连接，保护电路将其实时工作状态信号传输至处理器，处理器根据接收到的信号向全桥电路传输开关控制信号，由开关控制信号控制全桥电路工作。
35.其中，如图1所示，保护电路采用滞回比较器；通过检测的全桥电路的温度信号、电压信号、电流信号与预置的参考值的滞回比较，分别实现对全桥电路中功率器件的过温保护、对母线的过压保护以及对线圈的过流保护。
36.如图2所示，全桥电路包括十个独立桥臂，每个独立桥臂都由两个功率器件串联构成；且每个独立桥臂的中点都经一电感后并联至共用桥臂的中点；该共用桥臂也由两个功率器件串联构成，各功率器件的工作状态均由处理器传输至的开关控制信号进行控制。其中，每两个独立桥臂对应一个轴自由度，分别输出十路pwm波形信号至磁悬浮执行器。根据控制轴的需求不同，可由五轴扩展至七轴、九轴等。
37.在本实施例中，优选的，各桥臂的功率器件都采用gan功率器件，或都采用sic功率器件。
38.上述各实施例中，本实用新型的控制器还包括采样电路和位置传感器。采样电路与第二ac/dc电源转换电路的输出端连接，由第二dc电压源dc供电(例如24v dc)；位置传感器设置在磁悬浮执行器上，用于实时监测磁悬浮轴承的位置信息，并传输至采样电路；采样电路对位置传感器施加激励，并测量反馈信号；采样电路将测量得到的反馈信号转换成位置信息信号后，将位置信息信号传输至处理器，处理器根据接收到的信号输出开关控制信号。
39.上述各实施例中，本实用新型的控制器还包括监控器。该监控器与处理器进行信息交互，用于实时观测处理器的工作状态。使用时，监控器可以通过can通信连接上位机检测磁悬浮轴承的运行状态。
40.在本实施例中，监控器可以采用数码管或液晶显示模块，根据客户选择灵活切换。
41.上述各实施例中，处理器还包括通讯用外设；该通讯用外设包括外设io连接接口、usb通讯模块、can通讯模块、rs232通讯模块、具有工业modbus协议的rs485通讯模块以及具有工业modbus协议的100m以太网通讯模块。
42.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。