三电平开关功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于开关功率放大器领域，具体涉及一种三电平开关功率放大器。
【背景技术】
[0002]传统的机械式推力轴承具有摩擦、磨损及由此产生的温升等缺陷，影响旋转机械的速度和精度。而磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，然后将转子以旋转电机驱动，使其绕特定轴线旋转，转子与定子之间无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑、高精度的一种新型、高性能轴承。
[0003]在五自由度磁悬浮轴承控制系统中，功率放大器是磁悬浮轴承控制系统中非常重要的一部分。电磁轴承系统在早期多采用线性功率放大器，由于线性功放的效率较低、体积相对较大、功率适应范围小等不足，现在电磁轴承系统中几乎都采用效率高、动态特性好的开关功率放大器。较早的磁悬浮轴承开关功放大都采用电流两电平调制技术，存在电流纹波大、动态特性受限等缺点，而三电平调制技术能有效地降低电流纹波，减小电磁噪声，同时减小了线圈的铜损耗，此外还有利于提高开关功放的电流响应速度和控制力响应速度，进而提高系统的整体性能。
[0004]中国专利授权号为ZL100461627C的专利文件公开了一种三电平开关功率放大器控制方法，包括信号混合处理电路、脉宽调制电路、保护和光耦隔离驱动电路，以及将来自控制器的信号进行处理得到相应的电压信号驱动桥式电路，从而控制负载的电流大小。该放大器的信号混合处理电路是将功率开关桥式电路的电磁线圈中反馈回来的感性负载的电流信号和静态电流调节的电压定好及PID控制器的信号相加处理，输出信号通过脉宽条值电路和光耦隔离驱动电路后直接驱动功率开关管。该控制方式是采用一个反相器对PID信号进行反向来分别实现上、下开关管的控制，本实用新型提供了一种与上述方式完全不同控制方式的三电平开关功率放大器。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种三电平开关功率放大器，能够提高开关功放的电流响应速度和控制力响应速度。
[0006]为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种三电平开关功率放大器，包括具有上桥开关管和下桥开关管的功率开关桥式电路以及连接于两开关管之间的电磁轴承线圈Lm，所述上、下桥开关管的驱动信号由开关管控制电路产生，该开关管控制电路包括脉冲调制电路、隔离驱动电路和控制调节电路，所述控制调节电路的输出信号通过脉冲调制电路、隔离驱动电路后驱动功率开关桥式电路的对应功率开关管，所述控制调节电路用于将给定信号和功率开关桥式电路的电磁线圈电流反馈信号进行处理，该控制调节电路包括上桥开关管驱动信号产生电路和下桥开关管驱动信号产生电路，上、下桥开关管驱动信号产生电路均包括顺次连接的用于将电流反馈信号和给定信号进行处理的PI调节电路和PWM控制器，且下桥开关管驱动信号产生电路还包括用于将给定信号进行放大处理的放大调理电路，该放大调理电路连接于对应PI调节电路的给定信号输入端。
[0007]所述控制调节电路还包括用于对电流反馈信号进行放大、滤波及调理的信号调理电路。
[0008]所述放大调理电路包括运放U5A，U5A的反相输入端用于通过并联的电阻R41和电阻R42与给定信号连接，U5A的输出端通过电阻R43与其反相输入端连接。
[0009]所述PI调节电路包括一个运放，运放的同相输入端用于连接给定信号，其反相输入端用于与电流反馈信号连接。
[0010]所述PWM调节器采用占空比0%?100%可调的芯片。
[0011]所述脉冲调制电路采用与门芯片⑶408IBM。
[0012]本实用新型三电平开关功率放大器的控制调节电路包括上桥开关管驱动信号产生电路和下桥开关管驱动信号产生电路，轴承线圈的电流反馈信号一方面与给定信号经PI调节电路得到误差信号，再进入PWM调节器形成上桥开关管的驱动信号；一方面与经过放大调理电路后的给定信号经PI调节电路得到误差信号，再进入PWM调节器形成下桥开关管的驱动信号，然后将驱动信号经脉冲调制电路和驱动隔离电路直接控制功率开关桥式电路中功率管的开通与关断，从而达到控制电磁轴承线圈电流的目的。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型三电平开关功率放大器原理结构示意图的功率开关管桥式电路；
[0014]图2是本实用新型三电平开关功率放大器原理结构示意图的开关管控制电路；
[0015]图3为控制调节电路中上桥开关管驱动信号产生的电路原理图；
[0016]图4控制调节电路中下桥开关管驱动信号产生的电路原理图；
[0017]图5为本实用新型的PWM控制器的电路原理图；
[0018]图6为本实用新型的脉冲调制电路的电路原理图；
[0019]图7为全桥电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
[0021]如图1所示为本实用新型三电平开关功率放大器实施例的原理图，由图可知，该放大器包括功率开关桥式电路以及连接于两开关管之间的电磁轴承线圈Lm，本实施例的功率开关桥式电路为半桥主回路，包括上桥开关管Q1和下桥开关管Q2，Q1和Q2为M0SFET或者IGBT，D1和D2为功率二极管，电解电容E1和无感电容C1为支撑母线电压和吸收功率管的尖峰的作用，Rm为电磁轴线线圈的电阻，电流互感器串联在回路中用于采样电感电流，其电流反馈信号为ILF。该三电平功率放大器的控制方法包括如下步骤:
[0022](1)充电时，上桥开关管在对应驱动信号的控制下进行占空比变化的开通与关断，下桥开关管Q2保持开通状态，当Q1、Q2均开通时，Q1、电流互感器、Rm、Lm和Q2构成充电回路，当Q1关断、Q2开通时，D2、电流互感器、Rm、Lm和Q2构成续流回路；
[0023](2)放电时，下桥开关管Q2在对应驱动信号的控制下开通与关断，上桥开关管Q1保持关断状态，当Q2开通时，D2、电流互感器、Rm、Lm和Q2构成续流回路，当Q2关断时，Lm处于放电状态，构成由D2、电流互感器、Rm、Lm和D1组成的放电回路。
[0024]本实施例功率开关桥式电路中上、下开关管驱动信号由开关管控制电路产生，如图2所示，该开关管控制电路包括脉冲调制电路、隔离驱动电路和控制调节电路，控制调节电路的输出信号通过脉冲调制电路、隔离驱动电路后驱动功率开关桥式电路的对应功率开关管，控制调节电路用于将给定信号和功率开关桥式电路的电磁线圈电流反馈信号进行处理，该控制调节电路包括上桥开关管驱动信号产生电路和下桥开关管驱动信号产生电路，上、下桥开关管驱动信号产生电路均包括顺次连接的用于将电流反馈信号和给定信号进行处理的PI调节电路和PWM控制器，且下桥开关管驱动信号产生电路还包括用于将给定信号进行放大处理的放大调理电路，该放大调理电路连接于对应PI调节电路的给定信号输入端。
[0025]本实施例的功率开关桥式电路为半桥主回路，包括上桥开关管Q1和下桥开关管Q2，Q1和Q2为M0SFET或者IGBT，D1和D2为功率二极管，电解电容E1和无感电容C1为支撑母线电压和吸收功率管的尖峰的作用，Rm为电磁轴线线圈的电阻，Lm为电磁轴承线圈的电感，电流互感器串联在回路中用于采样电感电流，其电流反馈信号为ILF。
[0026]Q1的G极通过电阻R11与驱动