一种功率放大器的控制装置和磁悬浮系统的制作方法

1.本实用新型属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种功率放大器(如磁悬浮轴承控制系统中的功率放大器)的控制装置和磁悬浮系统，尤其涉及一种磁悬浮控制器装置、磁悬浮系统及其控制方法。


背景技术：

2.在磁悬浮轴承控制系统中，通过控制功率放大器的开关管的通断，控制磁力线圈的电流，来控制轴承磁力的大小，进而使转轴在高速旋转或静态悬浮中保持悬浮稳定。相关方案中，磁悬浮产品中所使用的mcu(微控制单元)，如dsp(数字信号处理器)，存在pwm波(脉冲宽度调制波，即占空比可变的脉冲波形)的资源不足的问题。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种功率放大器的控制装置和磁悬浮系统，以解决磁悬浮产品中使用的mcu存在pwm波的资源不足的问题，达到通过使mcu的pwm波的信号复用，能够增加mcu的pwm波的资源的效果。
5.本实用新型提供一种功率放大器的控制装置中，所述功率放大器，包括：上管和下管；所述上管，包括：一个以上的开关管；所述下管，包括：一个以上的开关管；所述功率放大器的控制装置，包括：控制单元和片选单元；其中，所述控制单元，被配置为确定所述功率放大器的pwm信号，并输出所述pwm信号；所述pwm信号的数量为一路以上；所述片选单元，被配置为对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行信号复用，得到该至少一路所述pwm信号的至少两路pwm复用信号，以利用一路pwm复用信号，通过所述上管或所述下管中的一个对应的开关管的驱动电路，对所述上管或所述下管中的一个对应的开关管进行驱动控制。
6.在一些实施方式中，所述片选单元，包括：片选芯片；所述片选单元，对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行信号复用，包括：所述片选芯片，被配置为对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行片选分离，以得到该至少一路所述pwm信号的至少两路pwm复用信号；其中，在对一路所述pwm信号进行信号复用得到两路pwm复用信号的情况下，两路pwm复用信号，包括：第一pwm复用信号和第二pwm复用信号。
7.在一些实施方式中，还包括：下拉单元和上拉单元；其中，所述下拉单元，设置在所述上管中开关管所对应的驱动电路与所述片选单元之间的公共端与地之间，被配置为在非片选时使所述下管及其所对应的驱动电路能处于续流状态，所述下管对应的上管及其所对应的驱动电路处于关断状态，所述下管对应的上管及其所对应的驱动电路处于关断状态，与所述上管对应的下管及其对应的驱动电路处于续流状态；所述上拉单元，设置在所述下管中开关管所对应的驱动电路与所述片选单元之间的公共端与直流电源之间，被配置为在
非片选时使所述下管及其所对应的驱动电路能处于续流状态，所述下管对应的上管及其所对应的驱动电路处于关断状态。
8.在一些实施方式中，所述下拉单元，包括：下拉电阻模块；所述上拉单元，包括：上拉电阻模块和开关管模块；所述上拉电阻模块，设置在所述开关管模块的输出端与所述下管中开关管所对应的驱动电路之间的公共端与直流电源之间，所述开关管模块的输入端连接至所述片选单元。
9.在一些实施方式中，所述功率放大器，能够用于磁悬浮轴承控制系统；所述控制单元，确定所述功率放大器的pwm信号，包括：在所述功率放大器用于磁悬浮轴承控制系统的情况下，获取所述磁悬浮轴承控制系统中磁轴承线圈的电流信号和位移信号；根据所述磁轴承线圈的电流信号和位移信号，计算用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号；所述控制单元，对所述上管或所述下管中的一个所述开关管进行驱动控制，包括：根据由用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号经所述信号复用得到的pwm复用信号，控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断。
10.在一些实施方式中，所述控制单元，根据由用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号经所述信号复用得到的pwm复用信号，控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断，包括：在计算用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号之后，对所述pwm信号的时钟信号进行计数，并确定由计数得到的时钟信号的时钟周期是奇数周期还是偶数周期；若由计数得到的时钟信号的时钟周期是奇数周期，则控制所述片选单元输出所述功率放大器中的奇数功率放大器所对应的pwm复用信号，以驱动所述功率放大器中的奇数功率放大器工作；若由计数得到的时钟信号的时钟周期是偶数周期，则控制所述片选单元输出所述功率放大器中的偶数功率放大器所对应的pwm复用信号，以所述片选单元驱动所述功率放大器中的偶数功率放大器工作。
11.与上述装置相匹配，本实用新型再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的功率放大器的控制装置。
12.由此，本实用新型的方案，通过将mcu的pwm波的信号复用，实现单pwm波控制两个及以上的功率放大器，从而，通过使mcu的pwm波的信号复用，能够增加mcu的pwm波的资源。
13.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
14.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
15.图1为磁轴承控制系统中轴承的一实施例的结构示意图；
16.图2为磁轴承控制系统中径向轴承的一实施例的结构示意图；
17.图3为磁轴承控制系统中轴向轴承的一实施例的结构示意图；
18.图4为磁轴承控制系统中双闭环控制系统的一实施例的结构示意图；
19.图5为本实用新型的功率放大器的控制装置的一实施例的结构示意图；
20.图6为磁轴承控制系统中pwm复用结构的一实施例的结构示意图；
21.图7为磁轴承控制系统中主动式功率放大器结构的一实施例的结构示意图；
22.图8为磁轴承控制系统中开关管、电流纹波和线圈两端电压输出曲线示意图；
23.图9为磁轴承控制系统中pwm输出io复用流程的一实施例的流程示意图；
24.图10为本实用新型的功率放大器的控制方法的一实施例的流程示意图；
25.图11为本实用新型的方法中确定所述功率放大器的pwm信号的一实施例的流程示意图；
26.图12为本实用新型的方法中控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.相关方案中，主流磁轴承都采用5自由度的控制方式，如主动式就需要10个电磁线圈，每路线圈需2个开关管，共需20路pwm波来控制。
29.相关方案中mcu一般不会超过20个pwm波，为实现20路及以上输出，就只能采用多芯片控制架构，如dsp+fpga(可编程逻辑器件)+arm(即一款精简指令集计算机的微处理器)架构，使控制器硬件复杂、体积增大，并且软件控制也更加复杂，造成成本增加。
30.图1为磁轴承控制系统中轴承的一实施例的结构示意图，图2为磁轴承控制系统中径向轴承的一实施例的结构示意图，图3为磁轴承控制系统中轴向轴承的一实施例的结构示意图。如图1、图2和图3所示，一个五自由度的转轴，每个自由度有2个线圈，每个线圈由两个开关管组成的功率放大器控制，因此需要20路pwm。
31.图4为磁轴承控制系统中双闭环控制系统的一实施例的结构示意图。在如图4所示的磁悬浮转子双闭环控制系统中，位移传感器检测到位置变化，经一系列处理转化成内环输出的pwm的信号。
32.使用多芯片控制架构，首先要在硬件上匹配(如匹配电压、匹配阻抗等)，然后是软件上至少要做到时钟匹配，例如：使用dsp+fpga架构，mcu间通信就需要使用外部接口通信协议，通信的两端都需要通过软件匹配设置，cpu(中央处理器)还要增加处理通信内容的逻辑，而且需要避免通信时延。
33.根据本实用新型的实施例，提供了一种功率放大器的控制装置。参见图5所示本实用新型的装置的一实施例的结构示意图。所述功率放大器，包括：上管和下管。这里，上管和下管是上桥臂二极管和下桥臂二极管的简称，二者是相对而言的，后续控制逻辑中对上管下拉并对下管上拉；其实反过来对上管上拉并对下管下拉也是可以的，区别仅仅是续流电路从下桥臂电路1a2、l1、d1a2变成了上桥臂电路1a1、l1、d1a1(如图7)。
34.所述上管，包括：一个以上的开关管。所述下管，包括：一个以上的开关管。所述功率放大器的控制装置，包括：控制单元(如mcu)和片选单元(如片选芯片)。所述控制单元、所述片选单元和所述功率放大器，依次连接。
35.其中，所述控制单元，被配置为确定所述功率放大器的pwm信号(如pwm波)，并输出所述pwm信号。所述pwm信号的数量为一路以上。所述pwm信号，用于生成所述功率放大器中
的开关管的驱动信号。
36.所述片选单元，被配置为对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行信号复用，得到该至少一路所述pwm信号的至少两路pwm复用信号，以利用一路pwm复用信号，通过所述上管或所述下管中的一个对应的开关管的驱动电路，对所述上管或所述下管中的一个对应的开关管进行驱动控制。
37.这样，本实用新型的方案，通过将pwm波的信号复用，实现单pwm波控制两个及以上的功率放大器，解决了芯片pwm资源不足的问题。并且，通过使mcu的pwm波的信号复用，还能解决控制器体积过大、成本过高、控制复杂的问题。具体地，本实用新型的方案用于磁悬浮系统时，本实用新型的方案提供的一种高集成度的磁悬浮系统功率放大器及控制方法，解决了磁悬浮轴承设计中，芯片pwm资源不足、控制器体积过大、成本过高、控制复杂的问题。
38.在一些实施方式中，所述片选单元，包括：片选芯片。
39.所述片选单元，对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行信号复用，包括：所述片选芯片，被配置为对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行片选分离，以得到该至少一路所述pwm信号的至少两路pwm复用信号。
40.其中，在对一路所述pwm信号进行信号复用得到两路pwm复用信号的情况下，两路pwm复用信号，包括：第一pwm复用信号和第二pwm复用信号。
41.下面以半桥功率放大器为例，对pwm复用片选电路进行示例性说明。
42.相关方案中，5自由度悬浮，需10个磁力线圈，10个功率放大器，20路pwm波。本实用新型的方案中，5自由度悬浮，需10个磁力线圈，10个功率放大器，10路pwm波。
43.图6为磁轴承控制系统中pwm复用结构的一实施例的结构示意图。在图6所示的例子中，在mcu的io口外增加了片选芯片，实现了单路对多路的控制。
44.如图6所示，mcu的i/o口共输出10路pwm波，分为两类，即a类pwm波和b类pwm波。a类pwm波控制所有功率放大器的上管，b类pwm波控制所有功率放大器的下管。
45.在图6所示的例子中，a类pwm波为pwm_1a到pwm_na，如pwm_1a到pwm_5a。b类pwm波为pwm_1b到pwm_nb，如pwm_1b到pwm_5b。n为正整数。
46.在图6所示的例子中，每一路pwm通过片选芯片分成两路：pwm_1a分为pwm_1a1和pwm_1a2两路，分别对应开关管1a1和开关管1a2。pwm_na分为pwm_na1和pwm_na2两路，分别对应开关管na1和开关管na2。pwm_1b分为pwm_1b1和pwm_1b2两路，分别对应开关管1b1和开关管1b2。pwm_nb分为pwm_nb1和pwm_nb2两路，分别对应开关管nb1和开关管nb2。其余以此类推。
47.这样，本实用新型的方案，将pwm波端口复用，配合对应的控制逻辑及硬件电路，实现的单pwm控制两个及以上的功率放大器，用一个mcu实现两个及以上的mcu的功能。从而，采用了pwm端口复用，即复用pwm端口，解决了磁悬浮产品中pwm的io资源不足的问题，因而省去了多余mcu，节约芯片成本，简化了硬件设计。
48.在一些实施方式中，还包括：下拉单元和上拉单元。
49.其中，所述下拉单元，设置在所述上管中开关管所对应的驱动电路与所述片选单元之间的公共端与地之间，被配置为在非片选时使所述下管及其所对应的驱动电路能处于续流状态，所述下管对应的上管及其所对应的驱动电路处于关断状态，所述下管对应的上管及其所对应的驱动电路处于关断状态，与所述上管对应的下管及其对应的驱动电路处于
续流状态。这里，下拉单元的作用是，没有输入时把电压拉到0，所以没有片选信号输入时，电压为0，mos管关闭，上桥臂关断。续流是因为上桥臂关断，下桥臂导通。
50.所述上拉单元，设置在所述下管中开关管所对应的驱动电路与所述片选单元之间的公共端与直流电源之间，被配置为在非片选时使所述下管及其所对应的驱动电路能处于续流状态，所述下管对应的上管及其所对应的驱动电路处于关断状态。这里，上拉单元的作用原理是，当三极管的基极有电压输入时，三极管导通，输出给驱动电路的电压为0；当没有电压输入时三极管关断，输出给驱动电路的电压大致为3.3v。因为在非片选时，有电压输出，下桥臂mos管导通，且同时上桥臂关断，电路处于续流状态；在有片选输入时，上拉电路输出反占空比的pwm信号(mcu输出高电平时上拉电路输出低电平，mcu输出低电平时上拉电路输出高电平)。
51.在一些实施方式中，所述下拉单元，包括：下拉电阻模块，如4.7kω的下拉电阻。
52.所述上拉单元，包括：上拉电阻模块和开关管模块。所述上拉电阻模块，设置在所述开关管模块的输出端与所述下管中开关管所对应的驱动电路之间的公共端与直流电源之间，所述开关管模块的输入端连接至所述片选单元。所述开关管模块的输出端，可以是三极管qn的集电极。所述开关管模块的输入端，可以是三极管qn的基极。
53.下面对功率放大器执行机构进行示例性说明。在通过片选后，理论上一路pwm可以控制任意桥臂，以下实施例中，只让一路pwm控制上桥臂(或者只让它控制下桥臂)，进行示例性说明。
54.图7为磁轴承控制系统中主动式功率放大器结构的一实施例的结构示意图。如图7所示，在磁轴承控制系统中主动式功率放大器结构中，pwm波1a经第一片选芯片后，输出pwm波1a1和pwm波1a2。pwm波1a1，经4.7kω的下拉电阻后接地，还经第一驱动电路后输入至mos管1a1的栅极。mos管1a1的漏极，连接至直流电源+vin，还连接至二极管d1a1的阴极。mos管1a1的源极，连接至二极管d1a2的阴极，还经线圈l1后连接至二极管d1a1的阳极和mos管ia2的漏极。二极管d1a2的阳极接地。mos管ia2的源极接地。mos管ia2的栅极连接至第二驱动电路的输出端。第二驱动电路的输入端连接至三极管q1的集电极。三极管q1的集电极经4.7kω的上拉电阻后接+3.3v直流电源。三极管q1的发射极接地，三极管q1的基极连接至第二片选芯片的第一输出端即pwm波1b1的输出端。mos管1a1、mos管1a2、二极管d1a1和二极管d1a2，构成功率放大器u1。
55.pwm波1b经第二片选芯片后，输出pwm波1b1和pwm波1b2。第二片选芯片的第二输出端输出pwm波1b2至三极管q2的基极，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极经4.7kω的上拉电阻后接+3.3v直流电源。三极管q2的集电极经第三驱动电路后连接至mos管ib2的栅极。mos管ib2的源极接地。mos管ib2的漏极，连接至二极管d1b1的阳极，还经线圈l2后连接至mos管1b1的源极和二极管d1b2的阴极。二极管d1b2的阳极接地。mos管1b1的漏极，接直流电源+vin，还接二极管d1b1的阴极。pwm波1a2，经4.7kω的下拉电阻后接地，还经第四驱动电路后输入至mos管1b1的栅极。mos管1b1、mos管1b2、二极管d1b1和二极管d1b2，构成功率放大器u2。
56.在图7所示的例子中，将图6所示的例子，应用到主动式磁悬浮轴承中，通过上拉和下拉的设计，使得在非片选时电路能处于续流状态。
57.如图7所示，pwm_1a和pwm_1b为一组，配合控制两个功率放大器u1和u2。
……
，依次
类推。pwm_5a和pwm_5b为一组，配合控制两个功率放大器u9和u10。
58.功率放大器的上管驱动为正逻辑，片选芯片输出pwm波的高电平时，功率放大器中的mos管导通。片选芯片输出pwm波的低电平时，功率放大器中的mos管关断。片选芯片输出pwm波悬空时，功率放大器中的mos管关断。其中，功率放大器的上管中的mos管，如mos管1a1、mos管1b1。
59.功率放大器的下管驱动为反逻辑，当片选芯片输出的pwm波为高电平时，三极管qn(如三极管q1、三极管q2等)导通，功率放大器中的mos管关断。当片选芯片输出的pwm波为低电平时，三极管qn(如三极管q1、三极管q2等)关断，功率放大器中的mos管导通。当片选芯片输出的pwm波悬空时，功率放大器中的mos管导通。其中，功率放大器的下管中的mos管，如mos管1a2、mos管1b2。
60.在一些实施方式中，所述功率放大器，能够用于磁悬浮轴承控制系统。
61.所述控制单元，确定所述功率放大器的pwm信号，包括：
62.所述控制单元，具体还被配置为在所述功率放大器用于磁悬浮轴承控制系统的情况下，获取所述磁悬浮轴承控制系统中磁轴承线圈的电流信号和位移信号。
63.所述控制单元，具体还被配置为根据所述磁轴承线圈的电流信号和位移信号，计算用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号。
64.相应地，所述控制单元，对所述上管或所述下管中的一个所述开关管进行驱动控制，包括：所述控制单元，具体还被配置为根据由用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号经所述信号复用得到的pwm复用信号，控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断。
65.这样，本实用新型的方案，提出一种高集成度的磁悬浮功率放大器控制方法，通过片选芯片分离pwm波，来控制正反逻辑驱动电路，进而实现一个pwm波同时控制多个功率放大器，解决了磁悬浮轴承设计中，芯片pwm资源不足、控制器体积过大、成本过高、控制复杂的问题。从而，能够适用于磁悬浮产品，也能够适用于所有mcu，总体上解决了相关方案中存在的pwm的io资源不足的问题，且能够避免通信延时，即避免多芯片控制引入通信延时问题。并且，相较于多mcu，简化硬件设计，逻辑控制简单，软件实现简单。
66.在一些实施方式中，所述控制单元，根据由用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号经所述信号复用得到的pwm复用信号，控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断，包括：
67.所述控制单元，具体还被配置为在计算用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号之后，对所述pwm信号的时钟信号进行计数，并确定由计数得到的时钟信号的时钟周期是奇数周期还是偶数周期。
68.所述控制单元，具体还被配置为若由计数得到的时钟信号的时钟周期是奇数周期，则控制所述片选单元输出所述功率放大器中的奇数功率放大器所对应的pwm复用信号，以驱动所述功率放大器中的奇数功率放大器工作。
69.所述控制单元，具体还被配置为若由计数得到的时钟信号的时钟周期是偶数周期，则控制所述片选单元输出所述功率放大器中的偶数功率放大器所对应的pwm复用信号，以所述片选单元驱动所述功率放大器中的偶数功率放大器工作。
70.图8为磁轴承控制系统中开关管、电流纹波和线圈两端电压输出曲线示意图。当电
流稳定时，两个周期工作示意图如图8所示：
71.奇数周期时，片选芯片驱动奇数功率放大器工作，如1、3...9，奇数功率放大器输出有效占空比，保证输出所需电流。此时，偶数功率放大器下管导通，通过mos管1b2和二极管d1b2进行续流，保持电流稳定。
72.偶数周期时，芯片驱动偶数功率放大器工作，如2、4
…
10，偶数功率放大器输出有效占空比，保证输出所需电流。此时，奇数功率放大器下管导通，通过mos管1a2和二极管d1a2进行续流，保持电流稳定。
73.其中，周期数量是由一路pwm控制的开关管数量决定的，本实用新型的方案中进行示例性说明，是使用的一路pwm控制两路开关管，所以采用奇数周期和偶数周期。例如一路pwm控制n路开关管，mcu发送一路mos管的pwm波需要一个周期，发送n路就需要n个周期。mcu发送完一轮pwm即完成一次对mos管的控制。
74.图9为磁轴承控制系统中pwm输出io复用流程的一实施例的流程示意图。如图9所示，磁轴承控制系统中pwm输出io复用流程，包括：
75.步骤1、设置mcu的pwm频率，传感器完成电流和位移信号采样并发送给mcu。
76.步骤2、mcu计算出应该输出的pwm信号，对时钟信号经行计数，并确定时钟周期是否为第奇数个时钟周期。
77.具体地，mcu根据电流传感器的反馈，与目标电流做差，得到的值做pid运算，计算得到一个应该输出的占空比，mcu根据这个占空比输出对应的pwm波。pwm发生器的原理就是：例如使用上下计数模式，先从0自加到100，再从100自减到0，若需要60％的占空比时，就给mcu输出40，当低于40时输出低电平，高于40时输出高电平，就能得到60％占空比的pwm波了。
78.若是第奇数个时钟周期，mcu输出奇数通道的控制信号(如pwm_na1和pwm_nb1)。
79.否则，若是第偶数个时钟周期，mcu输出偶数通道的控制信号(如pwm_na2和pwm_nb2)。
80.步骤3、片选芯片设置为在每个时钟的上升沿触发开关状态切换，第奇数个时钟周期片选芯片将mcu发送的信号发送给奇数通道，第偶数个时钟周期片选芯片将收到的信号发送给偶数通道。输出信号作用于开关管，控制开关管的导通和关断，进而控制电流和位移。奇数时钟周期实现奇数线圈的控制，偶数时钟周期实现偶数线圈的控制，一奇一偶连续的两个时钟周期就实现了整个磁轴承的控制。
81.综上，本实用新型的方案，以磁悬浮功率放大器为出发点，以磁悬浮有系统pwm小占空比的特点，将一次pwm的控制周期延长，在一个周期控制多个pwm，配合硬件电路改进，方法上改进了pwm控制逻辑，结构上优化了控制器架构设计，省去了mcu。而且，本实用新型的方案，不仅适用于磁悬浮功率放大器领域，还适用于其他领域，可以理解成当多个mcu都在行使同一个功能时，可以对一个mcu的io实行这种复用方式，就可省去其他mcu。
82.另外，需要说明的是，本实用新型的方案，不止适用于主动式磁悬浮，适用于所有磁悬浮轴承和其他类型功率放大器及驱动电路。不止应用于pwm复用，适用于mcu所有io口复用。
83.经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过将mcu的pwm波的信号复用，实现单pwm波控制两个及以上的功率放大器，从而，通过使mcu的pwm波的信号复用，能够增
加mcu的pwm波的资源。
84.根据本实用新型的实施例，还提供了对应于功率放大器的控制装置的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以包括：以上所述的功率放大器的控制装置。
85.由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
86.经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过将mcu的pwm波的信号复用，实现单pwm波控制两个及以上的功率放大器。从而，采用了pwm端口复用，即复用pwm端口，解决了磁悬浮产品中pwm的io资源不足的问题，因而省去了多余mcu，节约芯片成本，简化了硬件设计。
87.根据本实用新型的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的一种功率放大器的控制方法，如图10所示本实用新型的方法的一实施例的流程示意图。所述功率放大器，包括：上管和下管。所述上管，包括：一个以上的开关管。所述下管，包括：一个以上的开关管。所述功率放大器的控制方法，包括：步骤s110至步骤s120。
88.在步骤s110处，确定所述功率放大器的pwm信号(如pwm波)，并输出所述pwm信号。所述pwm信号的数量为一路以上。所述pwm信号，用于生成所述功率放大器中的开关管的驱动信号。
89.在步骤s120处，对一路以上所述pwm信号中的至少一路所述pwm信号，进行信号复用，得到该至少一路所述pwm信号的至少两路pwm复用信号，以利用一路pwm复用信号，通过所述上管或所述下管中的一个对应的开关管的驱动电路，对所述上管或所述下管中的一个对应的开关管进行驱动控制。
90.这样，本实用新型的方案，通过将pwm波的信号复用，实现单pwm波控制两个及以上的功率放大器，解决了芯片pwm资源不足的问题。并且，通过使mcu的pwm波的信号复用，还能解决控制器体积过大、成本过高、控制复杂的问题。具体地，本实用新型的方案用于磁悬浮系统时，本实用新型的方案提供的一种高集成度的磁悬浮系统功率放大器及控制方法，解决了磁悬浮轴承设计中，芯片pwm资源不足、控制器体积过大、成本过高、控制复杂的问题。
91.在一些实施方式中，结合图11所示本实用新型的方法中确定所述功率放大器的pwm信号的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s110中确定所述功率放大器的pwm信号的具体过程，包括：步骤s210和步骤s220。
92.步骤s210，在所述功率放大器用于磁悬浮轴承控制系统的情况下，获取所述磁悬浮轴承控制系统中磁轴承线圈的电流信号和位移信号。
93.步骤s220，根据所述磁轴承线圈的电流信号和位移信号，计算用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号。
94.相应地，步骤s120中对所述上管或所述下管中的一个所述开关管进行驱动控制，包括：根据由用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号经所述信号复用得到的pwm复用信号，控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断。
95.这样，本实用新型的方案，提出一种高集成度的磁悬浮功率放大器控制方法，通过片选芯片分离pwm波，来控制正反逻辑驱动电路，进而实现一个pwm波同时控制多个功率放大器，解决了磁悬浮轴承设计中，芯片pwm资源不足、控制器体积过大、成本过高、控制复杂
的问题。从而，能够适用于磁悬浮产品，也能够适用于所有mcu，总体上解决了相关方案中存在的pwm的io资源不足的问题，且能够避免通信延时，即避免多芯片控制引入通信延时问题。并且，相较于多mcu，简化硬件设计，逻辑控制简单，软件实现简单。
96.在一些实施方式中，根据由用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号经所述信号复用得到的pwm复用信号，控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断的具体过程，参见以下示例性说明。
97.下面结合图12所示本实用新型的方法中控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断的一实施例流程示意图，进一步说明控制用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器中的开关管的开通或关断的具体过程，包括：步骤s310至步骤s330。
98.步骤s310，在计算用于控制所述磁轴承线圈的功率放大器的pwm信号之后，对所述pwm信号的时钟信号进行计数，并确定由计数得到的时钟信号的时钟周期是奇数周期还是偶数周期。
99.步骤s320，若由计数得到的时钟信号的时钟周期是奇数周期，则控制所述片选单元输出所述功率放大器中的奇数功率放大器所对应的pwm复用信号，以驱动所述功率放大器中的奇数功率放大器工作。
100.步骤s330，若由计数得到的时钟信号的时钟周期是偶数周期，则控制所述片选单元输出所述功率放大器中的偶数功率放大器所对应的pwm复用信号，以所述片选单元驱动所述功率放大器中的偶数功率放大器工作。
101.图8为磁轴承控制系统中开关管、电流纹波和线圈两端电压输出曲线示意图。当电流稳定时，两个周期工作示意图如图8所示：
102.奇数周期时，片选芯片驱动奇数功率放大器工作，如1、3...9，奇数功率放大器输出有效占空比，保证输出所需电流。此时，偶数功率放大器下管导通，通过mos管1b2和二极管d1b2进行续流，保持电流稳定。
103.偶数周期时，芯片驱动偶数功率放大器工作，如2、4
…
10，偶数功率放大器输出有效占空比，保证输出所需电流。此时，奇数功率放大器下管导通，通过mos管1a2和二极管d1a2进行续流，保持电流稳定。
104.图9为磁轴承控制系统中pwm输出io复用流程的一实施例的流程示意图。如图9所示，磁轴承控制系统中pwm输出io复用流程，包括：
105.步骤1、设置mcu的pwm频率，传感器完成电流和位移信号采样并发送给mcu。
106.步骤2、mcu计算出应该输出的pwm信号，对时钟信号经行计数，并确定时钟周期是否为第奇数个时钟周期。
107.若是第奇数个时钟周期，mcu输出奇数通道的控制信号(如pwm_na1和pwm_nb1)。
108.否则，若是第偶数个时钟周期，mcu输出偶数通道的控制信号(如pwm_na2和pwm_nb2)。
109.步骤3、片选芯片设置为在每个时钟的上升沿触发开关状态切换，第奇数个时钟周期片选芯片将mcu发送的信号发送给奇数通道，第偶数个时钟周期片选芯片将收到的信号发送给偶数通道。输出信号作用于开关管，控制开关管的导通和关断，进而控制电流和位移。奇数时钟周期实现奇数线圈的控制，偶数时钟周期实现偶数线圈的控制，一奇一偶连续的两个时钟周期就实现了整个磁轴承的控制。
110.综上，本实用新型的方案，以磁悬浮功率放大器为出发点，以磁悬浮有系统pwm小占空比的特点，将一次pwm的控制周期延长，在一个周期控制多个pwm，配合硬件电路改进，方法上改进了pwm控制逻辑，结构上优化了控制器架构设计，省去了mcu。而且，本实用新型的方案，不仅适用于磁悬浮功率放大器领域，还适用于其他领域，可以理解成当多个mcu都在行使同一个功能时，可以对一个mcu的io实行这种复用方式，就可省去其他mcu。
111.由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
112.经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过将mcu的pwm波的信号复用，实现单pwm波控制两个及以上的功率放大器；从而，能够适用于磁悬浮产品，也能够适用于所有mcu，总体上解决了相关方案中存在的pwm的io资源不足的问题，且能够避免通信延时，即避免多芯片控制引入通信延时问题；并且，相较于多mcu，简化硬件设计，逻辑控制简单，软件实现简单。
113.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
114.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。