[发明专利]一种基于空间矢量的纯电磁磁轴承系统开关功率放大器

权利要求书

1.一种基于空间矢量的纯电磁磁轴承系统开关功率放大器，其特征在于：包括控制器（1）、隔离驱动电路（2）、四桥臂功率主电路（3）、电流反馈检测电路（4）、信号调理电路（5）、信号滤波电路（6），其中：

控制器（1）：通过其内部AD转换接口对位移传感器的位移信号和按照规定极性接入的磁轴承三个线圈的电流反馈信号进行采样，利用采集到的位移信号和磁轴承转子参考位移信号做差，对磁轴承位置误差信号按照控制算法计算，生成电流期望信号值，并将电流期望信号值与电流反馈信号值进行做差，根据误差信号大小利用空间矢量算法进行PWM调制，输出四路PWM信号(PWM1～PWM4)，送至隔离驱动电路（2）；所述的规定极性是指：线圈1的正极“+”与四桥臂功率主电路（3）中的第一桥臂的中点A相连，线圈1的负极“-”与四桥臂功率主电路（3）中的第二桥臂的中点B相连；线圈2的正极“-”与四桥臂功率主电路（3）中的第二桥臂的中点B相连，线圈2的负极“+”与四桥臂功率主电路（3）中的第三桥臂的中点C相连；线圈3的正极“+”与四桥臂功率主电路（3）中的第三桥臂的中点C相连，线圈3的负极“-”与四桥臂功率主电路（3）中的第四桥臂的中点D相连；

隔离驱动电路（2）：接收控制器（1）输出的PWM1～PWM4信号，输出四桥臂功率主电路（3）中可控功率开关管VT1～VT4的栅极驱动信号S1～S4；

四桥臂功率主电路（3）：采用四个可控功率开关管VT1～VT4和四个不可控的快恢复二极管D1～D4，独立控制三个线圈的拓扑结构，其中VT1与D1构成第一桥臂；D2与VT2构成第二桥臂；VT3与D3构成第三桥臂；D4与VT4构成第四桥臂，磁轴承线圈1连接在第一桥臂与第二桥臂之间，线圈两端点分别为A和B，线圈两端电压为U_AB；磁轴承线圈2接在第二桥臂与第三桥臂之间，线圈两端点分别为B和C，线圈两端电压为U_BC；磁轴承线圈3接在第三桥臂与第四桥臂之间，线圈两端点分别为C和D，线圈两端电压为U_CD；

电流反馈检测电路（4）：输入接四桥臂功率主电路（3），输出接信号调理电路（5），用于检测四桥臂功率主电路（3）的三个磁轴承线圈电流反馈信号；

调理电路（5）：与信号滤波电路（6）相接，用于对三个电流反馈检测电路（4）输出的电流反馈信号进行电平偏移、放大或者缩小；

信号滤波电路（6）：与信号调理电路（5）调理之后的信号相连接，用于滤除输入信号中的噪声信号，输出的三个电流反馈信号接至控制器（1）的AD转换口进行采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间矢量的纯电磁磁轴承系统开关功率放大器，其特征在于：所述的控制器（1）由DSP和FPGA组成，其中DSP作为主控制器，主要负责完成磁轴承转子位置信号控制算法和空间矢量算法，FPGA作为DSP外围的接口芯片，用作辅助控制器，主要用来接收DSP的命令，产生需要的PWM信号。DSP采用空间矢量算法计算出四桥臂主电路四个可控功率开关管期望的导通时间，并利用该导通时间计算出导通触发时刻和关断触发时刻，并将关断触发时刻作为相应的比较值送至FPGA用来生成PWM信号，FPGA产生周期为T的三角载波计数，同时接收DSP送来的四个比较值分别与三角载波计数值进行比较，输出四个可控功率开关管的PWM信号PWM1～PWM4。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于空间矢量的纯电磁磁轴承系统开关功率放大器，其特征在于：所述的空间矢量算法步骤如下：

①主控制器DSP实时计算磁轴承三个线圈的电流误差值；

②利用三个线圈的电流误差值进行PID运算得到空间矢量期望的电压调节量；

③DSP根据空间矢量期望对应的电压调节量的大小和方向，确定输出电压矢量所处区间；

④根据所处区间计算四桥臂主电路四个可控功率开关管VT1～VT4期望的导通时间，进而计算得到可控功率开关管VT1～VT4的导通触发时刻和关断触发时刻；

⑤将得到的四个关断触发时刻送入辅助控制器FPGA，与FPGA的三角载波计数值进行比较，进而得到四路PWM信号。