[发明专利]一种三电平功率放大器控制方法

说明书

本发明公开了一种三电平功率放大器控制方法，该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，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：(1)充电时，上桥开关管在对应驱动信号的控制下开通与关断，下桥开关管保持开通状态；(2)放电时，下桥开关管在对应驱动信号的控制下开通与关断，上桥开关管保持关断状态。该控制方法采用对上桥开关管和下桥开关管不同的调节方式实现对电磁轴承线圈电流的控制，改变了传统利用反相器对上、下开关管进行控制的方式，控制方式更为简单。

技术领域

本发明属于开关功率放大器领域，具体涉及一种三电平功率放大器控制方法。

背景技术

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。

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。

中国专利授权号为CN100461627C的专利文件公开了一种三电平开关功率放大器，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，本发明提供了一种与上述方式完全不同的控制方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种三电平功率放大器控制方法，能够提高开关功放的电流响应速度和控制力响应速度。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种三电平功率放大器控制方法，该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，该控制方法包括如下步骤：

(1)充电时，上桥开关管在对应驱动信号的控制下进行开通与关断，下桥开关管保持开通状态，当上桥开关管开通时，上桥开关管、电磁轴承线圈Lm和下桥开关管构成充电回路，当上桥开关管关断时，电磁轴承线圈Lm和下桥开关管构成续流回路；

(2)放电时，下桥开关管在对应驱动信号的控制下开通与关断，上桥开关管保持关断状态，当下桥开关管开通时，电磁轴承线圈Lm和下桥开关管构成续流回路，当下桥开关管关断时，电磁轴承线圈Lm处于放电状态。

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宽调制电路、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宽调制电路、隔离驱动电路后驱动功率开关桥式电路的对应开关管，所述控制调节电路用于将功率开关桥式电路的电磁线圈电流反馈信号和给定信号进行处理，且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，上桥开关管驱动信号产生电路包括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调节器，所述下桥开关管驱动信号产生电路包括用于将电流反馈信号和给定信号进行处理的比较电路。

所述下桥开关管驱动信号产生电路还包括用于对给定信号进行抬升的信号抬升电路，所述比较电路用于对电流反馈信号和经信号抬升电路调理后的给定信号进行比较处理后输出下桥开关管的驱动信号。