[发明专利]一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路

说明书

本发明揭示了一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，由主电路结构及与功能模块结构组成，所述主电路结构与所述功能模块结构电性连接；所述主电路结构包括按序电性连接的公共桥臂、五相负载桥臂、负载桥臂故障切换电路、备用桥臂以及公共桥臂故障切换电路。本发明能够根据故障检测的结果执行相应的操作，从而实现了在公共桥臂或负载桥臂故障的情况下对整个电路中桥臂结构的重构，最终实现了六桥臂开关功放的容错控制。

技术领域

本发明为一种开关功放电路，具体涉及一种五自由度磁悬浮轴承用的、具有容错功能的、六桥臂五相输出的开关功放电路，属于磁轴承领域。

背景技术

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是一种利用磁力作用将转子悬浮于空中、使转子与定子之间没有机械接触的轴承器件。由于其不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，因此具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等诸多优点，可运用于无尘车间、核电设施或航空领域中。

通常而言，磁悬浮轴承的应用环境较为特殊，若轴承出现故障，其后果往往难以估量。而磁悬浮轴承的功率放大器是整个闭环系统中最为关键的设备，其性能的好坏基本决定了磁悬浮轴承整体的使用效果。因此磁悬浮轴承的开关功放系统必须具有一定的容错性。

就多自由度的磁悬浮轴承开关功放控制系统而言，传统的全桥式开关功放电路中的每一路绕组都需要四个全控开关元件。出于降低成本、精简结构的考虑，一种多桥臂拓扑结构的开关功放电路被应用于磁悬浮轴承控制系统中，该电路通过增加一个负载桥臂地方式实现了各路电流的独立输出。但是不论哪种功率放大器，其自身结构都无法实现容错控制、即通过控制算法是无法实现容错的。这与磁悬浮轴承自身的特点有关，磁悬浮轴承任意自由度的失稳都会导致转子失稳。由于多桥臂拓扑结构使得每相负载电流都要流经公共桥臂，因此公共桥臂的故障率最高，但不排除可能会出现负载桥臂在公共桥臂之前损坏的情况。故此，一个完善的容错设计应该同时考虑到公共桥臂和负载桥臂的容错控制。

综上所述，如何基于上述研究现状，设计出一种全新的、具有容错功能的开关功放电路，以克服现有技术中所存在的不足，也就成为了本领域内技术人员所共同关注的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种五自由度磁悬浮轴承用的、具有容错功能的、六桥臂五相输出的开关功放电路，具体如下。

一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，其特征在于：由主电路结构及与功能模块结构组成，所述主电路结构与所述功能模块结构电性连接；所述主电路结构包括按序电性连接的公共桥臂、五相负载桥臂、负载桥臂故障切换电路、备用桥臂以及公共桥臂故障切换电路；所述功能模块结构包括电路检测模块、重构模块以及控制信号切换模块，所述电路检测模块的信号输入端与所述公共桥臂电性连接，所述电路检测模块的信号输出端分别与所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输入端电性连接，所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输出端电性连接至所述负载桥臂故障切换电路、所述备用桥臂以及所述公共桥臂故障切换电路。

优选地，所述公共桥臂由第一公共桥臂开关管、第二公共桥臂开关管、第一公共桥臂二极管以及第二公共桥臂二极管构成；所述第一公共桥臂开关管的一端电性连接有母线电压源、所述第一公共桥臂开关管的另一端电性连接有所述第二公共桥臂开关管；所述第一公共桥臂开关管与所述第一公共桥臂二极管匹配对应且二者并联；所述第二公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂二极管匹配对应且二者并联。

优选地，所述公共桥臂内设置有两个用于检测所述第一公共桥臂开关管的电压值的故障检测点，两个所述故障检测点一个设置于所述第一公共桥臂开关管与母线电压源之间、另一个设置于所述第一公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂开关管之间。

优选地，所述五相负载桥臂内包括相互间并联设置的五个负载桥臂，分别为A相负载桥臂、B相负载桥臂、C相负载桥臂、D相负载桥臂、E相负载桥臂，五个所述负载桥臂的结构相同；