[实用新型]一种小功率磁悬浮风扇悬浮系统的驱动设备

说明书

本实用新型公开一种小功率磁悬浮风扇悬浮系统的驱动设备，涉及磁悬浮风扇控制领域，包括位移模拟PID控制器电路、电流模拟PI控制器电路、线性功放电路、电流采样电路和高阻抗电流调理电路，方案特征在于采用了模拟电路的形式实现磁悬浮系统中位移PID的功能，并通过线性功放完成对绕组电流的驱动，其本质上属于连续控制，有效规避了数字控制器中采样保持、运算以及发波延迟等环节，电流内环和位移外环均可以实现高控制带宽和高控制性能。该驱动方案构造简单，仅通过电阻、电容、运放等低成本元器件实现，适合用于小功率、小体积、低成本磁悬浮风扇场合。

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮风扇控制领域，具体涉及一种小功率磁悬浮风扇悬浮系统的驱动设备。

背景技术

在灰尘较多或含有污染的环境种，风扇电机轴承上会累积灰尘或污染物导致轴承磨损严重，使用周期缩短。采用五自由度磁悬浮轴承电机、无轴承电机，或无轴承电机与主动被动磁轴承的组合等多种形式构成的磁悬浮风扇，通过控制悬浮绕组电流产生电磁力使得电机转子无接触的悬浮于定子内，具有无磨损、免维护以及高转速等优势，适用于灰尘及污染环境。

磁悬浮控制系统多采用数字控制器，由于磁悬浮系统控制对实时性要求较高，一般需要控制频率在20kHz以上。小功率磁悬浮风扇的机械惯量较小、电磁时间常数较短，为了获得良好的控制效果，数字控制器的控制频率需要更高。这就对数字控制芯片的性能提出了较高的性能要求。然而，大多数小功率磁悬浮风扇的应用场合对成本和整机体积较为敏感，使用数字控制芯片存在以下问题：

1.高性能数字控制芯片的价格使得系统成本居高不下，无法与传统风扇竞争，其实用性受到影响。

2.数字控制芯片及其外围电路会占据较大PCB面积导致控制器体积难以减小，无法和风扇本体进行一体化集成。

3.磁悬浮系统的电流驱动部分一般通过功率器件开关斩波实现，引入开关纹波和高频电磁噪音，不仅会增大风扇电机的铁损，也会影响其电磁稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小功率磁悬浮风扇悬浮系统的驱动设备，方案特征在于采用了模拟电路的形式实现磁悬浮系统中位移PID的功能，并通过线性功放完成对绕组电流的驱动，其本质上属于连续控制，有效规避了数字控制器中采样保持、运算以及发波延迟等环节，电流内环和位移外环均可以实现高控制带宽和高控制性能。该驱动方案构造简单，仅通过电阻、电容、运放等低成本元器件实现，适合用于小功率、小体积、低成本磁悬浮风扇场合。

一种小功率磁悬浮风扇悬浮系统的驱动设备，包括位移模拟PID控制器电路、电流模拟PI控制器电路、线性功放电路、电流采样电路和高阻抗电流调理电路；

所述位移模拟PID控制器电路接电流模拟PI控制器电路，电流模拟PI控制器电路再接线性功放电路，线性功放电路直接驱动磁悬浮绕组，且线性功放电路还接电流采样电路，电流采样电路再接高阻抗电流调理电路，所述高阻抗电流调理电路再接电流模拟PI控制器电路。

优选的，所述位移模拟PID控制器电路包括第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的输出端接第二运算放大器U2、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4的反相输入端，第二运算放大器U2、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4的输出端接第五运算放大器U5的反相输入端。

优选的，所述电流模拟PI控制器电路包括第六运算放大器U6，所述第六运算放大器U3的输出端接第七运算放大器U7和第八运算放大器U8的反相输入端，第七运算放大器U7和第八运算放大器U8的的输出端接第九运算放大器U9的反相输入端。

优选的，所述线性功放电路包括两个npn三极管和两个pnp三极管构成两对互补的推挽驱动。