一种两电平制造技术

本申请涉及一种两电平

【技术实现步骤摘要】
一种两电平PWM型开关功率放大器


[0001]本申请涉及电磁轴承转子系统控制
，具体涉及一种两电平
PWM
型开关功率放大器
。

技术介绍

[0002]机械轴承在各种机械设备中的应用已经十分广泛，但近年来，随着高转速设备的发展，普通的机械轴承
、
滑动轴承已经无法适应设备中日益复杂的结构与性能要求
。
电磁轴承的出现，使得传统机械轴承中存在的滑动或者滚动摩擦消失，解决了高转速设备受制于机械摩擦力的问题
。
电磁轴承系统的每一个自由度都需要用两路功率放大器来进行驱动，要求功率放大器具有足够的响应速度和带宽
、
尽量小的纹波，功率放大器性能直接影响着电磁轴承转子系统的稳定性及悬浮动态性能
。
因此，开展功率放大器研究对于提高电磁轴承性能
、
发展主动磁轴承技术具有重要的意义
。
[0003]根据控制对象的不同，可以将开关功率放大器分为：电压型
、
电流型和磁通型
。
电流型开关功率放大器的主要功能是将输出的电压信号变换成电流信号用来驱动负载线圈
。
根据调制电平的不同，功率放大器又可以分为两电平开光功率放大器和三电平开光功率放大器
。
三电平调制虽然很大程度上减小了电流纹波，但是在一定条件下会出现调制失效的问题，故两电平调制目前是更稳定的一种方式
。
根据控制策略的不同，开关功率放大器又可分为采样保持型
、
滞环比较型
、
脉宽调制型
(PWM
型
)
，采样保持型和滞环比较型开关功率放大器的电流动态响应性能好，但均无法控制输出波形的占空比大小
。
而脉宽调制型开关功率放大器的占空比可以连续变化且可控，具有可节约电能的优点
。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于，提供一种两电平
PWM
型开关功率放大器，能够提高响应速度和带宽，减小电流纹波，提高电磁轴承转子系统的稳定性及悬浮动态性能
。
[0005]本技术采取的技术方案为：一种两电平
PWM
型开关功率放大器，包括电流
PI
控制模块
、PWM
调制模块
、
隔离驱动电路模块
、
功率主电路模块和电流传感器；电流
PI
控制模块用于对输入的电压信号和电流传感器反馈的电流信号的差值进行
PI
控制，电流
PI
控制模块的信号输出端与
PWM
调制模块连接，将电流
PI
控制模块输出的调制波输入
PWM
调制模块；
PWM
调制模块用于根据所述调制波输出调制信号，
PWM
调制模块的输出端与所述隔离驱动电路模块连接，所述隔离驱动电路模块用于升高调制信号的电压值，为功率主电路模块提供足够的开启电压，隔离驱动电路模块的输出端与所述功率主电路模块连接，所述电流传感器与所述功率主电路模块串联，并与电流
PI
控制模块连接，用于采集功率主电路模块输出的电流信号并反馈至电流
PI
控制模块，形成闭环控制
。
[0006]进一步地，所述电流
PI
控制模块包括运放芯片，所述运放芯片的信号输入引脚与输入的电压信号和电流传感器反馈的电流信号连接，信号输出引脚与
PWM
调制模块连接
。
[0007]进一步地，所述电流
PI
控制模块还包括第十七电阻，电流传感器反馈的电流信号
流经所述第十七电阻后，再输入运放芯片，所述第十七电阻用于控制运放芯片的输入输出线性为
1。
[0008]进一步地，所述
PWM
调制模块包括
PWM
调制芯片和第二可调电阻器，
PWM
调制芯片的输入引脚与所述运放芯片的信号输出引脚连接，输出引脚与隔离驱动电路模块连接，所述第二可调电阻器与所述
PWM
调制芯片连接
。
[0009]进一步地，所述隔离驱动电路模块包括两个驱动芯片
、
第十六电阻
、
第十八电阻和第六电容，所述
PWM
调制模块输出的调制信号通过第十六电阻和第十八电阻分为两路，并分别输入两个驱动芯片，所述第六电容两端连接其中一个驱动芯片，两个驱动芯片一共输出三路驱动电压信号，并输入至功率主电路模块
。
[0010]进一步地，所述功率主电路模块包括两个
MOSFET
开关管和电感线圈，两个
MOSFET
开关管的栅极分别与隔离驱动电路模块输出的两路驱动电压信号连接，电感线圈一端与所述电流传感器连接，另一端与第二
MOSFET
开关管的漏极连接，所述电流传感器还与第一
MOSFET
开关管的源极连接
。
[0011]本技术的有益效果在于：
[0012](1)
本技术可以实现对电磁轴承系统中一个线圈绕组电流的控制，根据控制指令输出相应的电磁轴承线圈驱动电流，且具有响应速度快
、
带宽高
、
纹波小等特点；
[0013](2)
本技术的功率主电路模块采用半桥式功放的电路拓扑结构，半桥式结构相对简单，成本低，且拥有较快的电流响应速度；功率主电路模块中允许的输入母线电压为
50V
，允许输入信号的带宽为
1kHz
，允许输入的控制信号为0～
5V
，输出的电感线圈上电流为0～
5A
；
[0014](3)
通过第二可调电阻器可对功率主电路模块中两个
MOSFET
开关管的开关频率进行调节，允许的开关频率在
10kHz
到
50kHz
之间，可以减小功率主电路模块中电感线圈上电流纹波，使得到的电流波形与输入的给定信号更加吻合，从而提高电磁轴承转子系统的稳定性；
[0015](4)
本技术可集成在一块
PCB
板上，结构简单
、
体积小
、
易安装，适用于电磁轴承转子振动控制的实验平台
。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图
。
[0017]图1为本技术实施例的结构框图；
[0018]图2为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种两电平
PWM
型开关功率放大器，其特征在于，包括电流
PI
控制模块
、PWM
调制模块
、
隔离驱动电路模块
、
功率主电路模块和电流传感器；电流
PI
控制模块用于对输入的电压信号和电流传感器反馈的电流信号的差值进行
PI
控制，电流
PI
控制模块的信号输出端与
PWM
调制模块连接，将电流
PI
控制模块输出的调制波输入
PWM
调制模块；
PWM
调制模块用于根据所述调制波输出调制信号，
PWM
调制模块的输出端与所述隔离驱动电路模块连接，所述隔离驱动电路模块用于升高调制信号的电压值，为功率主电路模块提供足够的开启电压，隔离驱动电路模块的输出端与所述功率主电路模块连接，所述电流传感器与所述功率主电路模块串联，并与电流
PI
控制模块连接，用于采集功率主电路模块输出的电流信号并反馈至电流
PI
控制模块，形成闭环控制
。2.
根据权利要求1所述的一种两电平
PWM
型开关功率放大器，其特征在于，所述电流
PI
控制模块包括运放芯片，所述运放芯片的信号输入引脚与输入的电压信号和电流传感器反馈的电流信号连接，信号输出引脚与
PWM
调制模块连接
。3.
根据权利要求2所述的一种两电平
PWM
型开关功率放大器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志勇，陈亮亮，万卫强，靳晓光，李美敏，江立城，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：