[发明专利]一种用于磁轴承系统基于空间矢量技术的开关功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关功率放大器，是一种用于磁轴承系统的基于空间矢量技术的开关功率放大器，用于对磁轴承线圈的输出电流进行控制。

背景技术

磁悬浮飞轮相对于传统的机械轴承飞轮具有无转速过零摩擦且可以进行振动主动控制的优点，所以在高精度卫星上具有广阔的应用前景。功率放大器作为磁悬浮飞轮磁轴承控制系统的执行器，其能量消耗最大，提高集成度、增加可靠性是功率放大器设计的最主要目的之一。为了提高功率放大器的效率，磁悬浮飞轮磁轴承控制系统普遍采用开关功率放大器。根据脉冲宽度调制信号产生电路的实现方式不同，磁轴承用开关功率放大器分为模拟器件实现和数字实现两种。

在中国专利“ZL200510012131.2”公开的“一种用于永磁偏置电磁轴承的低纹波开关功率放大器”中，采用模拟器件实现了三电平脉冲宽度调制的功能，降低了纹波损耗。但采用模拟器件实现的功率放大器存在功耗大、集成度低、调制方式不灵活等缺点。

现有基于数字实现的磁轴承用开关功率放大器中：在中国专利“ZL200510011972.1”公开的“一种集成化、低功耗磁轴承数字控制装置”中，采用单片DSP2812为控制器，通过内部PWM模块实现两电平脉冲宽度调制的功能，其结构简单，方法易于实现；但其基于单片DSP实现的开关功率放大器的PWM信号输出个数有限，PWM调制方式固定，难以满足需要多路PWM信号、独立驱动的场合。

在中国专利申请号“200610114390.0”公开的“一种用于磁悬浮飞轮磁轴承系统的开关功率放大器”中，采用FPGA+DSP为控制器，采用三态PWM调制方式，数据处理能力强，电流纹波小；但其采用在下桥两个功率开关管源极和参考地之间分别串接无感功率电阻，通过FPGA控制在回路续流时对电流信号进行采样，控制方式复杂，编程实现困难。

同时以上提到的开关功率放大器采用的均为全桥结构，如图1所示。这种方式下控制一个线圈均需要4个功率管，对5通道的磁轴承系统需要控制5个线圈，即需要20个功放管，造成体积和功耗均有所增加。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术存在的不足，提供一种用于磁轴承系统基于空间矢量技术的开关功率放大器，采用基于空间矢量技术的调试方式，减少了功率管的数量，提高了集成度，减少了体积和功耗，同时具有响应速度快，编程灵活的特点；采用替代电流互感器的电流检测电路，检测精度高，检测倍数可调，检测方式简单，易于实现。

本发明的技术解决方案：一种磁悬浮飞轮磁轴承系统的基于空间矢量技术的开关功率放大器，主要包括控制器、AD芯片、隔离驱动电路、三桥臂功率主电路、电流检测电路和调理电路，其中：

控制器：将AD芯片送来的两路电流反馈信号和相应的电流给定信号作差，根据两个差值的方向和大小，决定需要输出的电流调节矢量所处的区间和相应上桥臂三个管的导通时间，将得到的导通时间对应的数值与三角载波进行比较，得到上桥臂三个管的PWM波形，下桥臂三个管的PWM波形由上桥臂三个管的PWM波形经反相和死区逻辑后得到；

隔离驱动电路：输出与三桥臂功率主电路相接，用于生成三桥臂功率主电路中功率开关管的栅极驱动信号；

三桥臂功率主电路：由隔离驱动电路输出的栅极驱动信号控制上桥臂和下桥臂六个功率开关管的导通与关断，从而在两个磁轴承线圈中生成与电流控制量成比例的电流输出；

两个电流检测电路：输出与调理电路相接，输入与三桥臂功率主电路相接，分别用于检测三桥臂功率主电路的两个磁轴承线圈电流反馈信号；

调理电路：输出与A/D芯片相接，用于对两个电流检测电路输出的电流反馈信号进行电平偏移和低通滤波；

A/D芯片：输出与控制器相接，在控制器中FPGA的控制下，对调理电路输出的两路电流反馈信号进行采样。