[发明专利]用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器，用于对磁悬浮涡轮分子泵的磁轴承线圈中的电流进行主动控制。

背景技术

涡轮真空分子泵是一种机械式真空泵，它通过高速旋转的多级涡轮转子叶片和静止涡轮叶片的组合进行抽气，在分子流区域内对被抽气体产生很高的压缩比，从而获得所需要的高真空和超高真空性能。磁悬浮涡轮分子泵代替传统机械式真空泵的机械轴承支承，而采用磁轴承支承，由于磁轴承无需加入任何润滑介质，分子泵的叶轮便可在无油条件下运行，因此在分子泵运转过程中，高真空区域不会受到油蒸汽的污染，不需要冷阱和油挡板，即可获得清洁的高真空和超高真空环境。另外，由于磁轴承没有机械接触和摩擦，也不存在润滑介质流淌的问题，因此磁悬浮涡轮分子泵可以实现任意角度安装，这使得分子泵的应用更为灵活。目前，磁悬浮涡轮分子泵已广泛应用于加速器技术、等离子体技术、半导体制造、电子显微镜、电真空器件等的制造机真空技术的各个领域中，为制造过程提供稳定可靠的高真空环境。

功率放大器作为磁悬浮涡轮分子泵磁轴承控制系统的执行器，其能量消耗最大，同时也是整个磁轴承控制系统中可靠性较薄弱的环节。为了提高功率放大器的效率，磁悬浮涡轮分子泵的磁轴承控制系统采用开关功率放大器。现有的用于磁轴承控制系统的开关功率放大器功率主电路的高压侧功率开关管和低压侧功率开关管均是采用同类型的开关管，这样在高压端的栅极驱动电路中通常就需要使用独立悬浮电源、自举电源或是带有隔离变压器的驱动电路才能实现。如果采用独立悬浮电源，则不仅增加了整个磁轴承控制系统中电源的数量，势必同时增加电路的体积和重量，结果必然大大降低电路的可靠性。采用自举电源，虽然可以节省独立电源的数量，但是如果自举电路的参数选择不当，导致自举不成功，则将严重影响到磁轴承控制系统正常的稳定运行。采用带有隔离变压器的栅极驱动电路通常较为复杂，且使用了隔离变压器也会造成电路体积的增加。此外，现有的用于磁轴承控制系统的开关功率放大器在PWM生成电路方面，多是采用DSP或是FPGA的数字信号处理方式来生成PWM信号，如果在需要输出很多路PWM的情况下，这种方式是很有必要的，但对于输出路数较少的应用场合，反而容易将简单问题复杂化。通过减小电路的体积和元器件数量，可以降低开关功率放大器的功耗，同时提高开关功率放大器的电路可靠性。为了满足磁悬浮涡轮分子泵的磁轴承控制系统对开关功率放大器高可靠性和低功耗的要求，需要开发一种控制方式和电路结构都简单且电路体积小的开关功率放大器。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种适用于磁悬浮涡轮分子泵的磁轴承控制系统的开关功率放大器，能够提高开关功率放大器的集成度、可靠性以及能量转换效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器，其特征在于，包括：

电流误差信号处理电路，对输入的电流控制信号和电流反馈信号进行求差运算，对所得到的差值进行比例积分运算后输出至PWM信号发生电路；

PWM信号发生电路，对来自上述电流误差信号处理电路的信号进行PWM调制处理，生成并输出两个PWM信号；

光耦隔离驱动电路，对上述PWM信号发生电路生成的上述两个PWM信号进行光耦隔离，并进行驱动来放大功率，生成并输出用于对下一级电路中的功率开关管的栅极进行驱动的栅极驱动信号；

半桥功率主电路，包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、电流检测电阻和负载磁轴承线圈，分别利用来自上述光耦隔离驱动电路的上述栅极驱动信号，对各个上述功率开关管进行控制，使得上述功率开关管同时导通或者同时关断，由此在上述负载磁轴承线圈中生成的电流作为待检测电流输出；和

电流检测电路，用于检测来自半桥功率主电路的在上述负载磁轴承线圈中流通的电流的大小，将检测出的电流值作为电流反馈信号输出至上述电流误差信号处理电路。

根据本发明的上述结构，能够得到提高了集成度、可靠性以及能量转换效率的用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器。

附图说明

图1为本发明涉及的用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器的电路结构的框图。

图2为本发明涉及的用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器中的PWM信号发生电路的电路连接图。

图3为本发明涉及的用于磁悬浮涡轮分子泵的开关功率放大器中的电流检测电路的电路连接图。

具体实施方式