[發明專利]磁軸承功率放大器用H橋驅動電路的保護系統及方法

有效

• 申請號: 201110392848.X
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102494024A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張剴;武涵;李奇志;張小章;鄒蒙
• 申請（專利權）人: 北京中科科儀技術發展有限責任公司;清華大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及電器設備應用技術領域，具體涉及一種磁軸承功率放大器用H橋驅動電路的保護系統及方法。

背景技術

磁懸浮分子泵是一種采用磁軸承作為分子泵轉子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉子穩定地懸浮在空中，使轉子在高速工作過程中與定子之間沒有機械接觸，具有無機械磨損、能耗低、允許轉速高、噪聲低、壽命長、無需潤滑等優點，目前磁懸浮分子泵廣泛地應用于高真空度、高潔凈度真空環境的獲得等領域中。

磁懸浮分子泵的一般內部結構如圖1所示，所述磁懸浮分子泵的轉子包括轉子軸7和與所述轉子軸7固定連接的葉輪1。所述葉輪1固定安裝在所述轉子軸7的上部；所述轉子軸7的中部依次間隔地套設有第一徑向保護軸承4、第一徑向位移傳感器5、第一徑向磁軸承6、電機8、第二徑向磁軸承9、第二徑向位移傳感器10和第二徑向保護軸承11等。在所述轉子軸7的底端依次設置有軸向保護軸承12、第一軸向磁軸承13、推力盤14和第二軸向磁軸承15、軸向位移傳感器16。所述磁懸浮分子泵配置有磁軸承功率放大器，每一所述功率放大器分別與磁軸承(所述第一徑向磁軸承6、所述第二徑向磁軸承9、所述第一軸向磁軸承13和所述第二軸向磁軸承15)的磁軸承線圈20連接，驅動相應磁軸承線圈20產生所需要的電磁力，以保證轉子穩定運行。

所述磁懸浮分子泵還配置有控制其運轉的控制器2，所述控制器2根據位移傳感器(所述第一徑向位移傳感器5、所述第二徑向位移傳感器10和所述軸向位移傳感器16)的輸出信號運算分析得出所述轉子的相應方向位移，進而控制對應的功率放大器驅動相應磁軸承產生合適的電磁力對轉子的運動狀態進行有效的控制。

現有技術中通常采用圖2a與圖2b所示的H橋驅動電路構成的磁軸承功率放大器，其中圖2a所示為H橋驅動芯片，圖2b所示為H橋橋路。H橋驅動電路的工作原理和工作過程在很多公開文獻中均有記載，如張亮，房建成在2007年3月第22卷第3期電工技術學報發表的文章《電磁軸承脈寬調制型開關功放的實現及電流波紋分析》介紹了電磁軸承用功率放大器的工作原理及工作過程。

其簡單工作過程如下：

①當所述磁軸承產生的電磁力需要減小時，所述控制器2控制H橋橋路的第一功放管VT₁和第二功放管VT₂均處于關斷狀態，相應的所述磁軸承線圈處于放電狀態，H橋驅動芯片的高端自舉電容C₁處于充電狀態；

②當所述磁軸承產生的電磁力需要增大時，所述控制器2控制所述H橋橋路的第一功放管VT₁和第二功放管VT₂全部處于開通狀態，H橋驅動電路為所述磁軸承線圈20充電，所述H橋驅動芯片的高端自舉電容C₁放電，所述磁軸承線圈20的電流增大，其產生的電磁力增大；

③當所述磁軸承產生的電磁力需要維持不變時，不需要再為所述磁軸承線圈20充電，所述控制器2控制所述H橋橋路的第一功放管VT₁關斷，并保持所述H橋橋路的第二功放管VT₂開通，所述H橋驅動電路停止為磁軸承線圈20充電，所述H橋驅動電路進入續流狀態，所述H橋驅動芯片的高端自舉電容C₁進入充電狀態。

對于磁懸浮分子泵來說，為了保證系統窄帶寬特性，所述磁軸承線圈20的電感值一般都比較大，而且為了保證磁懸浮分子泵在高真空下運行安全，所述H橋橋路電壓一般比較低，因此所述H橋橋路為所述磁軸承線圈20充電時，需要較長時間才能完成所述磁軸承線圈20的充電，這就要求所述H橋驅動芯片的高端自舉電容C₁有較長放電時間，以保證所述H橋橋路的第一功放管VT₁和第二功放管VT₂全部處于開通狀態。

而所述H橋驅動芯片本身的橋路電壓較低，限制了所述H橋驅動芯片高端自舉電容C₁的充電速度和充電量。當所述磁軸承線圈20需要過長充電時間，則所述H橋驅動芯片高端自舉電容C₁的放電時間過長，其兩端電壓迅速下降。如果H橋驅動芯片高端自舉電容C₁的放電量大于充電量，導致其兩端的電壓下降至低于所述H橋驅動芯片正常工作時高端電壓閾值時，所述H橋驅動芯片停止工作且不可恢復，此即磁軸承H橋驅動芯片的高端電源自舉電路故障。當出現高端電源自舉電路故障時，H橋驅動芯片無法正常工作，影響磁懸浮分子泵正常運行。

發明內容