[發明專利]一種實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機的驅動系統

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• 申請號: 201810020597.4
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108224835A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 黨海政;譚軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F25B49/02
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 李秀蘭

本發明公開了一種實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機的驅動系統，由電源轉換模塊一、電源轉換模塊二、控制信號輸入模塊、信號轉換模塊、PWM信號調制模塊、數字模擬信號轉換模塊以及H橋功率放大模塊組成。通過控制信號輸入模塊設定驅動波形信號，進一步通過信號轉換模塊、PWM信號調制模塊及數字模擬信號轉換模塊進行一系列信號處理，輸出的控制信號通過H橋功率放大模塊對直線電機進行驅動，不僅能實現脈沖管制冷機正常的制冷，同時也能實現線性壓縮機的高電機效率。本發明對于實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機及其在航天航空、實用超導等特殊領域的應用具有非常積極的意義。

技術領域

本發明屬于制冷及低溫工程領域和物理電子學領域，特別涉及一種實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機的驅動系統。

背景技術

脈沖管制冷機是回熱式低溫制冷機的一次重大革新，它取消了廣泛應用于常規回熱式低溫制冷機(如斯特林和G-M制冷機)中的冷端排出器，實現了冷端的低振動、低干擾和無磨損；而經過結構優化和調相方式上的重要改進，在典型溫區，其實際效率也已達到回熱式低溫制冷機的最高值。這些顯著優點使得脈沖管制冷機成為近30年來低溫制冷機研究的一大熱門，在航空航天、低溫電子學、超導工業和低溫醫療業等方面都獲得了廣泛的應用。

根據驅動壓縮機的不同，又將脈沖管制冷機分為由直線壓縮機驅動的高頻脈沖管制冷機和由G-M型壓縮機驅動的低頻脈沖管制冷機兩種。航天、軍事、超導等領域應用的脈沖管制冷機，因為對重量和體積有著嚴格的限制，一般都采用輕量化高頻運轉的直線壓縮機，壓縮機的工作頻率通常都在30Hz以上。由直線壓縮機驅動的高頻脈沖管制冷機由于結構緊湊、重量輕、體積小、效率高、運轉可靠、預期壽命長等突出優點，正日益成為新一代回熱式低溫制冷機的更新換代品種。

直線壓縮機作為高頻脈沖管制冷機的驅動單元，需要通過輸入合適的電壓產生相應的線性力，脈沖管制冷機才能產生最佳制冷效果。在航空航天、超導等領域應用中要求脈沖管制冷機具有高制冷機效率。脈沖管制冷機的效率由兩部分組成：一是脈沖管冷指本身的制冷效率，一般由脈沖管冷指的設計及運行工況決定；二是壓縮機的電機效率，由壓縮機本身設計、脈沖管冷指阻抗以及運行工況共同決定。針對于脈沖管制冷機制冷效率的優化設計有很多，其中，就包括了通過使用驅動系統改變高頻脈沖管制冷機驅動電壓波形實現提高壓縮機電機效率的方法。

綜上所述，在面向航空航天、超導等領域的高頻脈沖管制冷機的研究和應用中，通過優化驅動系統實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機一直是研究熱點。近年來，中國高頻脈沖管制冷技術也獲得了長足進步，并已開始向實用化發展，這對其實現高電機效率的驅動系統的研究都提出了非常迫切的需求，但相關技術的發展在國內才剛剛起步。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明提出了一種實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機的驅動系統。

本發明的目的在于，提供了一種高電機效率的高頻脈沖管制冷機的驅動系統。首先，實現對脈沖管制冷機用的直線壓縮機的線性驅動；其次，通過改變驅動波形實現線性壓縮機的高電機效率。從而滿足高頻脈沖管制冷機在航空航天、超導等領域的應用需求。

所發明的實現高電機效率的高頻脈沖管制冷機的驅動系統包括電源1、電源轉換模塊一2、電源轉換模塊二3、控制信號輸出模塊4、信號轉換模塊5、PWM信號調制模塊6、數字模擬信號轉換模塊7及H橋功率放大模塊8，其特征在于：