CN106246723B - 一种磁悬浮轴承控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种磁悬浮轴承控制电路，包括至少两个电流采样单元，分别与轴承线圈的电路相连，用于采集流经所述轴承线圈的待检测电路中的电流；最大信号选择电路，所述最大信号选择电路的至少两个输入端一一连接每个所述电流采样单元，用于获取采集的至少两个电流并选择输出最大电流的电流值；比较器，所述比较器的反相输入端输入过流门限电信号，同相输入端连接最大信号选择电路的输出端，用于在确定所述最大电流值大于所述过流门限电信号时，确定所述控制电路过流。本电路避免对每个待检测电路分别设置保护电路，大大简化了磁悬浮轴承控制电路的结构。

Description

一种磁悬浮轴承控制电路

技术领域

本发明实施例涉及磁悬浮领域，尤其涉及一种磁悬浮轴承控制电路。

背景技术

在磁悬浮轴承系统中，要实现轴磁悬浮承的多自由度悬浮需要对多个轴承线圈的电流进行控制，而每个轴承线圈的电流需经过功率放大器放大后驱动输出，采用的功率放大器一般包括四个晶体管，它们与轴承线圈组成H桥结构，如图1所示。当磁悬浮轴承系统出现故障时，有可能会产生过电流，损坏功率放大器或者轴承线圈。因此，为了增强系统的可靠性与安全性，在磁悬浮轴承系统中设计过流保护电路是非常必要的。

目前，磁悬浮轴承系统使用的过流保护方法，如图1所示，是将电流传感器12套在轴承线圈10上，电流传感器12检测流过轴承线圈10的电流信号，并将其转换成电压信号输入比较单元13，比较单元13对比该电压信号与参考电压的相对大小，输出电平信号至驱动单元14控制功率放大器11中晶体管的关断，实现对磁悬浮轴承系统的过流保护。

这种使用电流传感器感应轴承线圈的过流保护方法需要对每个功率放大器分别设置过流保护电路，电路结构复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种磁悬浮轴承控制电路，以实现简化磁悬浮轴承控制电路中的过流保护电路结构。

本发明实施例提供了一种磁悬浮轴承控制电路，包括至少两个轴承线圈，每个轴承线圈与一个功率放大器对应相连，其中，还包括：

至少两个电流采样单元，分别与轴承线圈的电路相连，用于采集流经所述轴承线圈的待检测电路中的电流；

最大信号选择电路，所述最大信号选择电路的至少两个输入端一一连接每个所述电流采样单元，用于获取采集的至少两个电流并选择输出最大电流的电流值；

比较器，所述比较器的反相输入端输入过流门限电信号，同相输入端连接最大信号选择电路的输出端，用于在确定所述最大电流值大于所述过流门限电信号时，确定所述控制电路过流。

进一步地，所述功率放大器中的晶体管与所述轴承线圈相连形成至少两个电流支路，均作为待检测电路；

所述电流采样单元连接在各电流支路的汇集点处，用于同时采集各电流支路中的电流。

进一步地，所述功率放大器包括：

H桥连接的四个晶体管，所述轴承线圈连接在H桥的中间位置，与所述晶体管形成四个电流支路，作为待检测电路。

进一步地，各所述功率放大器的电流支路正极相连，并连接至电源；

各所述功率放大器的电流支路负极相连，并接地。

进一步地，所述电流采样单元包括：

采样电阻和采样输出端，所述采样电阻与待检测电路串联，所述采样输出端连接在采样电阻和待检测电路之间。

进一步地，所述最大信号选择电路包括：

至少两个二极管，各所述二极管的阴极短接作为所述最大信号选择电路的输出端，各所述二极管的阳极分别连接电流采样单元的输出端。

进一步地，在上述电路的基础上，还包括：

过流保护单元，与所述比较器的输出端和功率放大器分别相连，用于在所述比较器输出过流信号时，控制所述功率放大器中晶体管的关断。

进一步地，在上述电路的基础上，还包括：

至少两个信号放大单元，所述信号放大单元连接在每个所述采样输出端与所述最大信号选择电路输入端之间，用于对采集到的信号进行放大。

本发明实施例通过提供一种磁悬浮轴承控制电路，使用电流采样单元采集待检测信号，利用一个最大信号选择电路和一个比较器同时对多个检测电路支路进行过流检测与控制，解决了现有磁悬浮轴承电路需要对每个待检测电路分别设置过流保护电路，电路结构极复杂的问题，大大简化了磁悬浮轴承控制电路的结构。

附图说明

图1是现有技术中磁悬浮轴承控制电路图；

图2是本发明实施例一提供的一种磁悬浮轴承控制电路图；

图3A是本发明实施例二提供的一种电流采样单元的优选电路；

图3B是本发明实施例二提供的一种最大信号选择电路的优选电路；

图4是本发明实施例三提供的一种磁悬浮轴承控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2是本发明实施例一提供的一种磁悬浮轴承控制电路，该电路包括至少两个轴承线圈10、与每个轴承线圈10对应的功率放大器11、至少两个电流采样单元15、最大信号选择电路16与比较器17。

其中，至少两个电流采样单元15，分别与轴承线圈10的电路相连，用于采集流经所述轴承线圈10的待检测电路中的电流；最大信号选择电路16，所述最大信号选择电路16的至少两个输入端一一连接每个所述电流采样单元15，用于获取采集的至少两个电流并选择输出最大电流的电流值；比较器17，所述比较器17的反相输入端输入过流门限电信号，同相输入端连接最大信号选择电路16的输出端，用于在确定所述最大电流值大于所述过流门限电信号时，确定所述控制电路过流。

上述技术方案中，流经轴承线圈10的电流流经电流采样单元15，电流采样单元15能够采集到流经轴承线圈10的待检测电流。最大信号选择电路16的输入端对应与每个电流采样单元15一一连接，当最大信号选择电路16接收到不同电流采样单元15采集到的电信号后，根据所有电信号的大小关系，选择出所有电信号中的最大电信号进行输出，以此获取并选择输出最大电流的电流值至比较器17的同相输入端。

比较器17接收到最大信号选择电路16选择出的最大电信号后与过流门限电信号V_ref进行比较，当输入比较器17同相端的最大信号小于过流门限电信号时，比较器17输出低电平，说明电流采样单元15采集到的最大信号都没有超过过流门限电信号，确定控制电路没有过电流产生；当输入比较器17同相端的最大信号大于过流门限电信号时，比较器17输出高电平，说明电流采样单元15采集到的最大信号超过了过流门限电信号，确定整个磁悬浮轴承控制电路有过流产生。比较器17能够在确定最大电流值大于过流门限电信号时，确定整个磁悬浮轴承控制电路过流。

可选的，功率放大器11中的晶体管与所述轴承线圈10相连形成至少两个电流支路，均作为待检测电路。所述电流采样单元15连接在各电流支路的汇集点处，用于同时采集各电流支路中的电流。具体的，将电流采样单元15设置在各支路的汇集点处，流经功率放大器11中晶体管与轴承线圈10所形成支路的电流可以被电流采样单元15采集到。

可选的，功率放大器11包括H桥连接的四个晶体管，所述轴承线圈10连接在H桥的中间位置，与所述晶体管形成四个电流支路，作为待检测电路。具体的，功率放大器11由四个晶体管连接构成H桥结构，四个晶体管例如可以是绝缘栅型场效应管或绝缘栅双极型晶体管，轴承线圈10连接在H桥的中间位置，与四个晶体管形成四个电流支路，如图2所示，四个晶体管分别为第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4，四个电流支路分别是VCC-Q1-轴承线圈10-Q3、VCC-Q2-轴承线圈10-Q4、VCC-Q1-Q4以及VCC-Q2-Q3，其中，VCC-Q1-Q4与VCC-Q2-Q3两电流支路是由于第一晶体管Q1与第四晶体管Q4或第二晶体管Q2与第三晶体管Q3的栅极控制信号变化使得上下两晶体管同时击穿而形成的，由于晶体管的源极和漏极之间的电阻很小，加电源后瞬间产生一个很大的电流，损害控制电路中的器件。

以H桥型功率放大器11为例，将电流采样单元15连接在所有电流支路的汇集点处，具体的，上述四个电流支路中的电流均流经电流采样单元15，电流采样单元15能够采集到流经四条电流支路的电流。相对于图1提供的现有技术使用电流传感器12只能保护流经轴承线圈的过流，增加了对功率放大器11上下晶体管直通产生的过流的保护，增加了整个磁悬浮轴承控制电路工作的稳定性与安全性。

上述H桥型功率放大器11是本领域技术人员采用的经典功率放大器，并非对本实施例中功率放大器11类型的限定，对于任何类型的功率放大器11，只要将电流采样单元15设置在功率放大器11与轴承线圈10形成电路的汇集处，都可以采集到流经待检测支路的电流。

图2提供的是以经典的H桥型功率放大器11为例的一种磁悬浮轴承控制电路，如果使用本领域技术人员熟知的其他类型功率放大器进行替换，均属于本发明的保护范围。

可选的，将各功率放大器11的电流支路的正极相连，并连接至电源，各所述功率放大器11的电流支路负极相连，并接地。具体的，所述电源为整个磁悬浮轴承控制电路提供工作所需电能，将所有功率放大器11的电流支路负极连接地，使得从电源经功率放大器11到电源地信号形成完整的电流回路。本实施例的技术方案，针对现有技术中需对每个待检测电路分别设置过流保护电路，电路结构极复杂的问题，使用一个最大信号选择电路16选择出电流采样单元15采集到信号中的最大信号，并通过一个比较器17与过流门限电信号进行比较，控制功率放大器11中晶体管的关断，对整个电路进行过流保护，使得磁悬浮轴承控制电路的结构更加简单。

实施例二

在上述实施例所提供电路的基础上，图3A是本发明实施例二提供的一种电流采样单元15的优选电路，该电路包括至少两个电流采样单元15，所述电流采样单元15包括采样电阻151和采样输出端。图3B是本发明实施例提供的一种最大信号选择电路16的优选电路，该电路包括至少两个二极管161。

上述技术方案中，采样电阻151与待检测电路串联，所述采样输出端连接在采样电阻151和待检测电路之间。

具体的，流经待检测电路的电流流经采样电阻151，由于采样电阻151未连接待检测电路的一端连接电源地信号，则流经待检测电路的电流在采样电阻151上存在一定值的电压降，产生电信号，采样输出端采集到该电信号将其输出到最大信号选择电路16。

最大信号选择电路16中的各个二极管161的阴极短接作为最大信号选择电路16的输出端，各所述二极管161的阳极分别连接电流采样单元15的输出端。

具体的，最大信号选择电路16的信号输入端S1-S5对应连接电流采样单元15的采样输出端，当所有二极管161的阳极接收到来自不同电流采样单元15的采样输出端采集的电信号时，有最大信号输入的支路中的二极管161导通，在该二极管161阴极产生与最大信号几乎相同的电压值，此时，其他二极管161由于阴极电压大于阳极电压截止，输入的最大信号通过导通的二极管161输出到比较器17的同相输入端与过流门限电信号进行比较。这样，最大信号选择电路16实现了选择出电流采样单元15采集到的信号中最大信号的功能。优选的，所用的二极管161可以为肖特基二极管，能够实现二极管161工作时从导通状态快速恢复到截止状态，加快了最大信号选择电路16的工作速度。

本发明实施例的技术方案，使用采样电阻151代替了现有技术中使用的电流传感器，大大简化了控制电路结构，减少了控制电路的成本。此外，利用二极管161单向导通的特性，将所有二极管161阴极相连，实现了最大信号选择电路16选择最大信号的功能，使用一个电路同时对多个待检测电路进行过流检测与控制，简化了磁悬浮轴承控制电路的电路结构，节约了电路设计成本。

实施例三

图4是本发明实施例三提供的一种磁悬浮轴承控制电路，在上述实施例所提供电路的基础上，该电路还包括过流保护单元18和至少两个信号放大单元19。

在上述技术方案中，过流保护单元18与所述比较器17的输出端和功率放大器11分别相连，用于在所述比较器17输出过流信号时，控制所述功率放大器11中晶体管的关断。具体的，过流保护单元18连接比较器17的输出端V_out，当过流保护单元18接收到比较器17发出的高电平信号时，说明此时有过电流存在，过流保护单元18的输出端发送信号至功率放大器11中H桥上端的两晶体管的栅极，控制栅极信号使两晶体管的栅源极反偏，将其关闭，此时，磁悬浮轴承控制电路没有电流通过，停止工作，这样使得磁悬浮轴承控制电路能够有效实现过流保护。

信号放大单元19连接在每个所述采样输出端与所述最大信号选择电路输入端之间，用于对采集到的信号进行放大。具体的，信号放大单元19的同相输入端连接采样输出端通过两电阻分压后的电信号，反向输入端与输出端相连，形成负反馈的同时，反向输入端连接电阻并接地，实现分压功能。前述连接关系使得信号放大单元19通过对所有电阻值的设置，对电流采样单元15采集到的信号进行一定倍数的放大。

优选的，为了节省电路功耗，采样电阻151可以选择小阻值电阻，例如可以是毫欧级的电阻，这样采样输出端采集到的信号较小，需对采集到的信号进行放大，提高控制电路的精确度。例如，过流门限电信号大小设定为1V，若比较器17的同相输入端输入的信号大小为1.09V，此时有可能因为无法精确到小数点后的位数而认为没有过流产生，此时，控制电路无法实现过流保护功能，若经过信号放大单元19将两信号均放大100倍，则产生明显过流，实现有效控制。

本发明实施例的技术方案，通过设置过流保护单元18，在过电流存在时关断功率放大器11中的晶体管，实现了磁悬浮轴承控制电路的过流保护功能。同时，通过信号放大单元19对采集到的信号进行放大，有效提高了比较器17对过流门限电信号与最大信号选择电路16的输出信号进行比较的精确度，提高了磁悬浮轴承控制电路进行过流控制时的精确度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种磁悬浮轴承控制电路，包括至少两个轴承线圈，每个轴承线圈与一个功率放大器对应相连，其特征在于，还包括：

至少两个电流采样单元，分别与轴承线圈的电路相连，用于采集流经所述轴承线圈的待检测电路中的电流；

最大信号选择电路，所述最大信号选择电路的至少两个输入端一一连接每个所述电流采样单元，用于获取采集的至少两个电流并选择输出最大电流的电流值；

比较器，所述比较器的反相输入端输入过流门限电信号，同相输入端连接最大信号选择电路的输出端，用于在确定所述最大电流值大于所述过流门限电信号时，确定所述控制电路过流。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述功率放大器中的晶体管与所述轴承线圈相连形成至少两个电流支路，均作为待检测电路；

所述电流采样单元连接在各电流支路的汇集点处，用于同时采集各电流支路中的电流。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述功率放大器包括：

H桥连接的四个晶体管，所述轴承线圈连接在H桥的中间位置，与所述晶体管形成四个电流支路，作为待检测电路。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：

各所述功率放大器的电流支路正极相连，并连接至电源；

各所述功率放大器的电流支路负极相连，并接地。

5.根据权利要求1-4任一所述的电路，其特征在于，所述电流采样单元包括：

采样电阻和采样输出端，所述采样电阻与待检测电路串联，所述采样输出端连接在采样电阻和待检测电路之间。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述最大信号选择电路包括：

至少两个二极管，各所述二极管的阴极短接作为所述最大信号选择电路的输出端，各所述二极管的阳极分别连接电流采样单元的输出端。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

过流保护单元，与所述比较器的输出端和功率放大器分别相连，用于在所述比较器输出过流信号时，控制所述功率放大器中晶体管的关断。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，还包括：

至少两个信号放大单元，所述信号放大单元连接在每个所述采样输出端与所述最大信号选择电路输入端之间，用于对采集到的信号进行放大。