开关功率放大器负载参数在线识别系统设计
1前言
磁轴承系统中的功率放大器是将控制信号转变为控制电流的执行装置。除磁轴承铁心外，磁轴承系统的主要损耗由功率放大器产生。目前功率在0.6kVA以上的磁轴承系统中几乎全采用开关型功率放大器（简称开关功放），因为与线性功率放大器相比，开关功放的损耗要低得多[1]。磁悬浮技术作为一种高新技术日趋成熟，其在交通、工业和航天等领域有着广泛的应用前景。目前，磁悬浮技术的热点是磁悬浮列车和磁悬浮轴承。作为一种新型功放，开关功率放大器有着广阔的前景。
2现状与发展
磁悬浮技术是目前的研究热点，在功率放大器的分类中开关型功率放大器因其损耗小、效率高、通频带宽等优点，广泛取代了早期效率低下的线性功放，成为目前功率放大器研究的重点。线性功放效率低，发热严重，常用于小功率场合。开关功率放大器虽然出现的时间不算太长，但是却得到了迅速的发展。随着技术水平的不断提高，研发出了新型的全控性器件，如功率场效应管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor—MOSFET）和绝缘栅双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor—IGBT）等，人们对开关功率放大器投入了极大的热情。目前IGBT的研究水平已经到了相当高的地步，第三代产品已经投放市场，使用范围也越来越广，新开发出的第四代、第五代产品也即将推广。国外生产IGBT的公司有：日本的三菱、东芝、富士、日立，美国的IR、IXYS、ABB、摩托罗拉，德国的西门康、西门子等。商业化的IGBT已发展成系列，电流范围包括2A的IGBT单管到2400A的IGBT模块，耐压范围涵盖370V~4500V，8000V的IGBT已由ABB公司研制成功。国外有些公司采用脉宽调制（Pulse Width Modulation—PWM）技术开发出了集成开关功率器件。美国APEX公司推出了基于PWM技术的音频功放电路器件，效率达到97%，功放输出波形畸变也得到了极大的改善，性能甚至超过某些商用功放。美国Copley Controls公司已经生产出最大输出电压700V的开关功率放大器。英国LDS公司的SPAK功率放大器采用多个模块并联技术，最大功率可达280kW，开关频率150kHz，效率为93%。现在新型的开关功率放大器正在尝试用数字信号处理器（DSP芯片）开发数字脉冲功率转换器（DPPC），其载波频率可变，且频率相当高可达MHz级，对功率管的高频开关性能提出了更为严格的要求。国内对于开关功率放大器的研究起步比较晚，常用的基于半桥、全桥、多电平等电路的开关功率放大器的研究都有相应的报道，另外，在单周控制方面也有涉及。目前国内几个大的震动设备厂商所使用的功率放大器基本都是国外进口的早期功率放大器，或者是它们的仿制品。
3 研究内容及任务
3.1 功率电路
采用全桥主电路拓扑的开关功放可以提供双极性电流，能同时满足主动型磁轴承（AMB）和混合型磁轴承（HMB）的工作要求，是一种通用的磁轴承开关功放。采用全桥主电路拓扑的开关功放还能提高系统的高频动态特性以及转子的旋转精度[1]。
对于全桥主电路拓扑结构的电磁轴承开关功放而言，传统采用的是两电平脉宽调制方法[2]。
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