[go: up one dir, main page]

CN111894979B - 一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路 - Google Patents

一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路 Download PDF

Info

Publication number
CN111894979B
CN111894979B CN202010742732.3A CN202010742732A CN111894979B CN 111894979 B CN111894979 B CN 111894979B CN 202010742732 A CN202010742732 A CN 202010742732A CN 111894979 B CN111894979 B CN 111894979B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge arm
load
diode
load bridge
switch tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010742732.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111894979A (zh
Inventor
刘程子
湛江
杨艳
刘泽远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Posts and Telecommunications filed Critical Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202010742732.3A priority Critical patent/CN111894979B/zh
Publication of CN111894979A publication Critical patent/CN111894979A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111894979B publication Critical patent/CN111894979B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0457—Details of the power supply to the electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明揭示了一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，由主电路结构及与功能模块结构组成，所述主电路结构与所述功能模块结构电性连接；所述主电路结构包括按序电性连接的公共桥臂、五相负载桥臂、负载桥臂故障切换电路、备用桥臂以及公共桥臂故障切换电路。本发明能够根据故障检测的结果执行相应的操作，从而实现了在公共桥臂或负载桥臂故障的情况下对整个电路中桥臂结构的重构，最终实现了六桥臂开关功放的容错控制。

Description

一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路
技术领域
本发明为一种开关功放电路，具体涉及一种五自由度磁悬浮轴承用的、具有容错功能的、六桥臂五相输出的开关功放电路，属于磁轴承领域。
背景技术
磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是一种利用磁力作用将转子悬浮于空中、使转子与定子之间没有机械接触的轴承器件。由于其不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，因此具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等诸多优点，可运用于无尘车间、核电设施或航空领域中。
通常而言，磁悬浮轴承的应用环境较为特殊，若轴承出现故障，其后果往往难以估量。而磁悬浮轴承的功率放大器是整个闭环系统中最为关键的设备，其性能的好坏基本决定了磁悬浮轴承整体的使用效果。因此磁悬浮轴承的开关功放系统必须具有一定的容错性。
就多自由度的磁悬浮轴承开关功放控制系统而言，传统的全桥式开关功放电路中的每一路绕组都需要四个全控开关元件。出于降低成本、精简结构的考虑，一种多桥臂拓扑结构的开关功放电路被应用于磁悬浮轴承控制系统中，该电路通过增加一个负载桥臂地方式实现了各路电流的独立输出。但是不论哪种功率放大器，其自身结构都无法实现容错控制、即通过控制算法是无法实现容错的。这与磁悬浮轴承自身的特点有关，磁悬浮轴承任意自由度的失稳都会导致转子失稳。由于多桥臂拓扑结构使得每相负载电流都要流经公共桥臂，因此公共桥臂的故障率最高，但不排除可能会出现负载桥臂在公共桥臂之前损坏的情况。故此，一个完善的容错设计应该同时考虑到公共桥臂和负载桥臂的容错控制。
综上所述，如何基于上述研究现状，设计出一种全新的、具有容错功能的开关功放电路，以克服现有技术中所存在的不足，也就成为了本领域内技术人员所共同关注的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种五自由度磁悬浮轴承用的、具有容错功能的、六桥臂五相输出的开关功放电路，具体如下。
一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，其特征在于：由主电路结构及与功能模块结构组成，所述主电路结构与所述功能模块结构电性连接；所述主电路结构包括按序电性连接的公共桥臂、五相负载桥臂、负载桥臂故障切换电路、备用桥臂以及公共桥臂故障切换电路；所述功能模块结构包括电路检测模块、重构模块以及控制信号切换模块，所述电路检测模块的信号输入端与所述公共桥臂电性连接，所述电路检测模块的信号输出端分别与所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输入端电性连接，所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输出端电性连接至所述负载桥臂故障切换电路、所述备用桥臂以及所述公共桥臂故障切换电路。
优选地，所述公共桥臂由第一公共桥臂开关管、第二公共桥臂开关管、第一公共桥臂二极管以及第二公共桥臂二极管构成；所述第一公共桥臂开关管的一端电性连接有母线电压源、所述第一公共桥臂开关管的另一端电性连接有所述第二公共桥臂开关管；所述第一公共桥臂开关管与所述第一公共桥臂二极管匹配对应且二者并联；所述第二公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂二极管匹配对应且二者并联。
优选地，所述公共桥臂内设置有两个用于检测所述第一公共桥臂开关管的电压值的故障检测点，两个所述故障检测点一个设置于所述第一公共桥臂开关管与母线电压源之间、另一个设置于所述第一公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂开关管之间。
优选地，所述五相负载桥臂内包括相互间并联设置的五个负载桥臂，分别为A相负载桥臂、B相负载桥臂、C相负载桥臂、D相负载桥臂、E相负载桥臂，五个所述负载桥臂的结构相同；
所述A相负载桥臂由第一负载桥臂开关管、第二负载桥臂开关管、第一负载桥臂二极管以及第二负载桥臂二极管构成，所述第一负载桥臂二极管与所述第一负载桥臂开关管并联，所述第二负载桥臂二极管与所述第二负载桥臂开关管并联，所述第一负载桥臂开关管与所述第二负载桥臂开关管之间设置有连接节点A；
所述B相负载桥臂由第三负载桥臂开关管、第四负载桥臂开关管、第三负载桥臂二极管以及第四负载桥臂二极管构成，所述第三负载桥臂二极管与所述第三负载桥臂开关管并联，所述第四负载桥臂二极管与所述第四负载桥臂开关管并联，所述第三负载桥臂开关管与所述第四负载桥臂开关管之间设置有连接节点B；
所述C相负载桥臂由第五负载桥臂开关管、第六负载桥臂开关管、第五负载桥臂二极管以及第六负载桥臂二极管构成，所述第五负载桥臂二极管与所述第五负载桥臂开关管并联，所述第六负载桥臂二极管与所述第六负载桥臂开关管并联，所述第五负载桥臂开关管与所述第六负载桥臂开关管之间设置有连接节点C；
所述D相负载桥臂由第七负载桥臂开关管、第八负载桥臂开关管、第七负载桥臂二极管以及第八负载桥臂二极管构成，所述第七负载桥臂二极管与所述第七负载桥臂开关管并联，所述第八负载桥臂二极管与所述第八负载桥臂开关管并联，所述第七负载桥臂开关管与所述第八负载桥臂开关管之间设置有连接节点D；
所述E相负载桥臂由第九负载桥臂开关管、第十负载桥臂开关管、第九负载桥臂二极管以及第十负载桥臂二极管构成，所述第九负载桥臂二极管与所述第九负载桥臂开关管并联，所述第十负载桥臂二极管与所述第十负载桥臂开关管并联，所述第九负载桥臂开关管与所述第十负载桥臂开关管之间设置有连接节点E。
优选地，所述第一负载桥臂二极管、所述第三负载桥臂二极管、所述第五负载桥臂二极管、所述第七负载桥臂二极管以及所述第九负载桥臂二极管五者的阴极电性连接至母线电压源的正极；所述第一负载桥臂二极管、所述第三负载桥臂二极管、所述第五负载桥臂二极管、所述第七负载桥臂二极管以及所述第九负载桥臂二极管五者的阳极分别按序电性连接至所述第二负载桥臂二极管、所述第四负载桥臂二极管、所述第六负载桥臂二极管、所述第八负载桥臂二极管以及所述第十负载桥臂二极管五者的阴极；所述第二负载桥臂二极管、所述第四负载桥臂二极管、所述第六负载桥臂二极管、所述第八负载桥臂二极管以及所述第十负载桥臂二极管五者的阳极电性连接至母线电压源的负极。
优选地，所述公共桥臂通过相互间并联设置的五个阻感性负载与所述五相负载桥臂电性连接，五个所述阻感性负载分别为第一阻感性负载、第二阻感性负载、第三阻感性负载、第四阻感性负载以及第五阻感性负载；
所述公共桥臂通过所述第一阻感性负载电性连接至所述连接节点A，所述公共桥臂通过所述第二阻感性负载电性连接至所述连接节点B，所述公共桥臂通过所述第三阻感性负载电性连接至所述连接节点C，所述公共桥臂通过所述第四阻感性负载电性连接至所述连接节点D，所述公共桥臂通过所述第五阻感性负载电性连接至所述连接节点E。
优选地，所述负载桥臂故障切换电路内包括五个负载桥臂故障切换电路开关管，分别为第一负载桥臂故障切换电路开关管、第二负载桥臂故障切换电路开关管、第三负载桥臂故障切换电路开关管、第四负载桥臂故障切换电路开关管、第五负载桥臂故障切换电路开关管；
所述第一负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点A、所述第一负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第二负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点B、所述第二负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第三负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点C、所述第三负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第四负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点D、所述第四负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第五负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点E、所述第五负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点。
优选地，所述备用桥臂由相互间电性连接的备用桥臂上开关管以及备用桥臂下开关管构成，所述备用桥臂上开关管与所述备用桥臂下开关管二者间的连接位置为所述备用桥臂的中点，所述备用桥臂上开关管电性连接至母线电压源的正极，所述备用桥臂下开关管电性连接至母线电压源的负极。
优选地，在所述备用桥臂上开关管与所述备用桥臂下开关管二者的工作状态下，二者不能同时导通。
优选地，所述公共桥臂故障切换电路包括一个公共桥臂故障切换电路开关管；所述公共桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述公共桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述公共桥臂内、所述第一公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂开关管之间的故障检测点。
与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：
本发明所提出的一种具有容错功能的开关功放电路，适用于五自由度磁悬浮轴承，电路整体采用六桥臂五相输出，在现有的五路输出的六桥臂开关功放电路的基础上增加了一个备用桥臂、构成了冗余结构。本发明能够根据故障检测的结果执行相应的操作，当开关功放电路的公共桥臂/负载桥臂发生故障时，通过公共桥臂故障切换电路/负载桥臂故障切换电路启动备用桥臂以代替发生故障的桥臂，从而实现了在公共桥臂或负载桥臂故障的情况下对整个电路中桥臂结构的重构，最终实现了六桥臂开关功放的容错控制。
此外，本发明还为磁悬浮轴承开关功放控制系统的相关研究和应用提供了一种全新的思路，为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸和深入研究，行业应用前景广阔。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
本发明揭示了一种五自由度磁悬浮轴承用的、具有容错功能的、六桥臂五相输出的开关功放电路，具体方案如下。
如图1所示，一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，由主电路结构及与功能模块结构组成，所述主电路结构与所述功能模块结构电性连接。
所述主电路结构包括按序电性连接的公共桥臂1、五相负载桥臂2、负载桥臂故障切换电路3、备用桥臂4以及公共桥臂故障切换电路5。
所述功能模块结构包括电路检测模块、重构模块以及控制信号切换模块，所述电路检测模块的信号输入端与所述公共桥臂1电性连接，所述电路检测模块的信号输出端分别与所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输入端电性连接，所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输出端电性连接至所述负载桥臂故障切换电路3、所述备用桥臂4以及所述公共桥臂故障切换电路5。
总体而言，所述电路检测模块能够实时检测公共桥臂主功率电路的状态，如监测出现故障信号，将信息传送至重构模块与控制信号切换模块。重构模块通过计算定位出故障功率管，控制信号切换模块则将故障功率管的控制信号传递给开关功放控制器，再由控制器将开关信号由故障管切换至冗余功率管，使得冗余管代替故障管工作，保证电路满足正常运行。
所述公共桥臂1由第一公共桥臂开关管Sn1、第二公共桥臂开关管Sn2、第一公共桥臂二极管Dn1以及第二公共桥臂二极管Dn2构成。所述第一公共桥臂开关管Sn1的一端电性连接有母线电压源Udc、所述第一公共桥臂开关管Sn1的另一端电性连接有所述第二公共桥臂开关管Sn2。所述第一公共桥臂开关管Sn1与所述第一公共桥臂二极管Dn1匹配对应且二者并联。所述第二公共桥臂开关管Sn2与所述第二公共桥臂二极管Dn2匹配对应且二者并联。
所述公共桥臂1内设置有两个用于检测所述第一公共桥臂开关管Sn1的电压值的故障检测点，两个所述故障检测点一个设置于所述第一公共桥臂开关管Sn1与母线电压源Udc之间、另一个设置于所述第一公共桥臂开关管Sn1与所述第二公共桥臂开关管Sn2之间。
所述五相负载桥臂2内包括相互间并联设置的五个负载桥臂，分别为A相负载桥臂、B相负载桥臂、C相负载桥臂、D相负载桥臂、E相负载桥臂，五个所述负载桥臂的结构相同。
所述A相负载桥臂由第一负载桥臂开关管Sa1、第二负载桥臂开关管Sa2、第一负载桥臂二极管Da1以及第二负载桥臂二极管Da2构成，所述第一负载桥臂二极管Da1与所述第一负载桥臂开关管Sa1并联，所述第二负载桥臂二极管Da2与所述第二负载桥臂开关管Sa2并联，所述第一负载桥臂开关管Sa1与所述第二负载桥臂开关管Sa2之间设置有连接节点A。
所述B相负载桥臂由第三负载桥臂开关管Sa3、第四负载桥臂开关管Sa4、第三负载桥臂二极管Da3以及第四负载桥臂二极管Da4构成，所述第三负载桥臂二极管Da3与所述第三负载桥臂开关管Sa3并联，所述第四负载桥臂二极管Da4与所述第四负载桥臂开关管Sa4并联，所述第三负载桥臂开关管Sa3与所述第四负载桥臂开关管Sa4之间设置有连接节点B。
所述C相负载桥臂由第五负载桥臂开关管Sa5、第六负载桥臂开关管Sa6、第五负载桥臂二极管Da5以及第六负载桥臂二极管Da6构成，所述第五负载桥臂二极管Da5与所述第五负载桥臂开关管Sa5并联，所述第六负载桥臂二极管Da6与所述第六负载桥臂开关管Sa6并联，所述第五负载桥臂开关管Sa5与所述第六负载桥臂开关管Sa6之间设置有连接节点C。
所述D相负载桥臂由第七负载桥臂开关管Sn7、第八负载桥臂开关管Sn8、第七负载桥臂二极管Da7以及第八负载桥臂二极管Da8构成，所述第七负载桥臂二极管Da7与所述第七负载桥臂开关管Sn7并联，所述第八负载桥臂二极管Da8与所述第八负载桥臂开关管Sn8并联，所述第七负载桥臂开关管Sn7与所述第八负载桥臂开关管Sn8之间设置有连接节点D。
所述E相负载桥臂由第九负载桥臂开关管Sa9、第十负载桥臂开关管Sa10、第九负载桥臂二极管Da9以及第十负载桥臂二极管Da10构成，所述第九负载桥臂二极管Da9与所述第九负载桥臂开关管Sa9并联，所述第十负载桥臂二极管Da10与所述第十负载桥臂开关管Sa10并联，所述第九负载桥臂开关管Sa9与所述第十负载桥臂开关管Sa10之间设置有连接节点E。
所述第一负载桥臂二极管Da1、所述第三负载桥臂二极管Da3、所述第五负载桥臂二极管Da5、所述第七负载桥臂二极管Da7以及所述第九负载桥臂二极管Da9五者的阴极电性连接至母线电压源Udc的正极。所述第一负载桥臂二极管Da1、所述第三负载桥臂二极管Da3、所述第五负载桥臂二极管Da5、所述第七负载桥臂二极管Da7以及所述第九负载桥臂二极管Da9五者的的阳极分别按序电性连接至所述第二负载桥臂二极管Da2、所述第四负载桥臂二极管Da4、所述第六负载桥臂二极管Da6、所述第八负载桥臂二极管Da8以及所述第十负载桥臂二极管Da10五者的阴极。所述第二负载桥臂二极管Da2、所述第四负载桥臂二极管Da4、所述第六负载桥臂二极管Da6、所述第八负载桥臂二极管Da8以及所述第十负载桥臂二极管Da10五者的阳极电性连接至母线电压源Udc的负极。
所述公共桥臂1通过相互间并联设置的五个阻感性负载与所述五相负载桥臂2电性连接，五个所述阻感性负载分别为第一阻感性负载La、第二阻感性负载Lb、第三阻感性负载Lc、第四阻感性负载Ld以及第五阻感性负载Le。
所述公共桥臂1通过所述第一阻感性负载La电性连接至所述连接节点A，所述公共桥臂1通过所述第二阻感性负载Lb电性连接至所述连接节点B，所述公共桥臂1通过所述第三阻感性负载Lc电性连接至所述连接节点C，所述公共桥臂1通过所述第四阻感性负载Ld电性连接至所述连接节点D，所述公共桥臂1通过所述第五阻感性负载Le电性连接至所述连接节点E。
所述负载桥臂故障切换电路3内包括五个负载桥臂故障切换电路开关管，分别为第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa、第二负载桥臂故障切换电路开关管Sb、第三负载桥臂故障切换电路开关管Sc、第四负载桥臂故障切换电路开关管Sd、第五负载桥臂故障切换电路开关管Se。
所述第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa的一端电性连接至所述连接节点A、所述第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa的另一端电性连接至所述备用桥臂4的中点，所述第二负载桥臂故障切换电路开关管Sb的一端电性连接至所述连接节点B、所述第二负载桥臂故障切换电路开关管Sb的另一端电性连接至所述备用桥臂4的中点，所述第三负载桥臂故障切换电路开关管Sc的一端电性连接至所述连接节点C、所述第三负载桥臂故障切换电路开关管Sc的另一端电性连接至所述备用桥臂4的中点，所述第四负载桥臂故障切换电路开关管Sd的一端电性连接至所述连接节点D、所述第四负载桥臂故障切换电路开关管Sd的另一端电性连接至所述备用桥臂4的中点，所述第五负载桥臂故障切换电路开关管Se的一端电性连接至所述连接节点E、所述第五负载桥臂故障切换电路开关管Se的另一端电性连接至所述备用桥臂4的中点。
所述备用桥臂4由相互间电性连接的备用桥臂上开关管Sup以及备用桥臂下开关管Sdn构成，所述备用桥臂上开关管Sup与所述备用桥臂下开关管Sdn二者间的连接位置为所述备用桥臂4的中点，所述备用桥臂上开关管Sup电性连接至母线电压源Udc的正极，所述备用桥臂下开关管Sdn电性连接至母线电压源Udc的负极。
在所述备用桥臂上开关管Sup与所述备用桥臂下开关管Sdn二者的工作状态下，二者不能同时导通。
所述公共桥臂故障切换电路5包括一个公共桥臂故障切换电路开关管Sn。所述公共桥臂故障切换电路开关管Sn的一端电性连接至所述备用桥臂4的中点，所述公共桥臂故障切换电路开关管Sn的另一端电性连接至所述公共桥臂1内、所述第一公共桥臂开关管Sn1与所述第二公共桥臂开关管Sn2之间的故障检测点。
以公共桥臂1和A相负载桥臂为例，公共桥臂1出现断路故障之后的四种工作状态如下：
a、公共桥臂上管断路。电路检测模块将电压值UNODE1-NODE2与公共桥臂上管导通信号传输至重构模块。若控制器对公共桥臂上管施加了导通信号且UNODE1-NODE2≠0，则重构模块判定该开关管故障。此时控制信号切换模块输出驱动信号使备用桥臂上开关管Sup、公共桥臂故障切换电路开关管Sn导通。电流自备用桥臂上开关管Sup流经公共桥臂故障切换电路开关管Sn，从而在公共桥臂上管断路的情况下完成了对其的等效替代。
b、公共桥臂下管断路。电路检测模块将电压值UNODE1-NODE2与公共桥臂下管导通信号传输至重构模块。若控制器对公共桥臂下管施加了导通信号且UNODE1-NODE2≠Ud，则重构模块判定该开关管故障。此时控制信号切换模块输出驱动信号使备用桥臂下开关管Sdn、公共桥臂故障切换电路开关管Sn导通。电流自备用桥臂下开关管Sdn流经公共桥臂故障切换电路开关管Sn，从而在公共桥臂下管断路的情况下完成了对其的等效替代。
c、A相负载桥臂上管断路。电路检测模块将A相负载电流值与A相负载桥臂上管导通信号传输至重构模块。此处需要说明的是，检测A相负载电流值的电流传感器为磁轴承设备自带，无需在本电路中增加额外传感器，故而未在附图中示出。同时，规定自左向右为电流正方向，下同。若控制器对公共桥臂下管和A相负载桥臂上管施加了导通信号且A相电流变化率不为负数则重构模块判定该开关管故障。此时控制信号切换模块输出驱动信号使备用桥臂上开关管Sup、第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa导通。电流自备用桥臂上开关管Sup流经第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa，从而在A相负载桥臂上管断路的情况下完成了对其的等效替代。
d、A相负载桥臂下管断路。电路检测模块将A相负载电流值与A相负载桥臂下管导通信号传输至重构模块。若控制器对公共桥臂上管和A相负载桥臂下管施加了导通信号且A相电流变化率不为正数，则重构模块判定该开关管故障。此时控制信号切换模块输出驱动信号使备用桥臂下开关管Sdn、第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa导通。电流自第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa流经备用桥臂下开关管Sdn，从而在A相负载桥臂下管断路的情况下完成了对其的等效替代。
本发明不仅可以在单个开关管故障情况下实现容错控制，多个负载桥臂的上桥臂的容错电路或多个负载桥臂的下桥臂的容错电流可依次类推得到。以A、B相负载桥臂下管同时出现断路故障为例：
e、A、B相负载桥臂下管同时断路。电路检测模块将A相负载电流值、B相负载电流值、A相负载桥臂下管导通信号和B相负载桥臂下管导通信号传输至重构模块。若控制器对公共桥臂上管、A相负载桥臂下管和B相负载桥臂下管施加了导通信号且A相电流变化率、B相电流变化率均不为正数，则重构模块判定A、B相负载桥臂下管故障。此时控制信号切换模块输出驱动信号使备用桥臂下开关管Sdn、第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa以及第二负载桥臂故障切换电路开关管Sb导通。电流自第一负载桥臂故障切换电路开关管Sa和第二负载桥臂故障切换电路开关管Sb流经备用桥臂下开关管Sdn，从而在A、B相负载桥臂下管断路的情况下完成了对其的等效替代。
综上所述，本发明所提出的一种具有容错功能的开关功放电路，适用于五自由度磁悬浮轴承，电路整体采用六桥臂五相输出，在现有的五路输出的六桥臂开关功放电路的基础上增加了一个备用桥臂、构成了冗余结构。本发明能够根据故障检测的结果执行相应的操作，当开关功放电路的公共桥臂/负载桥臂发生故障时，通过公共桥臂故障切换电路/负载桥臂故障切换电路启动备用桥臂以代替发生故障的桥臂，从而实现了在公共桥臂或负载桥臂故障的情况下对整个电路中桥臂结构的重构，最终实现了六桥臂开关功放的容错控制。
此外，本发明还为磁悬浮轴承开关功放控制系统的相关研究和应用提供了一种全新的思路，为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸和深入研究，行业应用前景广阔。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
最后，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，其特征在于：由主电路结构及与功能模块结构组成，所述主电路结构与所述功能模块结构电性连接；所述主电路结构包括按序电性连接的公共桥臂、五相负载桥臂、负载桥臂故障切换电路、备用桥臂以及公共桥臂故障切换电路；所述功能模块结构包括电路检测模块、重构模块以及控制信号切换模块，所述电路检测模块的信号输入端与所述公共桥臂电性连接，所述电路检测模块的信号输出端分别与所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输入端电性连接，所述重构模块及所述控制信号切换模块二者的信号输出端电性连接至所述负载桥臂故障切换电路、所述备用桥臂以及所述公共桥臂故障切换电路；
所述公共桥臂由第一公共桥臂开关管、第二公共桥臂开关管、第一公共桥臂二极管以及第二公共桥臂二极管构成；所述第一公共桥臂开关管的一端电性连接有母线电压源、所述第一公共桥臂开关管的另一端电性连接有所述第二公共桥臂开关管；所述第一公共桥臂开关管与所述第一公共桥臂二极管匹配对应且二者并联；所述第二公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂二极管匹配对应且二者并联；
所述公共桥臂内设置有两个用于检测所述第一公共桥臂开关管的电压值的故障检测点，两个所述故障检测点一个设置于所述第一公共桥臂开关管与母线电压源之间、另一个设置于所述第一公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂开关管之间；
所述五相负载桥臂内包括相互间并联设置的五个负载桥臂，分别为A相负载桥臂、B相负载桥臂、C相负载桥臂、D相负载桥臂、E相负载桥臂，五个所述负载桥臂的结构相同；
所述A相负载桥臂由第一负载桥臂开关管、第二负载桥臂开关管、第一负载桥臂二极管以及第二负载桥臂二极管构成，所述第一负载桥臂二极管与所述第一负载桥臂开关管并联，所述第二负载桥臂二极管与所述第二负载桥臂开关管并联，所述第一负载桥臂开关管与所述第二负载桥臂开关管之间设置有连接节点A；
所述B相负载桥臂由第三负载桥臂开关管、第四负载桥臂开关管、第三负载桥臂二极管以及第四负载桥臂二极管构成，所述第三负载桥臂二极管与所述第三负载桥臂开关管并联，所述第四负载桥臂二极管与所述第四负载桥臂开关管并联，所述第三负载桥臂开关管与所述第四负载桥臂开关管之间设置有连接节点B；
所述C相负载桥臂由第五负载桥臂开关管、第六负载桥臂开关管、第五负载桥臂二极管以及第六负载桥臂二极管构成，所述第五负载桥臂二极管与所述第五负载桥臂开关管并联，所述第六负载桥臂二极管与所述第六负载桥臂开关管并联，所述第五负载桥臂开关管与所述第六负载桥臂开关管之间设置有连接节点C；
所述D相负载桥臂由第七负载桥臂开关管、第八负载桥臂开关管、第七负载桥臂二极管以及第八负载桥臂二极管构成，所述第七负载桥臂二极管与所述第七负载桥臂开关管并联，所述第八负载桥臂二极管与所述第八负载桥臂开关管并联，所述第七负载桥臂开关管与所述第八负载桥臂开关管之间设置有连接节点D；
所述E相负载桥臂由第九负载桥臂开关管、第十负载桥臂开关管、第九负载桥臂二极管以及第十负载桥臂二极管构成，所述第九负载桥臂二极管与所述第九负载桥臂开关管并联，所述第十负载桥臂二极管与所述第十负载桥臂开关管并联，所述第九负载桥臂开关管与所述第十负载桥臂开关管之间设置有连接节点E；
所述负载桥臂故障切换电路内包括五个负载桥臂故障切换电路开关管，分别为第一负载桥臂故障切换电路开关管、第二负载桥臂故障切换电路开关管、第三负载桥臂故障切换电路开关管、第四负载桥臂故障切换电路开关管、第五负载桥臂故障切换电路开关管；
所述第一负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点A、所述第一负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第二负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点B、所述第二负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第三负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点C、所述第三负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第四负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点D、所述第四负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述第五负载桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述连接节点E、所述第五负载桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述备用桥臂的中点；
所述备用桥臂由相互间电性连接的备用桥臂上开关管以及备用桥臂下开关管构成，所述备用桥臂上开关管与所述备用桥臂下开关管二者间的连接位置为所述备用桥臂的中点，所述备用桥臂上开关管电性连接至母线电压源的正极，所述备用桥臂下开关管电性连接至母线电压源的负极；
所述公共桥臂故障切换电路包括一个公共桥臂故障切换电路开关管；所述公共桥臂故障切换电路开关管的一端电性连接至所述备用桥臂的中点，所述公共桥臂故障切换电路开关管的另一端电性连接至所述公共桥臂内、所述第一公共桥臂开关管与所述第二公共桥臂开关管之间的故障检测点。
2.根据权利要求1所述的一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，其特征在于：所述第一负载桥臂二极管、所述第三负载桥臂二极管、所述第五负载桥臂二极管、所述第七负载桥臂二极管以及所述第九负载桥臂二极管五者的阴极电性连接至母线电压源的正极；所述第一负载桥臂二极管、所述第三负载桥臂二极管、所述第五负载桥臂二极管、所述第七负载桥臂二极管以及所述第九负载桥臂二极管五者的阳极分别按序电性连接至所述第二负载桥臂二极管、所述第四负载桥臂二极管、所述第六负载桥臂二极管、所述第八负载桥臂二极管以及所述第十负载桥臂二极管五者的阴极；所述第二负载桥臂二极管、所述第四负载桥臂二极管、所述第六负载桥臂二极管、所述第八负载桥臂二极管以及所述第十负载桥臂二极管五者的阳极电性连接至母线电压源的负极。
3.根据权利要求2所述的一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，其特征在于：所述公共桥臂通过相互间并联设置的五个阻感性负载与所述五相负载桥臂电性连接，五个所述阻感性负载分别为第一阻感性负载、第二阻感性负载、第三阻感性负载、第四阻感性负载以及第五阻感性负载；
所述公共桥臂通过所述第一阻感性负载电性连接至所述连接节点A，所述公共桥臂通过所述第二阻感性负载电性连接至所述连接节点B，所述公共桥臂通过所述第三阻感性负载电性连接至所述连接节点C，所述公共桥臂通过所述第四阻感性负载电性连接至所述连接节点D，所述公共桥臂通过所述第五阻感性负载电性连接至所述连接节点E。
4.根据权利要求3所述的一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路，其特征在于：在所述备用桥臂上开关管与所述备用桥臂下开关管二者的工作状态下，二者不能同时导通。
CN202010742732.3A 2020-07-29 2020-07-29 一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路 Active CN111894979B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010742732.3A CN111894979B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010742732.3A CN111894979B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111894979A CN111894979A (zh) 2020-11-06
CN111894979B true CN111894979B (zh) 2022-07-26

Family

ID=73182412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010742732.3A Active CN111894979B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111894979B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112727923B (zh) * 2020-12-30 2021-12-03 华中科技大学 磁轴承串联绕组控制器的开关断路故障容错系统及方法
CN114263677B (zh) * 2021-12-27 2022-12-02 华中科技大学 一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6856096B1 (en) * 2003-09-29 2005-02-15 Osram Sylvania, Inc. Ballast with load-adaptable fault detection circuit
CN105897071A (zh) * 2016-05-23 2016-08-24 南京航空航天大学 双凸极电机容错型变换器驱动系统及其控制方法
CN106787977A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 中国矿业大学 一种带容错运行的同步电机转子励磁电路

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0407628B1 (de) * 1989-07-10 1993-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Einrichtung zur Elimination des Einflusses von periodischen Störgrössen mit bekannter, veränderlicher Frequenz
JP2003047260A (ja) * 2001-05-22 2003-02-14 Aisin Seiki Co Ltd インダクタンス負荷駆動用ブリッジ回路の駆動方法
KR100542793B1 (ko) * 2002-05-08 2006-01-20 (주)펄서스 테크놀러지 디지털 오디오 증폭기의 복조장치
CN100459404C (zh) * 2005-06-01 2009-02-04 南京航空航天大学 多路输出的磁轴承开关功率放大器的控制方法
JP2009014152A (ja) * 2007-07-06 2009-01-22 Sony Corp 軸受ユニット、軸受ユニットを有するモータ及び電子機器
CN101510098A (zh) * 2009-03-17 2009-08-19 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 混合磁路磁悬浮轴承集成控制器
CN101931371B (zh) * 2010-08-06 2013-07-03 中国人民解放军国防科学技术大学 磁悬浮轴承控制功放一体化系统
CN109039132B (zh) * 2018-07-23 2020-08-14 南京邮电大学 一种具有容错特性的七桥臂五相输出的开关功放电路
CN110332234B (zh) * 2019-06-06 2020-08-04 清华大学 磁轴承开关功率放大器的控制方法及应用系统
CN110518888B (zh) * 2019-09-10 2023-04-28 东北大学 一种用于磁悬浮电机的开关功率放大器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6856096B1 (en) * 2003-09-29 2005-02-15 Osram Sylvania, Inc. Ballast with load-adaptable fault detection circuit
CN105897071A (zh) * 2016-05-23 2016-08-24 南京航空航天大学 双凸极电机容错型变换器驱动系统及其控制方法
CN106787977A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 中国矿业大学 一种带容错运行的同步电机转子励磁电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN111894979A (zh) 2020-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111894979B (zh) 一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路
CN104682351B (zh) 基于数学构造调制的矩阵变换器开路故障容错控制方法
CN105548792A (zh) 基于预测控制的矩阵变换器开关开路故障诊断方法
CN112727923B (zh) 磁轴承串联绕组控制器的开关断路故障容错系统及方法
CN109039132B (zh) 一种具有容错特性的七桥臂五相输出的开关功放电路
CN101447591A (zh) 一种易于维护的液流电池储能系统
CN113107975B (zh) 用于磁轴承的绕组控制器断路故障定位、容错方法和系统
CN110943640B (zh) 一种t型逆变器fc桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构
CN112901658B (zh) 一种用于磁悬浮轴承的开关断路故障容错控制系统
CN105811853A (zh) 一种可嵌入式变频调速系统功率变换器故障容错控制方法
CN107478957B (zh) 用于直流输电故障电流试验的全桥模块拓扑及试验方法
CN109444739B (zh) 一种开关磁阻电机系统功率变换器的可靠性评估方法
CN112815008B (zh) 一种磁悬浮两自由度径向轴承四相全桥拓扑电路
CN110401413A (zh) 一种基于电压传感器配置的光伏阵列故障检测方法
CN115085523A (zh) 一种具有短路容错功能的多桥臂开关功放电路
CN201303030Y (zh) 一种易于维护的液流电池储能系统
CN116950994A (zh) 具备容错能力的磁悬浮轴承控制电路、控制方法及控制器
CN207869010U (zh) 一种t型逆变器及光伏并网系统
CN208955672U (zh) 一种多冗余型的光伏并网发电系统
CN116498651A (zh) 一种用于磁悬浮轴承的开关短路容错控制方法及系统
CN211930327U (zh) 一种基于三相六开关容错逆变器的ups系统
CN107994798A (zh) 一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法
CN204809953U (zh) 多输入电压的轨道车辆充电机系统
CN114263677B (zh) 一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法及系统
CN220066891U (zh) 一种具有旁路功能的高压级联型无功补偿装置及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant