功率放大器的控制装置、方法和电机与流程

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种功率放大器的控制装置、方法和电机，尤其涉及一种磁悬浮轴承开关功率放大器的控制装置、方法和电机。

背景技术：

在磁悬浮轴承控制器系统中，半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比固定，但固定占空比难以确定。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种功率放大器的控制装置、方法和电机，以解决半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的固定占空比难以确定的问题，达到能够方便确定半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比的效果。

本发明提供一种功率放大器的控制装置，包括：获取单元、控制单元和隔离驱动单元；其中，所述获取单元，被配置为获取所述功率放大器的输出电流参数；所述功率放大器，包括：半桥式三桥臂功率放大器；所述控制单元，被配置为根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态；根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数；以及，根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号；所述隔离驱动单元，被配置为基于所述驱动信号，控制所述功率开关组中功率开关的开通或关断。

在一些实施方式中，所述输出电流参数，包括：所述半桥式三桥臂功率放大器中第一线圈的第一输出电流参数，以及所述半桥式三桥臂功率放大器中第二线圈的第二输出电流参数；所述给定电流参数，包括：第一给定电流参数和第二给定电流参数；所述控制单元根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态，包括：若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均大于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于充电状态；若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于放电状态；若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值中的一个差值大于零、且另一个差值小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈中的一个线圈处于充电状态、且另一个线圈处于放电状态。

在一些实施方式中，所述控制单元根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数，包括：在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于充电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时导通的时间为第一线圈需要的第一充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时导通的时间为第二线圈需要的第二充电时间；其中，若所述第一充电时间大于一个开关周期，则确定所述第一充电时间为一个开关周期；若所述第二充电时间大于一个开关周期，则确定所述第二充电时间为一个开关周期；若所述第一充电时间小于一个开关周期，所述第二充电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态；在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为第一线圈需要的第一放电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为第二线圈需要的第二放电时间；其中，若所述第一放电时间大于一个开关周期，则确定所述第一放电时间为一个开关周期；若所述第二放电时间大于一个开关周期，则确定所述第二放电时间为一个开关周期；若所述第一放电时间小于一个开关周期，所述第二放电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态；在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈中一个线圈处于充电状态、另一个线圈处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为处于充电状态的一个线圈需要的第三充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为处于放电状态的一个线圈需要的第三放电时间；其中，若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间大于一个开关周期，则确定所述第三充电时间为所述充电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积，并确定所述第三放电时间为所述放电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积；若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

在一些实施方式中，所述控制单元根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号，包括：根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的导通时间和关断时间，以及所述第一线圈和所述第二线圈在一个开关周期内同时处于续流状态的时间，确定不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间；根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间，生成不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的pwm信号，作为不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的驱动信号。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电机，包括：以上所述的电机的功率放大器的控制装置。

与上述电机相匹配，本发明再一方面提供一种电机的功率放大器的控制方法，包括：获取所述功率放大器的输出电流参数；所述功率放大器，包括：半桥式三桥臂功率放大器；根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态；根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数；以及，根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号；基于所述驱动信号，控制所述功率开关组中功率开关的开通或关断。

在一些实施方式中，所述输出电流参数，包括：所述半桥式三桥臂功率放大器中第一线圈的第一输出电流参数，以及所述半桥式三桥臂功率放大器中第二线圈的第二输出电流参数；所述给定电流参数，包括：第一给定电流参数和第二给定电流参数；所述根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态，包括：若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均大于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于充电状态；若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于放电状态；若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值中的一个差值大于零、且另一个差值小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈中的一个线圈处于充电状态、且另一个线圈处于放电状态。

在一些实施方式中，所述根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数，包括：在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于充电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时导通的时间为第一线圈需要的第一充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时导通的时间为第二线圈需要的第二充电时间；其中，若所述第一充电时间大于一个开关周期，则确定所述第一充电时间为一个开关周期；若所述第二充电时间大于一个开关周期，则确定所述第二充电时间为一个开关周期；若所述第一充电时间小于一个开关周期，所述第二充电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态；在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为第一线圈需要的第一放电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为第二线圈需要的第二放电时间；其中，若所述第一放电时间大于一个开关周期，则确定所述第一放电时间为一个开关周期；若所述第二放电时间大于一个开关周期，则确定所述第二放电时间为一个开关周期；若所述第一放电时间小于一个开关周期，所述第二放电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态；在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈中一个线圈处于充电状态、另一个线圈处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为处于充电状态的一个线圈需要的第三充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为处于放电状态的一个线圈需要的第三放电时间；其中，若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间大于一个开关周期，则确定所述第三充电时间为所述充电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积，并确定所述第三放电时间为所述放电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积；若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

在一些实施方式中，所述根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号，包括：根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的导通时间和关断时间，以及所述第一线圈和所述第二线圈在一个开关周期内同时处于续流状态的时间，确定不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间；根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间，生成不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的pwm信号，作为不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的驱动信号。

由此，本发明的方案，通过使半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比由给定电流实时计算得到，解决半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的固定占空比难以确定的问题，达到能够方便确定半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的功率放大器的控制装置的一实施例的结构示意图；

图2为半桥式三桥臂功率放大器控制系统的结构示意图；

图3为半桥式三桥臂功率放大器控制系统的工作流程示意图；

图4为两路线圈均处于充电状态时协调配置下的开关管驱动信号和电流波形示意图；

图5为一路线圈处于充电状态另一路线圈处于放电状态时协调配置下的开关管驱动信号和电流波形示意图；

图6为本发明的功率放大器的控制方法的一实施例的流程示意图；

图7为本发明的方法中根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种功率放大器的控制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该功率放大器的控制装置可以应用在半桥式三桥臂功率放大器主电路中功率放大器的驱动控制方面，半桥式三桥臂功率放大器主电路，能够包括：第一功率开关如第一开关管(如带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbt)q1、第二功率开关如第二开关管(如带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbt)q2和第三功率开关如第三开关管(如带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbt)q3，以及，设置在第一功率开关的射极与第二功率开关的源极之间的第一线圈具体是第一电磁线圈，设置在第二功率开关的源极与第三功率开关的射极之间的第二线圈具体是第二电磁线圈。例如：功率放大器主电路中，带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbtq1、q2、q3为功率开关，d1、d2、d3为二极管，负载为第一电磁线圈和第二电磁线圈，其中l1、l2分别为第一电磁线圈和第二电磁线圈的电感值，r1、r2分别为第一电磁线圈和第二电磁线圈的等效电阻。半桥式三桥臂功率放大器主电路中功率放大器的驱动控制装置，能够包括：获取单元、控制单元和隔离驱动单元。

具体地，所述获取单元，能够被配置为获取所述功率放大器的输出电流参数，具体是两路电流幅值数字信号。所述功率放大器，包括：半桥式三桥臂功率放大器。

具体地，通过电流采样调理电路，采样半桥式三桥臂功率放大器的两路输出电流信号，并通过a/d采样模块经a/d转换得到两路电流幅值数字信号。

例如：电流采样调理电路，采样两路输出电流信号i1、i2，并将电流信号i1、i2转换为ad采样模块能接收的电流模拟信号。ad采样模块，将电流模拟信号通过模数转换变成mcu能接收的电流幅值数字信号。

具体地，所述控制单元，能够被配置为根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态；根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数；以及，根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号。其中，在磁悬浮电机控制中，给定电流参数，一般由电机转子的位移信号经过一定的算法(比如pid控制)计算得到。

例如：mcu，将接收到的电流幅值数字信号进行还原，根据输出电流幅值和电流给定值计算充放电时间，对充放电时间进行协调配置，得到控制功率开关的pwm波。

其中，所述半桥式三桥臂功率放大器中包括第一线圈和第二线圈。所述输出电流参数，能够包括：所述半桥式三桥臂功率放大器中第一线圈的第一输出电流参数，以及所述半桥式三桥臂功率放大器中第二线圈的第二输出电流参数。所述给定电流参数，能够包括：第一给定电流参数和第二给定电流参数。

在一些实施方式中，所述控制单元根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态，能够包括以下任一种线圈状态确定情况：

第一种线圈状态确定情况：所述控制单元，具体还能够被配置为若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均大于零，即若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值大于零、且所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值大于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于充电状态。

第二种线圈状态确定情况：所述控制单元，具体还能够被配置为若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均小于零，即若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值小于零、且所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于放电状态。

第三种线圈状态确定情况：所述控制单元，具体还能够被配置为若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值中的一个差值大于零、且另一个差值小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈中的一个线圈处于充电状态、且另一个线圈处于放电状态。具体是差值大于零的线圈处于充电状态，差值小于零的线圈处于放电状态。

例如：将两路线圈的电流信号i1、i2经过采样相关电路(如ad采样模块)处理后送入mcu中，和给定电流信号i1^*、i2^*进行比较，即计算i1^*-i1和i2^*-i2，来判断线圈需要通过什么状态来达到给定电流。功率放大器运行时线圈有充电、放电和续流三种状态：若i1^*-i1>0，i2^*-i2>0，则两路线圈均处于充电状态；若i1^*-i1<0，i2^*-i2<0，则两路线圈均处于放电状态；若i1^*-i1<0，i2^*-i2>0(或i1^*-i1>0，i2^*-i2<0)，则一路线圈处于充电状态另一路线圈处于放电状态。

由此，通过根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态，进而可以使半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比由给定电流实时计算得到，使得半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比能够精确确定。

在一些实施方式中，所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组，包括：第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关。所述控制单元根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数，能够包括以下任一种开关参数确定情况：

第一种开关参数确定情况：所述控制单元，具体还能够被配置为在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于充电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时导通的时间为第一线圈需要的第一充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时导通的时间为第二线圈需要的第二充电时间。

其中，若所述第一充电时间大于一个开关周期，则确定所述第一充电时间为一个开关周期；若所述第二充电时间大于一个开关周期，则确定所述第二充电时间为一个开关周期；若所述第一充电时间小于一个开关周期，所述第二充电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

例如：第一电磁线圈和第二电磁线圈都处于充电状态。mcu计算出第一电磁线圈需要的充电状态时间tr1和第二电磁线圈需要的充电状态时间tr2。若tr1>t，那么tr1＝t；若tr2>t，那么tr2＝t。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时导通时间为tr1，开关管s2、s3同时导通时间为tr2，剩余时间两路线圈都保持在续流状态。

第二种开关参数确定情况：所述控制单元，具体还能够被配置为在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为第一线圈需要的第一放电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为第二线圈需要的第二放电时间。

其中，若所述第一放电时间大于一个开关周期，则确定所述第一放电时间为一个开关周期；若所述第二放电时间大于一个开关周期，则确定所述第二放电时间为一个开关周期；若所述第一放电时间小于一个开关周期，所述第二放电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

例如：第一电磁线圈和第二电磁线圈都处于放电状态。mcu计算出第一电磁线圈需要的放电状态时间td1和第二电磁线圈需要的放电状态时间td2。若td1>t，那么td1＝t；若td2>t，那么td2＝t。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时关断的时间为td1，开关管s2、s3同时关断的时间为td2，剩余时间两路线圈保持在续流状态。

第三种开关参数确定情况：所述控制单元，具体还能够被配置为在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈中一个线圈处于充电状态、另一个线圈处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为处于充电状态的一个线圈需要的第三充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为处于放电状态的一个线圈需要的第三放电时间。

其中，若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间大于一个开关周期，则确定所述第三充电时间为所述充电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积，并确定所述第三放电时间为所述放电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积；若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

例如：一路线圈处于充电状态，一路线圈处于放电状态。mcu计算出第一电磁线圈(或第二电磁线圈)需要的充电状态时间为tr，第二电磁线圈(或第一电磁线圈)需要的放电状态时间为td。若tr+td>＝t，那么tr＝t×tr/(tr+td)，td＝t×td/(tr+td)。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时导通的时间为tr，开关管s2、s3同时关断的时间为td(或开关管s2、s3同时导通的时间为tr，开关管s1、s2同时关断的时间为td)，剩余时间两路线圈保持在续流状态。

由此，通过对线圈的充放电时间进行协调配置，和固定占空比控制技术相比，可以使输出电流在更短的时间内跟踪上给定电流，提升了半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度。

在一些实施方式中，所述控制单元根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号，能够包括：

所述控制单元，具体还能够被配置为根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的导通时间和关断时间，以及所述第一线圈和所述第二线圈在一个开关周期内同时处于续流状态的时间，确定不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间。

所述控制单元，具体还能够被配置为根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间，生成不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的pwm信号，作为不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的驱动信号。

具体地，所述控制单元根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号，能够包括以下任一种驱动信号生成情况：

第一种驱动信号生成情况：所述控制单元，具体还能够被配置为假设高电平pwm信号触发功率开关导通，在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于充电状态的情况下，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-trmax，trmax＝max(tr1,tr2)。采用这种控制方法，两路线圈的充电时间范围为0-t，输出电流可在最少个开关周期内上升至给定电流。

第二种驱动信号生成情况：所述控制单元，具体还能够被配置为假设高电平pwm信号触发功率开关导通，在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于放电状态的情况下，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-tdmax，tdmax＝max(td1,td2)。采用这种控制方法，两路线圈的放电时间范围为0-t，输出电流可在最少个控制周期内下降至给定电流。

第三种驱动信号生成情况：所述控制单元，具体还能够被配置为假设高电平pwm信号触发功率开关导通，在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈中一个线圈处于充电状态、另一个线圈处于放电状态的情况下，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-td-tr。采用这种控制方法，当tr+td<t时，两路线圈电流都能在一个开关周期t内跟踪上给定电流，当tr+td＝t时，经过第二步的折中处理后可以避免max(tr,td)对应线圈的电流响应时间太慢。

由此，通过使mcu对三个功率开关的顺序和时间进行协调配置，协调配置后得到功率开关组的pwm信号，将pwm信号经过隔离驱动电路后送至功率开关来控制开关的导通和关断，使电磁线圈工作在控制所需的状态。协调配置后pwm信号是对称的，每次开关状态切换时只有一个开关状态发生变化，降低了开关损耗。

具体地，所述隔离驱动单元，能够被配置为基于所述驱动信号，控制所述功率开关组中功率开关的开通或关断。

例如：隔离驱动电路，将mcu输出的pwm信号生成驱动信号s1、s2、s3来控制相应功率开关的导通和关断。驱动信号s1用于控制功率开关q1，驱动信号s2用于控制功率开关q2，驱动信号s3用于控制功率开关q3。

由此，通过对功率放大器的公共桥臂开关管在每一个控制周期里的导通时间，根据负载状态和充放电时间实时调整，使得两路输出电流能够迅速跟随给定电流，通过使半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比由给定电流确定，使得半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比能够精确确定，还可以提升半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度的效果。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比由给定电流确定，可以方便确定半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比。

根据本发明的实施例，还提供了对应于功率放大器的控制装置的一种电机。该电机可以能够包括：以上所述的电机的功率放大器的控制装置。

在磁悬浮轴承控制系统中，开关功率放大器向电磁铁线圈提供所需要的电流，从而产生作用于转子上的电磁力使转子能够稳定悬浮，它是控制系统中能量转换的关键部分。为了降低成本、精简结构，一种半桥式三桥臂功率放大器被应用于主动式磁悬浮轴承控制系统中，与半桥式拓扑相比降低了1/4的功率器件的使用数量，减小了轴承控制器的体积，提高了集成度和功率密度。

对半桥式三桥臂功率放大器而言，当其中一相的负载电流增加(或减小)时，另一相负载电流不能减小(或增加)，两相负载电流变化存在着互相制约的情况。一些方案中的控制方法，通常将公共桥臂的占空比设定为固定值，从而实现了两路输出电流的解耦。而在磁悬浮控制系统中，负载电流是实时变化并且没有规律的，固定占空比往往难以确定，并且公共桥臂的占空比一旦固定后，在所有控制周期里线圈的最大充电时间和最大放电时间为一固定值，无法使功放在不同的负载电流变化情况下都有最快的响应速度。

在一些实施方式中，本发明的方案，提供一种磁悬浮轴承开关功率放大器的控制方案，使半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比由给定电流实时计算得到，解决了固定占空比控制技术中占空比难以确定的问题，使得半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比能够精确确定。

具体地，在本发明的方案中，功率放大器的公共桥臂开关管在每一个控制周期里的导通时间，根据负载状态和充放电时间实时调整，使得两路输出电流能够迅速跟随给定电流，可以解决半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比固定，影响了在不同的负载电流变化情况下的响应速度的问题，达到通过使半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比由给定电流确定，以提升半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度的效果。通过对线圈的充放电时间进行协调配置，和固定占空比控制技术相比，可以使输出电流在更短的时间内跟踪上给定电流，提升了半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度。

在一些具体实施方式中，可以参见图2至图5所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。

图2为半桥式三桥臂功率放大器控制系统的结构示意图。如图2所示，半桥式三桥臂功率放大器控制系统，主要由电流采样调理电路、ad采样模块、mcu、隔离驱动电路和半桥式三桥臂功率放大器主电路组成。

其中，电流采样调理电路，采样两路输出电流信号i1、i2，并将电流信号i1、i2转换为ad采样模块能接收的电流模拟信号。

ad采样模块，将电流模拟信号通过模数转换变成mcu能接收的电流幅值数字信号。

mcu，将接收到的电流幅值数字信号进行还原，根据输出电流幅值和电流给定值计算充放电时间，对充放电时间进行协调配置，得到控制功率开关的pwm波。

隔离驱动电路，将mcu输出的pwm信号生成驱动信号s1、s2、s3来控制相应功率开关的导通和关断。

功率放大器主电路中，带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbtq1、q2、q3为功率开关，d1、d2、d3为二极管，负载为第一电磁线圈和第二电磁线圈，其中l1、l2分别为第一电磁线圈和第二电磁线圈的电感值，r1、r2分别为第一电磁线圈和第二电磁线圈的等效电阻。其中，驱动信号s1用于控制功率开关q1，驱动信号s2用于控制功率开关q2，驱动信号s3用于控制功率开关q3。

图3为半桥式三桥臂功率放大器控制系统的工作流程示意图。如图3所示，半桥式三桥臂功率放大器控制系统的工作流程，主要包括如下步骤：

步骤1、将两路线圈的电流信号i1、i2经过采样相关电路(如ad采样模块)处理后送入mcu中，和给定电流信号i1^*、i2^*进行比较，即计算i1^*-i1和i2^*-i2，来判断线圈需要通过什么状态来达到给定电流。

步骤2、判断线圈状态。功率放大器运行时线圈有充电、放电和续流三种状态，将两路线圈分为三种情况：若i1^*-i1>0，i2^*-i2>0，则执行情况一，即两路线圈均处于充电状态；若i1^*-i1<0，i2^*-i2<0，执行情况二，即两路线圈均处于放电状态；若i1^*-i1<0，i2^*-i2>0(或i1^*-i1>0，i2^*-i2<0)，执行情况三，即一路线圈处于充电状态另一路线圈处于放电状态。

情况一：第一电磁线圈和第二电磁线圈都处于充电状态。mcu计算出第一电磁线圈需要的充电状态时间tr1和第二电磁线圈需要的充电状态时间tr2。若tr1>t，那么tr1＝t；若tr2>t，那么tr2＝t。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时导通时间为tr1，开关管s2、s3同时导通时间为tr2，剩余时间两路线圈都保持在续流状态。跳转执行步骤3。

情况二：第一电磁线圈和第二电磁线圈都处于放电状态。mcu计算出第一电磁线圈需要的放电状态时间td1和第二电磁线圈需要的放电状态时间td2。若td1>t，那么td1＝t；若td2>t，那么td2＝t。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时关断的时间为td1，开关管s2、s3同时关断的时间为td2，剩余时间两路线圈保持在续流状态。跳转执行步骤3。

情况三：一路线圈处于充电状态，一路线圈处于放电状态。mcu计算出第一电磁线圈(或第二电磁线圈)需要的充电状态时间为tr，第二电磁线圈(或第一电磁线圈)需要的放电状态时间为td。若tr+td>＝t，那么tr＝t×tr/(tr+td)，td＝t×td/(tr+td)。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时导通的时间为tr，开关管s2、s3同时关断的时间为td(或开关管s2、s3同时导通的时间为tr，开关管s1、s2同时关断的时间为td)，剩余时间两路线圈保持在续流状态。跳转执行步骤3。

步骤3：mcu对三个功率开关的顺序和时间进行协调配置。协调配置时，一般将续流状态放在控制周期的开始、中间和结束，其他时间内需要保证每次开关状态切换时只有一个开关状态发生变化，这样可以降低开关损耗和谐波。假设高电平pwm信号触发功率开关导通，以图4为例，0-t1时间内，两个线圈都处于续流状态；t1-t2时间内，驱动信号s2从0变为1，两个线圈都处于充电状态；t2-t3时间内，驱动信号s3从1变为0，第一电磁线圈充电，第二电磁线圈续流；t3-t4时间内，驱动信号s1从1变为0，两个线圈都处于续流状态；t4-t5时间内，驱动信号s1从0变为1，第一电磁线圈充电，第二电磁线圈续流；t5-t6时间内，驱动信号s3从0变为1，两个线圈都处于充电状态；t6-t7时间内，驱动信号s2从1变为0，两个线圈处于续流状态。这样就是一个控制周期内的线圈状态。其中：

(1)对于情况一，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-trmax，trmax＝max(tr1,tr2)。采用这种控制方法，两路线圈的充电时间范围为0-t，输出电流可在最少个开关周期内上升至给定电流。以tr1>tr2为例，图4为协调配置后得到一个控制周期里功率放大器的驱动pwm信号和输出电流波形。

(2)对于情况二，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-tdmax，tdmax＝max(td1,td2)。采用这种控制方法，两路线圈的放电时间范围为0-t，输出电流可在最少个控制周期内下降至给定电流。

(3)对于情况三，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-td-tr。采用这种控制方法，当tr+td<t时，两路线圈电流都能在一个开关周期t内跟踪上给定电流，当tr+td＝t时，经过第二步的折中处理后可以避免max(tr,td)对应线圈的电流响应时间太慢。以第一电磁线圈充电，第二电磁线圈放电为例，图5为协调配置后功率放大器的驱动信号和输出电流波形。

步骤4、将pwm信号经过隔离驱动电路后送至功率开关来控制开关的导通和关断，使电磁线圈工作在控制所需的状态。

在本发明的方案中，功率管驱动信号的作用顺序和时间配置方式，除本发明列出的之外，还适用于其他任何配置方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有驱动信号配置方式，也在本发明的方案的保护范围之内。

由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比由给定电流确定，可以提升半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度。

根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的一种电机的功率放大器的控制方法，如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机的功率放大器的控制方法可以应用在半桥式三桥臂功率放大器主电路中功率放大器的驱动控制方面，半桥式三桥臂功率放大器主电路，能够包括：第一功率开关如第一开关管(如带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbt)q1、第二功率开关如第二开关管(如带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbt)q2和第三功率开关如第三开关管(如带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbt)q3，以及，设置在第一功率开关的射极与第二功率开关的源极之间的第一线圈具体是第一电磁线圈，设置在第二功率开关的源极与第三功率开关的射极之间的第二线圈具体是第二电磁线圈。例如：功率放大器主电路中，带反并联二极管的mosfet或带反并联二极管的igbtq1、q2、q3为功率开关，d1、d2、d3为二极管，负载为第一电磁线圈和第二电磁线圈，其中l1、l2分别为第一电磁线圈和第二电磁线圈的电感值，r1、r2分别为第一电磁线圈和第二电磁线圈的等效电阻。半桥式三桥臂功率放大器主电路中功率放大器的驱动控制方法，能够包括：步骤s110至步骤s130。

在步骤s110处，获取所述功率放大器的输出电流参数；所述功率放大器，包括：半桥式三桥臂功率放大器，具体是两路电流幅值数字信号。

具体地，通过电流采样调理电路，采样半桥式三桥臂功率放大器的两路输出电流信号，并通过a/d采样模块经a/d转换得到两路电流幅值数字信号。

例如：电流采样调理电路，采样两路输出电流信号i1、i2，并将电流信号i1、i2转换为ad采样模块能接收的电流模拟信号。ad采样模块，将电流模拟信号通过模数转换变成mcu能接收的电流幅值数字信号。

在步骤s120处，根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态；根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数；以及，根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号。

例如：mcu，将接收到的电流幅值数字信号进行还原，根据输出电流幅值和电流给定值计算充放电时间，对充放电时间进行协调配置，得到控制功率开关的pwm波。

其中，所述输出电流参数，能够包括：所述半桥式三桥臂功率放大器中第一线圈的第一输出电流参数，以及所述半桥式三桥臂功率放大器中第二线圈的第二输出电流参数。所述给定电流参数，能够包括：第一给定电流参数和第二给定电流参数。

在一些实施方式中，步骤s120中所述根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态，能够包括以下任一种线圈状态确定情况：

第一种线圈状态确定情况：若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均大于零，即若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值大于零、且所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值大于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于充电状态。

第二种线圈状态确定情况：若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值均小于零，即若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值小于零、且所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈均处于放电状态。

第三种线圈状态确定情况：若所述第一给定电流参数与所述第一输出电流参数的差值、以及所述第二给定电流参数与所述第二输出电流参数的差值中的一个差值大于零、且另一个差值小于零，则确定所述第一线圈和所述第二线圈中的一个线圈处于充电状态、且另一个线圈处于放电状态。

例如：将两路线圈的电流信号i1、i2经过采样相关电路(如ad采样模块)处理后送入mcu中，和给定电流信号i1^*、i2^*进行比较，即计算i1^*-i1和i2^*-i2，来判断线圈需要通过什么状态来达到给定电流。功率放大器运行时线圈有充电、放电和续流三种状态：若i1^*-i1>0，i2^*-i2>0，则两路线圈均处于充电状态；若i1^*-i1<0，i2^*-i2<0，则两路线圈均处于放电状态；若i1^*-i1<0，i2^*-i2>0(或i1^*-i1>0，i2^*-i2<0)，则一路线圈处于充电状态另一路线圈处于放电状态。

由此，通过根据所述输出电流参数和给定电流参数，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的线圈状态，进而可以使半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比由给定电流实时计算得到，使得半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比能够精确确定。

在一些实施方式中，步骤s120中所述根据所述线圈状态，确定所述半桥式三桥臂功率放大器的功率开关组中功率开关的开关参数，能够包括以下任一种开关参数确定情况：

第一种开关参数确定情况：在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于充电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时导通的时间为第一线圈需要的第一充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时导通的时间为第二线圈需要的第二充电时间。

其中，若所述第一充电时间大于一个开关周期，则确定所述第一充电时间为一个开关周期；若所述第二充电时间大于一个开关周期，则确定所述第二充电时间为一个开关周期；若所述第一充电时间小于一个开关周期，所述第二充电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

例如：第一电磁线圈和第二电磁线圈都处于充电状态。mcu计算出第一电磁线圈需要的充电状态时间tr1和第二电磁线圈需要的充电状态时间tr2。若tr1>t，那么tr1＝t；若tr2>t，那么tr2＝t。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时导通时间为tr1，开关管s2、s3同时导通时间为tr2，剩余时间两路线圈都保持在续流状态。

第二种开关参数确定情况：在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为第一线圈需要的第一放电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为第二线圈需要的第二放电时间。

其中，若所述第一放电时间大于一个开关周期，则确定所述第一放电时间为一个开关周期；若所述第二放电时间大于一个开关周期，则确定所述第二放电时间为一个开关周期；若所述第一放电时间小于一个开关周期，所述第二放电时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

例如：第一电磁线圈和第二电磁线圈都处于放电状态。mcu计算出第一电磁线圈需要的放电状态时间td1和第二电磁线圈需要的放电状态时间td2。若td1>t，那么td1＝t；若td2>t，那么td2＝t。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时关断的时间为td1，开关管s2、s3同时关断的时间为td2，剩余时间两路线圈保持在续流状态。

第三种开关参数确定情况：在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈中一个线圈处于充电状态、另一个线圈处于放电状态的情况下，在一个开关周期内，确定所述功率开关组中第一功率开关和第二功率开关同时关断的时间为处于充电状态的一个线圈需要的第三充电时间，所述功率开关组中第二功率开关和第三功率开关同时关断的时间为处于放电状态的一个线圈需要的第三放电时间。

其中，若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间大于一个开关周期，则确定所述第三充电时间为所述充电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积，并确定所述第三放电时间为所述放电时间占所述总时间的比例与一个开关周期的乘积；若所述第三充电时间与所述第三放电时间的总时间小于一个开关周期，则控制在一个开关周期的剩余时间内所述第一线圈和所述第二线圈均保持在续流状态。

例如：一路线圈处于充电状态，一路线圈处于放电状态。mcu计算出第一电磁线圈(或第二电磁线圈)需要的充电状态时间为tr，第二电磁线圈(或第一电磁线圈)需要的放电状态时间为td。若tr+td>＝t，那么tr＝t×tr/(tr+td)，td＝t×td/(tr+td)。在一个开关周期t内，开关管s1、s2同时导通的时间为tr，开关管s2、s3同时关断的时间为td(或开关管s2、s3同时导通的时间为tr，开关管s1、s2同时关断的时间为td)，剩余时间两路线圈保持在续流状态。

由此，通过对线圈的充放电时间进行协调配置，和固定占空比控制技术相比，可以使输出电流在更短的时间内跟踪上给定电流，提升了半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度。

在一些实施方式中，可以结合图7所示本发明的方法中根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s120中根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号的具体过程，能够包括：步骤s210和步骤s220。

步骤s210，根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的导通时间和关断时间，以及所述第一线圈和所述第二线圈在一个开关周期内同时处于续流状态的时间，确定不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间。

步骤s220，根据不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的开关顺序和开关时间，生成不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的pwm信号，作为不同线圈状态下所述功率开关组中第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的驱动信号。

具体地，所述控制单元根据所述开关参数生成所述功率开关组中功率开关的驱动信号，能够包括以下任一种驱动信号生成情况：

第一种驱动信号生成情况：所述控制单元，具体还能够被配置为假设高电平pwm信号触发功率开关导通，在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于充电状态的情况下，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-trmax，trmax＝max(tr1,tr2)。采用这种控制方法，两路线圈的充电时间范围为0-t，输出电流可在最少个开关周期内上升至给定电流。

第二种驱动信号生成情况：所述控制单元，具体还能够被配置为假设高电平pwm信号触发功率开关导通，在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈均处于放电状态的情况下，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-tdmax，tdmax＝max(td1,td2)。采用这种控制方法，两路线圈的放电时间范围为0-t，输出电流可在最少个控制周期内下降至给定电流。

第三种驱动信号生成情况：所述控制单元，具体还能够被配置为假设高电平pwm信号触发功率开关导通，在所述半桥式三桥臂功率放大器中的第一线圈和第二线圈中一个线圈处于充电状态、另一个线圈处于放电状态的情况下，将一个开关周期内两路线圈同时处于续流状态的时间确定为t-td-tr。采用这种控制方法，当tr+td<t时，两路线圈电流都能在一个开关周期t内跟踪上给定电流，当tr+td＝t时，经过第二步的折中处理后可以避免max(tr,td)对应线圈的电流响应时间太慢。

由此，通过使mcu对三个功率开关的顺序和时间进行协调配置，协调配置后得到功率开关组的pwm信号，将pwm信号经过隔离驱动电路后送至功率开关来控制开关的导通和关断，使电磁线圈工作在控制所需的状态。协调配置后pwm信号是对称的，每次开关状态切换时只有一个开关状态发生变化，降低了开关损耗。

在步骤s130处，基于所述驱动信号，控制所述功率开关组中功率开关的开通或关断。

例如：隔离驱动电路，将mcu输出的pwm信号生成驱动信号s1、s2、s3来控制相应功率开关的导通和关断。驱动信号s1用于控制功率开关q1，驱动信号s2用于控制功率开关q2，驱动信号s3用于控制功率开关q3。

由此，通过对功率放大器的公共桥臂开关管在每一个控制周期里的导通时间，根据负载状态和充放电时间实时调整，使得两路输出电流能够迅速跟随给定电流，通过使半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比由给定电流确定，使得半桥式三桥臂功率放大器公共桥臂的占空比能够精确确定，还可以提升半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度的效果。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电机的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过使半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比由给定电流确定，解决半桥式三桥臂功率放大器的公共桥臂的占空比固定，影响了在不同的负载电流变化情况下的响应速度的问题，可以提升半桥式三桥臂功率放大器在不同的负载电流变化情况下的响应速度。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。