文档介绍：电磁轴承 PWM 驱动器研究
(工程技术学院,2000 级自动化殷文科)
(学号:2000112004)

摘要:本文介绍了电磁轴承的驱动原理及对功率驱动电路的要求,分析了所用的
PWM 驱动电路的输出电压波形,并给出实际应用电路以及实验结果。电磁轴承中的功率放大
器可以看成是一个电流跟踪系统, 其性能的好坏对电磁轴承的性能有着重要影响。
关键字:电磁轴承;脉冲宽度调制;开关功放
教师点评:该论文是国家自然科学基金资助工作的一部分内容。作者分析了磁悬浮轴承
系统驱动器的要求,设计了实际的开关功放电路并进行了实验,结果表明设计正确,具有应
用价值。是一篇高质量的毕业论文。(点评教师:曹广忠,教授)

1. 前言
在电磁轴承系统中, 功率放大器(简称功放) 的作用是向电磁铁线圈提供相应的电流以
产生所需要的电磁力。功放在电磁轴承系统中具有重要的作用。首先,功放作为电磁轴承系
统的一部分其传递函数对系统的状态方程结构和阶数有影响。第二, 功放作为系统控制的执
行环节, 能量消耗最大, 如何降低功放的能耗, 提高能量转换效率是功放设计的最主要目的
之一。第三, 电磁轴承自身所具有的特殊性使功放设计不同于一般的功放, 这使功放设计增
加了难度和多样性。
由于电磁轴承的特殊性, 一般商品化的功放产品不能满足使用要求, 多数应专门设计。
采用线性功放还是采用开关功放要视具体应用和要求而定, 一般小功率、精度控制采用线性
功放较好;大功率场合一般采用开关功放。开关功放最大的优点是效率高, 缺点是干扰大、
精度相对较差。当功放的耗散功率大于600W 时, 功放的效率、散热及空间尺寸限制等都不
容忽视, 以采用开关功放为好。
2. 全桥PWM功放的设计
实际采用的电路由主控回路,隔离驱动电路和电流反馈回路组成。电路框图如图 1。

图 1
1

开关功放的控制回路的功能就是把控制器的控制信号变成与之对应的占空比的驱动
脉冲,从而来控制功率晶体管的导通时间,也就是控制输出的电压。控制回路的主要器件就
是脉冲宽度调制芯片。实验中采用了美国德州仪器公司设计的电压驱动型脉宽调制控制集成
芯片 TL494。
控制回路的实际电路如图 2:

图 2 图 3

另外,从电磁轴承控制器输入的控制信号要经过处理再送到 TL494 芯片,来自霍尔电
路传感器的电流反馈信号也要经过出来回到 TL494,如图 3 是信号处理电路环节。

(1)主回路和控制回路的隔离
功率放大器往往与市电网连接,电压高;但是输出回路和控制回路多由低电压电子元
器件组成。为了人身和低压电子元器件的安全,功率主回路与输出回路应该电气隔离,即两
者不共地。用变压器隔离驱动,结构简单,制作方便,但是波形相对光耦隔离驱动较差,在
实验中我们将采用光耦隔离驱动。
在实际电路中采用了日本富士公司设计生产的 IGBT 专用驱动器 EXB841,它在应用中
有很多优点。
(2)反馈电路和主回路的隔离
功放的反馈一般由电压负反馈和电流负反馈两种。电压负反馈可以通过与负载电阻分压
得到,较难实现隔离;电流负反馈可以通过与负载串联一个采样电阻获得,但