1 导言
磁悬浮技能因为其无触摸的特色，避免了物体之间的冲突和磨损，能延伸设备的使用寿命，改进设备的运转条件，因而在交通、冶金、机械、电器、资料等各个方面有着宽广的使用远景。功率扩大器作为磁悬浮操控体系的重要组成部分，其效果是操控电磁铁中电流发生电磁力。其功能好坏对磁悬浮操控体系有着明显的影响。
用于磁悬浮操控体系的功率扩大器主要有线性功率扩大器和开关型功率扩大器，前者是指功率器材作业在扩大区的功率扩大器，其长处是低噪音、结构简略、易于调试、对给定信号跟从特性好，但功率耗费大，功率不高，发热大;后者的功率器材只作业在饱满区和截止区，即只要开、断两种状况，经过操控器调理PWM信号的占空比然后调理流过线圈的电流巨细。因为功率器材上只要开关丢失以及传导丢失，因而开关功放的功率很高，但因为绕组两头电压在若干电压等级之间切换，会导致电流波形失真。
本文介绍的新式混合功率扩大器则调集了线性功放以及开关型功放的长处，功率高、速度快、电流脉动小、体系运转安稳。
2 新式混合功率大器的原理
本文介绍的新式混合功率扩大器的原理如图1所示：
图1 新式混合功率扩大器的原理
为了下降功率扩大器的损耗，使用电压环使晶体管电压安稳。先检测出晶体管集电极电压，使之与给定电压做比较，得到的误差信号经过操控器，经过某种操控战略，发生操控信号，之后经PWM环节得到必定占空比的脉冲信号，改动电源电压U，使其在动态时进步功率扩大器的电源电压，进步动态呼应;在稳态时下降功率扩大器的电源电压，下降扩大器本身损耗。电流环则起到操控线圈电流的效果。给定值来自方位传感器，与反应电流比较后，发生的误差信号被送入操控器，得到晶体管的操控信号，然后操控线圈电流，然后操控电磁铁的电磁力。
当体系处于稳态时，线圈中电流改变小，可疏忽电感电压，此刻电源电压为：
U = iRl+ uT
其间i为线圈电流，Rl为线圈电阻，uT为功率管电压。
当体系处于动态时，方位传感器检测到方位的改变而引起i r的改变，经过与 if比较，然后使晶体管电压uT改变，然后使线圈中的电流跟从给定值改变。而的改变将经过电压环调理功率扩大器电源电压，使其坚持稳定。此刻的电源电压为：
U = iRi+ uT+ Ldi/dt
这种混合型功率扩大器选用斩波器操控线性扩大器电源电压，而扩大器的主体选用线性功放，既保留了线性功放噪声低、安稳性好的长处，又克服了其损耗大的缺乏，将改进整个磁悬浮操控体系的功能。
3 操控电路拓扑
磁悬浮轴承上使用的绕组操控电路拓扑结构主要以桥式电路为主，而桥式电路又分为半桥式电路和全桥式电路。半桥式电路原理如图2所示。
图2 半桥式电路原理
图3 全桥式电路原理
图4 根据Multisim的混合功率扩大器仿真电路
图5 混合功率扩大器的阶跃呼应
图6 混合功率扩大器盯梢特性仿真波形
功率管VT1、VT2一起导通，电路处于充电状况，线圈两头电压为+U，电流增大;VT1、VT2一通一断，则电路处于续流状况;VT1、VT2一起关断，电流经过VD1、VD2回馈电源。
由电路的运转状况可知，半桥式操控电路中，经过线圈的电流是单向的，这显然是不适合使用于磁悬浮操控体系的。全桥式电路原理如图3所示。
T1、T2、T3、T4分别为四个功率管，其间T1、T3作业在开关状况，T2、T4作业在扩大状况。T2、T3导通，T1、T4截止时，电流正向流过线圈，电流巨细经过T2操控;当T1、T4导通，T2、T3截止时，电流逆向流过线圈，电流巨细经过T4操控。
四个功率管截止时，电流经过二极管进行续流。由电路的运转状况可知，全桥式电路可以完成电流的双向活动，满意磁悬浮操控体系的要求。因而挑选全桥式电路拓扑结构。
4 混合功率扩大器的功能剖析
体系的Multisim仿真电路如图4所示，L2、C1、D1、V2构成了BUCK变换器，电压环操控选用了滞环操控。V2为电流传感器，XSC1为示波器，A5、A6、A8则构成了PID调理器。功率管集电极反应电压输入电压滞回模块，操控模仿开关开断，调理占空比，然后到达操控电源电压的意图。直流电源VCC、二极管D4是为了处理BUCK电路占空比低所引起的电压波形变差的问题。当电源电压低于8V，由8V直流电源直接供电。
当给定信号为阶跃信号时，混合功率扩大器的仿真如图5所示。其间图(a)、(b)分别为电源电压在300V与400V时的阶跃呼应，由图可以明晰地看出，电流的盯梢速度与扩大器的电源电压有着亲近的联系，电压越高，呼应速度越快。
因为杂乱的电流波形可以经过不同频率的正弦波叠加而成，因而，将给定的电流信号设定为正弦信号，频率值为1500Hz，电源电压设为300V。体系的仿真波形如图6所示。A曲线为给定值曲线，B曲线为电流传感器测得的实践值曲线，由此可知，实践电流值很好地跟从了给定电流的改变。
结束语
对新式混合功率扩大器的原理、拓扑进行了介绍，并经过Multisim仿真，对其特性进行了剖析。结果表明，新式混合功率扩大器功率高、呼应速度快，可以满意磁悬浮操控体系的要求。
