一種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種地球物理探測中的電磁法探測儀器，尤其適用于各種大電流磁性 源逆變發(fā)射裝置，準(zhǔn)確的說是一種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 磁性源電磁法儀器通常采用H橋路作為發(fā)射裝置的功率變換主回路，W有限磁矩 發(fā)射線圈為場源向地下供W瞬變磁場，在地下產(chǎn)生一次電磁場，在一電磁場間歇期間觀測 感應(yīng)的二次電磁場參數(shù)。由于該法早期信號反映淺部地電特征，晚期信號反映較深部地電 斷面，運(yùn)就可W達(dá)到測深的目的。負(fù)載由發(fā)射線圈組成，則負(fù)載可W等效為電阻與電感的串 聯(lián)電路。發(fā)射機(jī)電流與探測深度成正比，因此希望發(fā)射電流越大越好，但電流過大導(dǎo)致關(guān)斷 速度慢，現(xiàn)有技術(shù)多是電感直接饋能到電源內(nèi)部，難W滿足淺層探測的需要。大電流發(fā)射必 然使得關(guān)斷延時變長，必須合理處理大電流與關(guān)斷延時的矛盾。由于IGBT具有大電流、高耐 壓、低損耗等特點，現(xiàn)在較普遍地采用IGBT器件作為功率控制器件，其硬件關(guān)斷延時在化S W內(nèi)；另一方面，在開關(guān)關(guān)斷時，負(fù)載電感中的能量釋放有一個過程，時間要比IGBT關(guān)斷時 間長得多。在發(fā)射電流為50A，電感量為2mH情況下，采用常規(guī)續(xù)流回路，電感能量的釋放時 間在2ms左右。在電流為30A~50A情況下，關(guān)斷延時長達(dá)數(shù)百微秒，例如加拿大EM-37為45化 S，國產(chǎn)ATEM-II系統(tǒng)關(guān)斷時間為50化S。在較大功率發(fā)射情況下，關(guān)斷延時主要由電感能量 的釋放時間決定。目前多采取的方式是關(guān)斷過程電感電流自由下降，直接饋能到發(fā)射電源 內(nèi)部，由于發(fā)射電流的限制，發(fā)射電源的電壓不能夠隨意調(diào)節(jié)，同時電源電壓有限。導(dǎo)致此 方法電感電流下降慢，不滿足淺層探測的要求。另外一種常用的方法是通過外部電路與電 感搭配實現(xiàn)臨界阻尼，使得電感電流快速衰減，此方法雖然能提高電感電流下降速度，但整 個系統(tǒng)效率太低，發(fā)熱嚴(yán)重，僅僅適用與小功率應(yīng)用。因此運(yùn)兩種方法都不適用與大功率的 電磁發(fā)射電路應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有的電磁發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射電流平頂段多是用e指數(shù)代替或是用低壓大電流電源供 給，前者電流斜率不為0,會對下降沿產(chǎn)生的信號造成干擾，后者低壓大電流電源體積大，效 率低，制作難度大。尤其在野外試驗過程中運(yùn)輸維護(hù)困難，運(yùn)兩種方法都不適用大電流發(fā)射 的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)平頂段斜率為0， 下降段電流快速下降的一種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置；
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置的控制 方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置，是由發(fā)電機(jī)經(jīng)整流橋、DC/DC和發(fā) 射橋路與發(fā)射線圈連接，快速關(guān)斷控制器一端經(jīng)饋能電感和DC/DC與控制及其保護(hù)電路連 接，快速關(guān)斷控制器另一端經(jīng)高壓錯位電容和發(fā)射橋路與發(fā)射及平頂維持控制器連接，快 速關(guān)斷控制器經(jīng)開關(guān)管分別連接饋能電感和壓錯位電容構(gòu)成。
[000引發(fā)射橋路是由屯個IGBT: Si、S2、S3、S4、S日、Ss、S7，二個續(xù)流二極管:Di、02，二個電容 組:Cl、〔2,一個限流電感L2,一個發(fā)射線圈b，一個電流傳感器M，S個電壓比較器Al、A2、As， 兩個分壓電阻R3、R4組成；
[0009] Si與S2串聯(lián)，S3與S4串聯(lián)，兩個串聯(lián)電路再并聯(lián)組成發(fā)射橋路，Ss與電源和發(fā)射橋路 的上橋臂輸入串聯(lián)，Di經(jīng)S7與Cl串聯(lián)后再與發(fā)射橋路并聯(lián)，R3、R4先串聯(lián)再與Cl并聯(lián)，L2與Ss串 聯(lián)后與Ss、Di、S7并聯(lián)，〇2接于電源E負(fù)端和L2與Ss之間，M巧慢流過Ss的電流，M輸出接于Al的反 相輸入端和A2的同相輸入端，Al、A2的另外一端分別接Refi和Ref 2, A3的一個輸入連接至化、R4 中點，另一個輸入接參考電壓Ref3 ,Al、A2和A3的輸出作為Ui輸入，Ui輸出作為Ss驅(qū)動信號，在 Si與S2的連接處A與S3和S4的連接處的B作為發(fā)射電路的輸出與發(fā)射線圈連接構(gòu)成。
[0010] C2即是直流電源E內(nèi)部的輸出電容，也是與外部并聯(lián)的儲能電容。
[0011] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置的控制方法，包括W下步驟：
[001^ A、負(fù)載電流上升沿部分:Si、S4開通，52、53、55、56、57關(guān)斷，此時電源電壓6直接加在 AB兩端，電流經(jīng)過Si、S4、化、Li、Ss的體二極管、與E形成回路，電感b中電流上升；
[001引 B、負(fù)載電流平頂部分：S巧通，Si、S4高頻斬波，S2、S3、Ss、S7關(guān)斷，
[0014] C、當(dāng)Si、S4開通時，電源E、Ss的體二極管、Si、S4、L組成回路，電流上升；
[001引 D、當(dāng)Si、S4關(guān)閉時，電源E、Ss、Si和S4的體二極管、Li組成回路，電流下降，整個過程 電流平均值維持恒定。
[0016] E、負(fù)載電流下降部分：S7開通，Si、S2、S3、S4、S日、Ss、關(guān)斷，Ri、b通過S2、S3體二極管與 化、S7、錯位電容Cl構(gòu)成回路，使電流快速下降。
[0017] F、錯位電容Cl穩(wěn)壓過程:Ai、A2檢測流過電感L2的電流，A3檢測電容&兩端電壓，當(dāng) Cl電壓高于預(yù)設(shè)值，L2電流小于預(yù)設(shè)值時，S巧通，電感L2電流上升至上限，Ui輸出變低，Ss關(guān) 閉，電感L2電流下降至下限，Ui輸出變高，S巧通，L2電流再次上升，如此反復(fù)至電容Cl兩端電 壓降低至預(yù)設(shè)值之下，S6關(guān)閉。
[0018] 有益效果:通過提高Cl兩端電壓，能夠大大提高IGBT關(guān)斷過程的電感^電流下降速 度，縮短了關(guān)斷時間，豐富了發(fā)射波形的頻率成分，有利于探測淺層信號，提高探測的分辨 率，解決了發(fā)射電流平頂段斜率不為0對接收信號干擾的問題，并且實現(xiàn)的發(fā)射電流大小可 調(diào)，在大電流發(fā)射的情況下，通過電容儲能，使得發(fā)射電源可W使用高壓小電流電源，能夠 提高發(fā)射電源的效率，減小體積，并且降低了發(fā)射電源的制作難度，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠 大大提高發(fā)射橋路中IGBT關(guān)斷過程的電感電流下降速度，縮短了關(guān)斷時間，豐富了發(fā)射波 形的頻率成分，有利于探測淺層信號，提高探測的分辨率，同時降低發(fā)射電流上升沿對信號 的干擾，并且發(fā)射電流大小可調(diào)。。
【附圖說明】：
[0019] 附圖1:為一種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)框圖
[0020] 附圖2:為附圖1中發(fā)射橋路拓?fù)鋱D [0021 ]附圖3:為控制時序波形圖
[0022]附圖4:為附圖1中S6開關(guān)狀態(tài)表
【具體實施方式】：
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0024] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置，是由發(fā)電機(jī)經(jīng)A、DC/DC和發(fā)射橋 路與發(fā)射線圈連接，快速關(guān)斷控制器一端經(jīng)饋能電感和DC/DC與控制及其保護(hù)電路連接，快 速關(guān)斷控制器另一端經(jīng)高壓錯位電容和發(fā)射橋路與發(fā)射及平頂維持控制器連接，快速關(guān)斷 控制器經(jīng)開關(guān)管分別連接饋能電感和壓錯位電容構(gòu)成。
[0025] 發(fā)射橋路是由屯個IGBT: Si、S2、S3、S4、S日、Ss、S7，二個續(xù)流二極管：Di、〇2，二個電容 組:Cl、〔2,一個限流電感L2,一個發(fā)射線圈b，一個電流傳感器M，S個電壓比較器Al、A2、As， 兩個分壓電阻R3、R4組成；
[0026] Si與S2串聯(lián)，S3與S4串聯(lián)，兩個串聯(lián)電路再并聯(lián)組成發(fā)射橋路，Ss與電源和發(fā)射橋路 的上橋臂輸入串聯(lián)，Di經(jīng)S7與Cl串聯(lián)后再與發(fā)射橋路并聯(lián)，R3、R4先串聯(lián)再與Cl并聯(lián)，L2與Ss串 聯(lián)后與Ss、Di、S7并聯(lián)，〇2接于電源E負(fù)端和L2與Ss之間，M巧慢流過Ss的電流，M輸出接于Al的反 相輸入端和A2的同相輸入端，Al、A2的另外一端分別接Refi和Ref 2, A3的一個輸入連接至化、R4 中點，另一個輸入接參考電壓Ref3 ,Al、A2和A3的輸出作為Ui輸入，Ui輸出作為Ss驅(qū)動信號，在 Si與S2的連接處A與S3和S4的連接處的B作為發(fā)射電路的輸出與發(fā)射線圈連接構(gòu)成。
[0027] C2即是直流電源E內(nèi)部的輸出電容，也是與外部并聯(lián)的儲能電容。
[0028] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射裝置的控制方法，包括W下步驟：
[0029] A、負(fù)載電流上升沿部分：Si、S4開通，52、53、55、56、57關(guān)斷，此時電源電壓￡直接加在 AB兩端，電流經(jīng)過Si、S4、化、Li、Ss的體二極管、與E形成回路，電感b中電流上升；
[0030] B、負(fù)載電流平頂部分:S巧通，Si、S4高頻斬波，S2、S3、Ss、S7關(guān)斷；
[0031] C、當(dāng)Si、S4開通時，電源E、S日的體二極管、Si、S4、Li組成回路，電流上升；
[0032] D、當(dāng)Si、S4關(guān)閉時，電源E、Ss、Si和S4的體二極管、Li組成回路，電流下降，整個過程 電流平均值維持恒定；
[00削 E、負(fù)載電流下降部分:S7開通，51、52、53、54、55、56、關(guān)斷，虹心通過52、53體二極管與 化、S7、錯位電容Cl構(gòu)成回路，使電流快速下降；
[0034] F、錯位電容Cl穩(wěn)壓過程:Al、A2檢測流過電感L2的電流，A3檢測電容Cl兩端電壓，當(dāng) Cl電壓高于預(yù)設(shè)值，L2電流小于預(yù)設(shè)值時，S巧通，電感L2電流上升至上限，Ui輸出變低，Ss關(guān) 閉，電感L2電流下降至下限，Ui輸出變高，S巧通，L2電流再次上升，如此反復(fù)至電容Cl兩端電 壓降低至預(yù)設(shè)值之下，S6關(guān)閉。
[0035] 平頂維持和電流快速下降的電磁發(fā)射電路采用平頂段斬波和下降段恒壓錯位控 制方式，是由直流電源E通過發(fā)射橋路與發(fā)射線圈連接，控制器負(fù)責(zé)平頂電流維持和電流快 速下降控制。。
[0036] 發(fā)射電路是由7個IGBT化、52、53、54、55、56、57)，2個續(xù)流二極管(〇1、〇2)，2個電容組 (Ci、C2)，一個限流電感L2,一個電流傳感器M，S個電壓比較器Al、A2、A3,兩個分壓電阻化、R4。 C2可W是直流電流源E內(nèi)部的輸出電容，也是是外部并聯(lián)的儲能電容，發(fā)射橋路中Si與S2串 聯(lián)，S3與S4串聯(lián)，兩者再并聯(lián)，組成發(fā)射主橋路。Ss與電源和主橋路上橋臂輸入串聯(lián)，Di先與 S7、打串聯(lián)再與發(fā)射橋路并聯(lián)，R3、R4先串聯(lián)再與Cl并聯(lián)，L2與Ss串聯(lián)之后與Ss、Di、S7并聯(lián)，〇2接 于電源E負(fù)端和L2與S6中點，M巧慢流過S6的電流，M輸出接于Al的反相輸入