一種平頂維持和電流快速下降的電磁發射裝置及控制方法
【技術領域】：
[0001] 本發明設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 源逆變發射裝置，準確的說是一種平頂維持和電流快速下降的電磁發射裝置及控制方法。
【背景技術】：
[0002] 磁性源電磁法儀器通常采用H橋路作為發射裝置的功率變換主回路，W有限磁矩 發射線圈為場源向地下供W瞬變磁場，在地下產生一次電磁場，在一電磁場間歇期間觀測 感應的二次電磁場參數。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，運就可W達到測深的目的。負載由發射線圈組成，則負載可W等效為電阻與電感的串 聯電路。發射機電流與探測深度成正比，因此希望發射電流越大越好，但電流過大導致關斷 速度慢，現有技術多是電感直接饋能到電源內部，難W滿足淺層探測的需要。大電流發射必 然使得關斷延時變長，必須合理處理大電流與關斷延時的矛盾。由于IGBT具有大電流、高耐 壓、低損耗等特點，現在較普遍地采用IGBT器件作為功率控制器件，其硬件關斷延時在化S W內；另一方面，在開關關斷時，負載電感中的能量釋放有一個過程，時間要比IGBT關斷時 間長得多。在發射電流為50A，電感量為2mH情況下，采用常規續流回路，電感能量的釋放時 間在2ms左右。在電流為30A~50A情況下，關斷延時長達數百微秒，例如加拿大EM-37為45化 S，國產ATEM-II系統關斷時間為50化S。在較大功率發射情況下，關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斷過程電感電流自由下降，直接饋能到發射電源 內部，由于發射電流的限制，發射電源的電壓不能夠隨意調節，同時電源電壓有限。導致此 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 個系統效率太低，發熱嚴重，僅僅適用與小功率應用。因此運兩種方法都不適用與大功率的 電磁發射電路應用。
[0003] 現有的電磁發射系統發射電流平頂段多是用e指數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輸維護困難，運兩種方法都不適用大電流發射 的情況。
【發明內容】
：
[0004] 本發明的目的就是針對上述現有技術的不足，提供一種能夠實現平頂段斜率為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射裝置；
[0005] 本發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射裝置的控制 方法。
[0006] 本發明的目的是通過W下技術方案實現的：
[0007] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發射裝置，是由發電機經整流橋、DC/DC和發 射橋路與發射線圈連接，快速關斷控制器一端經饋能電感和DC/DC與控制及其保護電路連 接，快速關斷控制器另一端經高壓錯位電容和發射橋路與發射及平頂維持控制器連接，快 速關斷控制器經開關管分別連接饋能電感和壓錯位電容構成。
[000引發射橋路是由屯個IGBT: Si、S2、S3、S4、S日、Ss、S7，二個續流二極管:Di、02，二個電容 組:Cl、〔2,一個限流電感L2,一個發射線圈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，S3與S4串聯，兩個串聯電路再并聯組成發射橋路，Ss與電源和發射橋路 的上橋臂輸入串聯，Di經S7與Cl串聯后再與發射橋路并聯，R3、R4先串聯再與Cl并聯，L2與Ss串 聯后與Ss、Di、S7并聯，〇2接于電源E負端和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作為發射電路的輸出與發射線圈連接構成。
[0010] C2即是直流電源E內部的輸出電容，也是與外部并聯的儲能電容。
[0011] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發射裝置的控制方法，包括W下步驟：
[001^ A、負載電流上升沿部分:Si、S4開通，52、53、55、56、57關斷，此時電源電壓6直接加在 AB兩端，電流經過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、負載電流平頂部分：S巧通，Si、S4高頻斬波，S2、S3、Ss、S7關斷，
[0014] C、當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Si、S4關閉時，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、負載電流下降部分：S7開通，Si、S2、S3、S4、S日、Ss、關斷，Ri、b通過S2、S3體二極管與 化、S7、錯位電容Cl構成回路，使電流快速下降。
[0017] F、錯位電容Cl穩壓過程:Ai、A2檢測流過電感L2的電流，A3檢測電容&兩端電壓，當 Cl電壓高于預設值，L2電流小于預設值時，S巧通，電感L2電流上升至上限，Ui輸出變低，Ss關 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，如此反復至電容Cl兩端電 壓降低至預設值之下，S6關閉。
[0018] 有益效果:通過提高Cl兩端電壓，能夠大大提高IGBT關斷過程的電感^電流下降速 度，縮短了關斷時間，豐富了發射波形的頻率成分，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，并且實現的發射電流大小可 調，在大電流發射的情況下，通過電容儲能，使得發射電源可W使用高壓小電流電源，能夠 提高發射電源的效率，減小體積，并且降低了發射電源的制作難度，與現有技術相比，能夠 大大提高發射橋路中IGBT關斷過程的電感電流下降速度，縮短了關斷時間，豐富了發射波 形的頻率成分，有利于探測淺層信號，提高探測的分辨率，同時降低發射電流上升沿對信號 的干擾，并且發射電流大小可調。。
【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射裝置結構框圖
[0020] 附圖2:為附圖1中發射橋路拓撲圖 [0021 ]附圖3:為控制時序波形圖
[0022]附圖4:為附圖1中S6開關狀態表
【具體實施方式】：
[0023] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明：
[0024] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發射裝置，是由發電機經A、DC/DC和發射橋 路與發射線圈連接，快速關斷控制器一端經饋能電感和DC/DC與控制及其保護電路連接，快 速關斷控制器另一端經高壓錯位電容和發射橋路與發射及平頂維持控制器連接，快速關斷 控制器經開關管分別連接饋能電感和壓錯位電容構成。
[0025] 發射橋路是由屯個IGBT: Si、S2、S3、S4、S日、Ss、S7，二個續流二極管：Di、〇2，二個電容 組:Cl、〔2,一個限流電感L2,一個發射線圈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，S3與S4串聯，兩個串聯電路再并聯組成發射橋路，Ss與電源和發射橋路 的上橋臂輸入串聯，Di經S7與Cl串聯后再與發射橋路并聯，R3、R4先串聯再與Cl并聯，L2與Ss串 聯后與Ss、Di、S7并聯，〇2接于電源E負端和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作為發射電路的輸出與發射線圈連接構成。
[0027] C2即是直流電源E內部的輸出電容，也是與外部并聯的儲能電容。
[0028] -種平頂維持和電流快速下降的電磁發射裝置的控制方法，包括W下步驟：
[0029] A、負載電流上升沿部分：Si、S4開通，52、53、55、56、57關斷，此時電源電壓￡直接加在 AB兩端，電流經過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、負載電流平頂部分:S巧通，Si、S4高頻斬波，S2、S3、Ss、S7關斷；
[0031] C、當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Si、S4關閉時，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、負載電流下降部分:S7開通，51、52、53、54、55、56、關斷，虹心通過52、53體二極管與 化、S7、錯位電容Cl構成回路，使電流快速下降；
[0034] F、錯位電容Cl穩壓過程:Al、A2檢測流過電感L2的電流，A3檢測電容Cl兩端電壓，當 Cl電壓高于預設值，L2電流小于預設值時，S巧通，電感L2電流上升至上限，Ui輸出變低，Ss關 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，如此反復至電容Cl兩端電 壓降低至預設值之下，S6關閉。
[0035] 平頂維持和電流快速下降的電磁發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通過發射橋路與發射線圈連接，控制器負責平頂電流維持和電流快 速下降控制。。
[0036] 發射電路是由7個IGBT化、52、53、54、55、56、57)，2個續流二極管(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內部的輸出電容，也是是外部并聯的儲能電容，發射橋路中Si與S2串 聯，S3與S4串聯，兩者再并聯，組成發射主橋路。Ss與電源和主橋路上橋臂輸入串聯，Di先與 S7、打串聯再與發射橋路并聯，R3、R4先串聯再與Cl并聯，L2與Ss串聯之后與Ss、Di、S7并聯，〇2接 于電源E負端和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