CN102005908A - 脉冲开关控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲开关控制装置及控制方法。脉冲开关控制装置包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲模块，第一和第四开关单元、第二和第三开关单元组成对角开关组，第一和第三开关单元、第二和第四开关单元组成相对开关组，还包括一控制模块，控制模块分别与每个开关单元连接，用于在发射脉冲时控制一个对角开关组中的开关单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，在发射脉冲停止时，控制一个相对开关组中的开关单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路。本发明通过形成放电回路，有效消除了脉冲电流或电压拖尾，有效减小了脉冲电流或电压的波形失真。

Description

脉冲开关控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲发射技术，具体涉及一种脉冲开关控制装置及控制方法。

背景技术

由于具有控制简单、切换速度快、双极式输出等诸多优点，H型桥式发射脉冲电路被广泛应用于各种装置中作为开关变换器进行电能转换。例如，在原油电脱水脱盐高频高压脉冲电源中，脉冲开关控制装置是比较重要的部件之一，脉冲开关控制装置以开关变换器为核心进行电能转换，实现电功率输出。又如，在海底油气资源勘探发射装置中，采用脉冲开关控制装置输出理想的电流方波。

图1为现有H型桥式发射脉冲电路的结构示意图。如图1所示，H型桥式发射脉冲电路的主体结构包括4个等效开关器件K₁、K₂、K₃和K₄，每个等效开关器件可以由多个单开关器件串并联而成。在控制方式上，现有H型桥式发射脉冲电路采用成对控制方式，即：等效开关器件K₁和K₄、等效开关器件K₂和K₃分别受控制信号u₁₄和u₂₃的控制。当控制信号u₁₄为导通控制信号、控制信号u₂₃为关断控制信号时，等效开关器件K₁和K₄导通，电流由电源正极经过等效开关器件K₁、负载R_L、等效开关器件K₄流入电源负极，在负载R_L上电流流向为从节点A至节点B，此时的负载状态规定为正向电压脉冲。在正向电压脉冲向零向电压切换时，需要将等效开关器件K₁和K₄关断，即此时4个等效开关器件都处于关断状态。当控制信号u₂₃为导通控制信号、控制信号u₁₄为关断控制信号时，等效开关器件K₂和K₃导通，电流由电源经过等效开关器件K₃、负载R_L、等效开关器件K₂流入电源负极，在负载R_L上电流流向为从节点B至节点A，此时的负载状态规定为负向电压脉冲。

实际使用表明，随着系统运行状况不同，负载R_L具有不同的特性，是一种非常复杂的等效负载。在某种工况下，负载R_L呈阻性，但在其它多数工况下，负载R_L呈感性或呈容性。图2a和图2b分别为理想和实际电压或电流波形的示意图。在负载呈阻性的理想情况下，负载上施加的是双极性矩形波，如图2a所示。而负载呈感性或呈容性时，负载上施加的电流或电压波形严重失真，波形前沿呈指数上升，后沿呈斜阶跃下降而使波形拖尾，如图2b所示。另外，即使在负载呈阻性的情况下，由于脉冲电子开关器件关断延时，负载上施加的电流或电压也同样会出现如图2b所示的波形。研究表明，后沿下降拖尾波形将严重影响负载的工作性能。实际使用中，希望后沿波形拖尾的时间越短越好。

以原油电脱水脱盐应用为例，后沿下降拖尾波形影响负载工作性能具体体现在：

(1)当电脱水脱盐负载呈感性时，电流不能突变，负载储存的磁场能量需要合适的回路释放。二极管为线圈绕组提供续流回路，因为电源的内阻相对负载阻抗很小，所以线圈向电源放电。在产生负向脉冲过程中，电流回路为：节点A→等效开关器件K₂→电源负极→电源正极→等效开关器件K₃→节点B→负载R_L→节点A。在负向脉冲电压向零向电压切换时，电流回路为：节点A→等效开关器件K₁→电源正极→电源负极→等效开关器件K₄→节点B→负载R_L→节点A。由此可见，当电脱水脱盐负载呈感性时，由于负载的能量在短时间内难以释放，因此会影响电脱水脱盐电源脉冲的频率、占空比以及脉冲宽度，无法提供高频脉冲电场。

(2)当电脱水脱盐负载呈容性时，负载电压不能突变，容性负载储存的电场能量需要合适的回路释放。但由于H型桥式发射脉冲电路的现有成对控制方式无法提供合适的放电回路，因此也会影响电脱水脱盐电源脉冲的频率、占空比以及脉冲宽度，无法提供高频脉冲电场。

(3)前面分析表明，由于需要向电源放电，因此在放电过程中会对电源中的电子器件产生冲击，不仅降低了电源的工作可靠性，而且缩短了电源的使用寿命。

(4)同时，向电源放电时对直流电源的冲击会耦合到开关电源变压器的其它绕组上，造成多路变压器及其绕组的电压不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种脉冲开关控制装置及控制方法，有效消除由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压拖尾，减小脉冲电流或电压的波形失真。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种脉冲开关控制装置，包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲模块，所述第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元组成相对开关组；还包括一控制模块，所述控制模块分别与每个开关单元连接，用于在发射脉冲时控制一个对角开关组中的开关单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，在发射脉冲停止时，控制一个相对开关组中的开关单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路。

进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停止时关断；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停止时导通；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时关断；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时导通。

进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时导通；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止关断；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停止时导通；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停止时关断。

进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时关断；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导通；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停止时关断；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲停止时导通。

进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲停止时导通；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停止时关断；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导通；第四控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时关断。

在上述技术方案基础上，所述第一开关单元与第二开关单元的一端通过第一节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第三开关单元与第四开关单元的一端通过第二节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第一节点与第二节点之间设置负载，所述放电回路上设置放电负载。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种脉冲开关控制方法，脉冲开关包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲电路，所述第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元组成相对开关组；所述方法包括：

在发射脉冲时，向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成脉冲回路；

在发射脉冲停止时，向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成放电回路。

进一步地，所述向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为：

向所述第一开关单元和第四开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送关断控制信号；或

向所述第一开关单元和第四开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送导通控制信号。

进一步地，所述向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为：

向所述第一开关单元和第三开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送导通控制信号；或

向所述第一开关单元和第三开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送关断控制信号。

本发明还提供了一种采用本发明脉冲开关控制装置的高频高压脉冲电源，包括低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲变压器装置、控制装置和检测装置，其中，

所述低压直流电源装置用于对低压交流电进行整流滤波处理，输出幅值经过调整的低压直流电源；

所述大功率逆变装置与所述低压直流电源装置连接，用于对所述低压直流电源进行逆变处理，通过占空比调制输出幅值经过调整的双极性低压脉冲电源；

所述脉冲变压器装置与所述大功率逆变装置连接，用于对所述双极性低压脉冲电源进行升压和整流滤波处理，输出高压直流电源；

所述脉冲开关控制装置与所述脉冲变压器装置连接，向负载输出频率经过调整的高压高频脉冲电源；

所述检测装置用于监测所述脉冲开关控制装置输出高压高频脉冲电源的电流和电压，获取输出参数；

所述控制装置分别与所述低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲开关控制装置和检测装置连接，用于根据所述输出参数调节所述低压直流电源的幅值、所述双极性低压脉冲电源的幅值和所述高压高频脉冲电源的频率。

本发明提供了一种脉冲开关控制装置及控制方法，通过在向负载施加正向或反向脉冲停止时形成放电回路，有效消除了由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压拖尾，有效减小了脉冲电流或电压的波形失真。

附图说明

图1为现有H型桥式发射脉冲电路的结构示意图；

图2a和图2b分别为理想和实际电压或电流波形的示意图；

图3为本发明脉冲开关控制装置的结构示意图；

图4a～图4c为本发明脉冲开关控制装置第一实施例的工作原理图；

图5a～图5c为本发明脉冲开关控制装置第二实施例的工作原理图；

图6a和图6b为本发明脉冲开关控制装置第三实施例的工作原理图；

图7a和图7b为本发明脉冲开关控制装置第四实施例的工作原理图；

图8a～图8c为本发明脉冲开关控制装置第五实施例的工作原理图；

图9a～图9c为本发明脉冲开关控制装置第六实施例的工作原理图；

图10a和图10b为本发明脉冲开关控制装置第七实施例的工作原理图；

图11a和图11b为本发明脉冲开关控制装置第八实施例的工作原理图；

图12为本发明高频高压脉冲电源的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明技术方案做进一步详细说明。

经本申请发明人的深入研究表明，由于现有成对控制方式缺乏良好的放电回路，在脉冲状态切换时产生虚电压，因此导致脉冲电流或电压波形严重失真。为此，本发明提供了一种根据负载情况自适应地脉冲截尾控制方案，通过在脉冲状态切换时形成放电回路，有效消除由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾，有效减小脉冲电流或电压波形失真。

图3为本发明脉冲开关控制装置的结构示意图。如图3所示，本发明脉冲开关控制装置的主体结构包括H型桥式发射脉冲模块和控制模块，控制模块与H型桥式发射脉冲模块连接，用于控制H型桥式发射脉冲模块向负载施加正向脉冲或反向脉冲，在施加正向脉冲或反向脉冲停止时，控制模块控制H型桥式发射脉冲模块形成放电回路，通过快速放电回路有效截掉由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾。

具体地，本发明H型桥式发射脉冲模块包括第一开关单元S₁(V_T1和V_D1)、第二开关单元S₂(V_T2和V_D2)、第三开关单元S₃(V_T3和V_D3)和第四开关单元S₄(V_T4和V_D4)。在图3所示结构中，每个开关单元的等效电路为开关管V_T和二极管V_D，实际应用中，作为等效开关器件的开关单元可以由多个单开关器件串并联而成。第一开关单元S₁与第二开关单元S₂串接在电源正负极之间，第三开关单元S₃与第四开关单元S₄串接在电源正负极之间，即第一开关单元S₁与第二开关单元S₂的一端通过第一节点A连接，另一端分别连接电源的正负极，第三开关单元S₃与第四开关单元S₄的一端通过第二节点B连接，另一端分别连接电源的正负极，负载R_L设置在第一节点A与第二节点B之间，构成H型桥式电路结构。为了更清楚地描述本发明的技术方案，将位于对角位置的开关单元称之为对角开关组，将位于相对位置的开关单元称之为相对开关组，即将第一开关单元S₁和第四开关单元S₄称之为一个对角开关组，第二开关单元S₂和第三开关单元S₃称之为另一个对角开关组；将位于负载R_L一侧的第一开关单元S₁和第三开关单元S₂称之为一个相对开关组，位于负载R_L另一侧的第二开关单元S₂和第四开关单元S₄称之为另一个相对开关组。

本发明控制模块包括第一控制端u₁、第二控制端u₂、第三控制端u₃和第四控制端u₄，第一控制端u₁与第一开关单元S₁连接，第二控制端u₂与第二开关单元S₂连接，第三控制端u₃与第三开关单元S₃连接，第四控制端u₄与第四开关单元S₄连接，每个控制端控制相应的开关单元导通或关断，使H型桥式发射脉冲模块向负载施加正向脉冲或反向脉冲，在施加正向脉冲或反向脉冲停止时，控制H型桥式发射脉冲模块形成放电回路，通过快速放电回路有效截掉由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾。具体地，在发射脉冲时，控制模块中的控制端控制一个对角开关组中的开关单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，向负载施加正向脉冲或反向脉冲；在发射脉冲停止时，控制模块中的控制端控制一个相对开关组中的开关单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路，有效截掉由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾。上述控制端与开关单元的连接实际上是控制端与开关单元中的开关管连接。

下面通过具体实施例详细说明本发明的技术方案。

第一实施例

图4a～图4c为本发明脉冲开关控制装置第一实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。

在向负载施加正向脉冲时，控制单元中的第一控制端u₁和第四控制端u₄分别向第一开关单元S₁的开关管V_T1和第四开关单元S₄的开关管V_T4发送导通控制信号，控制第一开关单元S₁和第四开关单元S₄导通，控制单元中的第二控制端u₂和第三控制端u₃分别向第二开关单元S₂的开关管V_T2和第三开关单元S₃的开关管V_T3发送关断控制信号，控制第二开关单元S₂和第三开关单元S₃关断，形成施加正向脉冲回路。正向电流回路LP₁为：直流电源正极→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→直流电源负极，向负载R_L施加正向脉冲，如图4a所示。

在向负载施加正向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端u₁和第三控制端u₃分别向第一开关单元S₁的开关管V_T1和第三开关单元S₃的开关管V_T3发送关断控制信号，控制第一开关单元S₁和第三开关单元S₃关断，控制单元中的第二控制端u₂和第四控制端u₄分别向第二开关单元S₂的开关管V_T2和第四开关单元S₄的开关管V_T4发送导通控制信号，控制第二开关单元S₂和第四开关单元S₄导通，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LP₂为：负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→第二开关单元S₂的二极管V_D2→第一节点A→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图4b所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LP₃为：负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→第四开关单元S₄的二极管V_D4→第二节点B→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图4c所示。

第二实施例

图5a～图5c为本发明脉冲开关控制装置第二实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。在前述第一实施例技术方案基础上，本实施例在放电回路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例放电负载R设置在第一节点A与第二开关单元S₂之间。实际应用中，放电负载R可以设置在与第二开关单元S₂串接的线路上，即可以设置在第二开关单元S₂的任意一侧。

在向负载施加正向脉冲时，本实施例工作原理与第一实施例相同，正向电流回路LP₁为：直流电源正极→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→直流电源负极，向负载R_L施加正向脉冲，如图5a所示。

在向负载施加正向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第一实施例相同，形成包括第二开关单元S₂和第四开关单元S₄的放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LP₂为：负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→第二开关单元S₂的二极管V_D2→放电负载R→第一节点A→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图5b所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LP₃为：负载R_L→第一节点A→放电负载R→第二开关单元S₂的开关管V_T2→第四开关单元S₄的二极管V_D4→第二节点B→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图5c所示。

第三实施例

图6a和图6b为本发明脉冲开关控制装置第三实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。

在向负载施加正向脉冲时，本实施例工作原理与第一实施例相同，正向电流回路LP₁为：直流电源正极→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→直流电源负极，向负载R_L施加正向脉冲，如图4a所示。

在向负载施加正向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端u₁和第三控制端u₃分别向第一开关单元S₁的开关管V_T1和第三开关单元S₃的开关管V_T3发送导通控制信号，控制第一开关单元S₁和第三开关单元S₃导通，控制单元中的第二控制端u₂和第四控制端u₄分别向第二开关单元S₂的开关管V_T2和第四开关单元S₄的开关管V_T4发送关断控制信号，控制第二开关单元S₂和第四开关单元S₄关断，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LP₄为：负载R_L→第二节点B→第三开关单元S₃的二极管V_D3→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图6a所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LP₅为：负载R_L→第一节点A→第一开关单元S₁的二极管V_D1→第三开关单元S₃的开关管V_T3→第二节点B→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图6b所示。

第四实施例

图7a和图7b为本发明脉冲开关控制装置第四实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。在前述第三实施例技术方案基础上，本实施例在放电回路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例放电负载R设置在第二节点B与第三开关单元S₃之间。实际应用中，放电负载R可以设置在与第三开关单元S₃串接的线路上，即可以设置在第三开关单元S₃的任意一侧。

在向负载施加正向脉冲时，本实施例工作原理与第三实施例相同，正向电流回路LP₁为：直流电源正极→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→直流电源负极，向负载R_L施加正向脉冲，如图4a所示。

在向负载施加正向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第三实施例相同，形成包括第一开关单元S₁和第三开关单元S₃的放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LP₄为：负载R_L→第二节点B→放电负载R→第三开关单元S₃的二极管V_D3→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图7a所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LP₅为：负载R_L→第一节点A→第一开关单元S₁的二极管V_D1→第三开关单元S₃的开关管V_T3→放电负载R→第二节点B→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图7b所示。

第五实施例

图8a～图8c为本发明脉冲开关控制装置第五实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。

在向负载施加反向脉冲时，控制单元中的第二控制端u₂和第三控制端u₃分别向第二开关单元S₂的开关管V_T2和第三开关单元S₃的开关管V_T3发送导通控制信号，控制第二开关单元S₂和第三开关单元S₃导通，控制单元中的第一控制端u₁和第四控制端u₄分别向第一开关单元S₁的开关管V_T1和第四开关单元S₄的开关管V_T4发送关断控制信号，控制第一开关单元S₁和第四开关单元S₄关断，形成施加反向脉冲回路。反向电流回路LN₁为：直流电源正极→第三开关单元S₃的开关管V_T3→第二节点B→负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→直流电源负极，向负载R_L施加反向脉冲，如图8a所示。

在向负载施加反向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端u₁和第三控制端u₃分别向第一开关单元S₁的开关管V_T1和第三开关单元S₃的开关管V_T3发送关断控制信号，控制第一开关单元S₁和第三开关单元S₃关断，控制单元中的第二控制端u₂和第四控制端u₄分别向第二开关单元S₂的开关管V_T2和第四开关单元S₄的开关管V_T4发送导通控制信号，控制第二开关单元S₂和第四开关单元S₄导通，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LN₂为：负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→第四开关单元S₄的二极管V_D4→第二节点B→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图8b所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LN₃为：负载R_L→第二节点B→第四开关单元S₄的开关管V_T4→第二开关单元S₂的二极管V_D2→第一节点A→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图8c所示。

第六实施例

图9a～图9c为本发明脉冲开关控制装置第六实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。在前述第五实施例技术方案基础上，本实施例在放电回路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例放电负载R设置在第二节点B与第四开关单元S₄之间。实际应用中，放电负载R可以设置在与第四开关单元S₄串接的线路上，即可以设置在第四开关单元S₄的任意一侧。

在向负载施加反向脉冲时，本实施例工作原理与第五实施例相同，反向电流回路LN₁为：直流电源正极→第三开关单元S₃的开关管V_T3→第二节点B→负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→直流电源负极，向负载R_L施加反向脉冲，如图9a所示。

在向负载施加反向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第五实施例相同，形成包括第二开关单元S₂和第四开关单元S₄的放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LN₂为：负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→第四开关单元S₄的二极管V_D4→放电负载R→第二节点B→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图9b所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LN₃为：负载R_L→第二节点B→放电负载R→第四开关单元S₄的开关管V_T4→第二开关单元S₂的二极管V_D2→第一节点A→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图9c所示。

第七实施例

图10a和图10b为本发明脉冲开关控制装置第七实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。

在向负载施加反向脉冲时，本实施例工作原理与第五实施例相同，反向电流回路LN₁为：直流电源正极→第三开关单元S₃的开关管V_TT₃→第二节点B→负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→直流电源负极，向负载R_L施加反向脉冲，如图8a所示。

在向负载施加反向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端u₁和第三控制端u₃分别向第一开关单元S₁的开关管V_T1和第三开关单元S₃的开关管V_T3发送导通控制信号，控制第一开关单元S₁和第三开关单元S₃导通，控制单元中的第二控制端u₂和第四控制端u₄分别向第二开关单元S₂的开关管V_T2和第四开关单元S₄的开关管V_T4发送关断控制信号，控制第二开关单元S₂和第四开关单元S₄关断，形成放电回路。

如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LN₄为：负载R_L→第一节点A→第一开关单元S₁的二极管V_D1→第三开关单元S₃的开关管V_T3→第二节点B→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图10a所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LN₅为：负载R_L→第二节点B→第三开关单元S₃的二极管V_D3→第一开关单元S₁的开关管V_T1→第一节点A→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图10b所示。

第八实施例

图11a和图11b为本发明脉冲开关控制装置第八实施例的工作原理图，本发明控制模块由控制端u₁、u₂、u₃和u₄示意。在前述第七实施例技术方案基础上，本实施例在放电回路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例放电负载R设置在第一节点A与第一开关单元S₁之间。实际应用中，放电负载R可以设置在与第一开关单元S₁串接的线路上，即可以设置在第一开关单元S₁的任意一侧。

在向负载施加反向脉冲时，本实施例工作原理与第七实施例相同，反向电流回路LN₁为：直流电源正极→第三开关单元S₃的开关管V_T3→第二节点B→负载R_L→第一节点A→第二开关单元S₂的开关管V_T2→直流电源负极，向负载R_L施加反向脉冲，如图8a所示。

在向负载施加反向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第七实施例相同，形成包括第一开关单元S₁和第三开关单元S₃的放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LN₄为：负载R_L→第一节点A→放电负载R→第一开关单元S₁的二极管V_D1→第三开关单元S₃的开关管V_T3→第二节点B→负载R_L，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图11a所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LN₅为：负载R_L→第二节点B→第三开关单元S₃的二极管V_D3→第一开关单元S₁的开关管V_T1→放电负载R→第一节点A→负载R_L，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图11b所示。

通过上述实施例可以看出，在向负载施加正向或反向脉冲停止时，即在脉冲状态切换时，本发明通过形成放电回路，有效消除了由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾，有效减小了脉冲电流或电压波形失真。

图12为本发明高频高压脉冲电源的结构示意图。如图12所示，本发明高频高压脉冲电源的主体结构包括低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲变压器装置、脉冲开关控制装置、电脱盐脱水负载、控制装置和检测装置，其中脉冲开关控制装置采用前述第一实施例～第八实施例的结构。具体地，低压直流电源装置用于对低压交流电进行整流滤波处理，输出幅值经过调整的低压直流电源；大功率逆变装置与低压直流电源装置连接，用于对低压直流电源进行逆变处理，通过占空比调制输出幅值经过调整的双极性低压脉冲电源；脉冲变压器装置与大功率逆变装置连接，用于对双极性低压脉冲电源进行升压和整流滤波处理，输出高压直流电源；脉冲开关控制装置与脉冲变压器装置连接，用于对高压直流电源进行处理，向负载输出频率经过调整的高压高频脉冲电源；检测装置连接在负载的两端，用于监测脉冲开关控制装置输出高压高频脉冲电源的电流和电压，获取输出参数；控制装置分别与低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲开关控制装置和检测装置连接，用于根据检测装置监测到的输出参数调节低压直流电源装置输出的低压直流电源的幅值、大功率逆变装置输出的双极性低压脉冲电源的幅值和脉冲开关控制装置输出的高压高频脉冲电源的频率。

本发明还提供了一种脉冲开关控制方法，脉冲开关采用前述本发明H型桥式发射脉冲模块结构，包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲电路，第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别组成对角开关组，第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元分别组成相对开关组。脉冲开关控制方法包括：

在发射脉冲时，向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成脉冲回路；

在发射脉冲停止时，向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成放电回路。

其中，所述向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为：向所述第一开关单元和第四开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送关断控制信号；或向所述第一开关单元和第四开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送导通控制信号。

其中，所述向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为：向所述第一开关单元和第三开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送导通控制信号；或向所述第一开关单元和第三开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送关断控制信号。

本发明脉冲开关控制方法的处理流程已在前述本发明脉冲开关控制装置的技术方案中详细说明，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。

本发明得到国家高技术研究发展计划(863计划)支持，项目名称为：高效节能环保原油混沌脉冲电脱水器产业化关键技术研究，项目编号为：2007AA05Z230。本发明得到北京市教育委员会共建项目专项资助。本发明得到中国石油大学(北京)前瞻导向项目资助，批准号为：2010QZ03。

Claims (10)

1.一种脉冲开关控制装置，包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲模块，所述第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元组成相对开关组；其特征在于，还包括一控制模块，所述控制模块分别与每个开关单元连接，用于在发射脉冲时控制一个对角开关组中的开关单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，在发射脉冲停止时，控制一个相对开关组中的开关单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路。

2.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，

第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停止时关断；

第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停止时导通；

第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时关断；

第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时导通。

3.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，

第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时导通；

第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止关断；

第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停止时导通；

第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停止时关断。

4.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，

第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时关断；

第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导通；

第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停止时关断；

第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲停止时导通。

5.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，

第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲停止时导通；

第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停止时关断；

第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导通；

第四控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时关断。

6.如权利要求1～5任一所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述第一开关单元与第二开关单元的一端通过第一节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第三开关单元与第四开关单元的一端通过第二节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第一节点与第二节点之间设置负载，所述放电回路上设置放电负载。

7.一种脉冲开关控制方法，脉冲开关包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲电路，所述第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元组成相对开关组；其特征在于，所述方法包括：

在发射脉冲时，向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成脉冲回路；

在发射脉冲停止时，向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成放电回路。

8.如权利要求7所述的脉冲开关控制方法，其特征在于，所述向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为：

向所述第一开关单元和第四开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送关断控制信号；或

向所述第一开关单元和第四开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送导通控制信号。

9.如权利要求7或8所述的脉冲开关控制方法，其特征在于，所述向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为：

向所述第一开关单元和第三开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送导通控制信号；或

向所述第一开关单元和第三开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送关断控制信号。

10.一种采用权利要求1～6任一所述脉冲开关控制装置的高频高压脉冲电源，其特征在于，包括低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲变压器装置、控制装置和检测装置，其中，

所述低压直流电源装置用于对低压交流电进行整流滤波处理，输出幅值经过调整的低压直流电源；

所述大功率逆变装置与所述低压直流电源装置连接，用于对所述低压直流电源进行逆变处理，通过占空比调制输出幅值经过调整的双极性低压脉冲电源；

所述脉冲变压器装置与所述大功率逆变装置连接，用于对所述双极性低压脉冲电源进行升压和整流滤波处理，输出高压直流电源；

所述脉冲开关控制装置与所述脉冲变压器装置连接，向负载输出频率经过调整的高压高频脉冲电源；

所述检测装置用于监测所述脉冲开关控制装置输出高压高频脉冲电源的电流和电压，获取输出参数；

所述控制装置分别与所述低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲开关控制装置和检测装置连接，用于根据所述输出参数调节所述低压直流电源的幅值、所述双极性低压脉冲电源的幅值和所述高压高频脉冲电源的频率。

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