CN104579069A - 多功能磁场发生控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能磁场发生控制电路。该控制电路包括电源、可调电阻、双H桥电路模块、线圈、电容、可控开关、开关控制部分和信号源。该控制电路主要由多个双H桥电路模块组成，每个双H桥电路模块中都包含用于产生磁场的线圈和用于储能的电容；信号源产生同步信号通过开关控制部分同步控制双H桥电路模块中的开关和模块之间的可控开关的ON/OFF组合使双H桥电路模块之间既可相互独立也可协同作用；独立的双H桥电路模块可使线圈产生不同类型磁场，多模块协同作用时可使线圈产生宽度可调的脉冲磁场和多线圈聚焦磁场。通过利用开关时序控制和电容线圈充放电可使断电后线圈释放的能量转换成为电能存储到电容中以便被再利用。

Description

多功能磁场发生控制电路

技术领域

本发明涉及一种用于产生磁场的多功能磁场发生控制电路，特别涉及一种基于开关时序控制和RLC振荡产生多种磁场的方法。信号源产生的信号定时控制电路中开关的开启关断状态。可调电阻调整通过负载的电流大小，双H桥电路切换通过负载的电流方向。RLC振荡使电容充电后对线圈放电产生脉冲电流；RLC振荡使线圈断电后释放的能量在电容器和线圈中相互转换。

背景技术

磁场是一种非原子组成的但客观存在的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁场主要可分为恒定磁场、交变磁场、脉动磁场和交变磁场四类。

随着现代科学的发展，人类更加深入了解并掌握磁场的相关特性，应用于生活中的各个领域。生物学中，低频磁场可影响微生物的生存和繁殖；医学中，脉冲磁场可抑制肿瘤细胞生长；食品科学中，交变磁场可影响蔬果的保鲜时间；材料科学中，电磁场有助于烧结导电陶瓷复合材料，等。然而一般的磁场发生控制电路应用较为单一，即只适用于产生一种类型的磁场；控制电路在作用过程中磁场大小和方向不易调节；线圈在断电时所释放的能量转化为热能易使线圈发热。

如，河北大学2009年刘国英硕士论文：脉冲，恒定和交变磁场发生器的研制，提供了三种不同类型磁场的发生方式及其控制电路，电路的功能较为单一；中国发明专利“磁场产生及控制电路”(公布号：CN102237842A，公布日：2011年11月09日)提供了一种可产生均匀且大小可调节的磁场发生控制电路，该控制电路只适用于产生恒定磁场。

有鉴于此，有必要提供一种磁场产生及控制电路，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种多功能磁场发生控制电路，能够同时产生多种类型的磁场，磁场大小和方向可调，且具有节能作用。

一种多功能磁场发生控制电路，包括电源、可调电阻、可控开关、双H桥电路模块、线圈、电容、开关控制部分和信号源。可控开关位于电源与双H桥电路模块之间和双H桥电路模块之间并与之连接。双H桥电路独立作用时，调节可调电阻控制双H桥电路模块的电流大小，开关控制部分根据信号源提供的信号同步控制双H桥电路模块内的开关ON/OFF组合使线圈产生不同类型的磁场；在信号源同步作用下，多个双H桥电路模块同步作用可产生多线圈组合磁场，即磁聚焦。双H桥电路协同作用时，多个双H桥电路模块并联，开关控制部分根据信号源提供的信号同步控制并联双H桥电路模块内的开关ON/OFF组合使该部分模块内的电容并联，并且使并联电容与产生磁场的线圈形成RLC振荡电路，从而产生可形成脉冲磁场的脉冲电流，同时脉冲电流的宽度根据并联电容的数量可调。开关控制部分根据信号源提供的信号同步控制双H桥电路模块内的开关ON/OFF组合使双H桥模块在断电时线圈所释放的电能存储到电容中，以备再利用，既有节能效用也避免该部分能量转变成为热能导致线圈发热。通过本发明的多功能磁场发生控制电路，能够同时产生多种类型的磁场，磁场大小和方向可调，具有节能作用，且结构简单。

附图说明

图1为本发明多功能磁场发生控制电路的原理框图；

图2为本发明实施例中磁场发生控制电路的具体电路；

图2电路中主要元件符号说明：

1：直流电源；

06：是双H桥电路模块0连接电源的可控开关；

02：是双H桥电路模块0的可调电阻；

07、08、09至016：是双H桥电路模块0内部电路的可控开关；

03：是双H桥电路模块0用于产生磁场的线圈；

04：是双H桥电路模块0用于形成RLC振荡电路的可调电阻；

16：是双H桥电路模块1连接电源的可控开关；

12：是双H桥电路模块1的可调电阻；

17、18、19至116：是双H桥电路模块1内部电路的可控开关；

13：是双H桥电路模块1用于产生磁场的线圈；

14：是双H桥电路模块1用于形成RLC振荡电路的可调电阻；

26：是双H桥电路模块2连接电源的可控开关；

22：是双H桥电路模块2的可调电阻；

27、28、29至216：是双H桥电路模块2内部电路的可控开关；

23：是双H桥电路模块2用于产生磁场的线圈；

24：是双H桥电路模块2用于形成RLC振荡电路的可调电阻；

以上各个元器件序号前的0仅表示双H桥电路模块0的元器件，以此类推图中元器件序号前的1、2分别表示双H桥电路模块1、2中元器件。

图3是根据图2的说明作出的单电源双H桥电路磁场发生电路，利用该图可简单有效地说明实施例一中多模块同时产生磁场时的控制方式；

图4为磁场发生控制电路中模块0产生交变磁场的时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图5为磁场发生控制电路中模块1产生脉动磁场的时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图6为磁场发生控制电路中模块2产生脉冲磁场的时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图7为双H桥电路模块中闭合开关8、9、16，断开开关7、10、11、12、13、14、15时电路中的电流方向示意图；

图8为双H桥电路模块中闭合开关7、10、16，断开开关8、9、11、12、13、14、15时电路中的电流方向示意图；

图9为双H桥电路模块中闭合开关7、11、15，断开开关8、9、10、12、13、14、16为电容5充电时电路中的电流方向示意图；

图10为双H桥电路模块中闭合开关11、14、15，断开开关7、8、9、10、12、13、16电容5放电时电路中的电流方向示意图；

图11为多模块协同作用产生宽度可调脉冲磁场的动作开关时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图12为多模块协同作用产生宽度可调脉冲磁场并联电容充电时电路中的电流方向示意图；

图13为多模块协同作用产生宽度可调脉冲磁场并联电容放电时电路中的电流方向示意图；

附图中，虚线箭头表示电流方向。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明的技术方案、优点做进一步的详细描述。

(实施例一)

如图2所示，图2是根据本发明结构图图1提供的控制电路，该电路图由3个独立的双H桥电路模块经可控开关2、3并联。下面就图2控制电路进行相关控制操作，双H桥电路模块0、1、2同时作用，其线圈分别产生交变磁场、脉动磁场和脉冲磁场。

如图3所示，图3是根据本发明控制电路图2提供的独立双H桥电路模块电路图。本发明的实施例一就以图3说明双H桥电路模块0、1、2分别产生不同磁场的具体实施方式。

根据图3和图4所示，在设定可调电阻2的阻值后，双H桥电路通电，开关6、16保持闭合状态不变，开关11、12、13、14、15保持断开状态不变，开关8、9与开关7、10以时间周期t₀交替闭合和断开；当开关8、9闭合，开关7、10断开时，电路中线圈3电流方向如图7所示；当开关7、10闭合，开关8、9断开时，电路中线圈电流方向如图8所示；因此，线圈产生交变磁场。

根据图3和图5所示，在设定可调电阻2的阻值后，双H桥电路通电，开关6、16保持闭合状态不变，开关8、9、11、12、13、14、15保持断开状态不变，开关7、10以时间周期t₁交替闭合和断开；当开关7、10闭合时，电路中线圈3电流方向如图8所示；当开关7、10断开时，电路中线圈电流为零；因此，线圈产生脉动磁场。若将动作开关7、10更换为开关8、9动作可产生反方向脉动磁场。

根据图3和图6所示，在设定可调电阻2、4的阻值后，双H桥电路通电，开关6、16保持闭合状态不变，开关8、9、10、12、13、15保持断开状态不变，闭合开关7，电容5充电，电流方向如图9所示，在该状态下持续t₂时间电容电充满；其中t₂应满足t₂＞5τ，因电容电压只需经历5τ(τ为RC电路时间常数其值为τ＝RC)时间就已超过最大值的99％，趋于稳态，故取t₂＞5τ，电容5两端的电压达到最大并且已经稳定。断开开关7，同时闭合开关14，此时线圈3、可调电阻4和电容5形成RLC串联电路，电容5对线圈3和可调电阻4放电，电流方向如图10所示。在满足关系式的条件下，RLC电路产生过阻尼或临界阻尼振荡，电路产生脉冲电流，线圈产生脉冲磁场，在线圈中产生的双指数衰减脉冲磁场的上升时间t_r和脉冲宽度t_w由该放电回路的参数决定：在开关14闭合持续t₄时间后断开，故t₄＝t_w。如图6，开关7以周期时间t₃交替闭合和断开，同时开关14以周期时间t₅交替闭合和断开，电容5交替充电和放电，线圈3产生以t₅为周期的脉冲磁场。若将动作开关7、14更换为开关9、13动作可产生反方向脉冲磁场。

该实施例说明含多个双H桥电路模块的多功能磁场发生控制电路可同时产生多种类型的磁场，磁场大小和方向可调；并且在该过程中断开可控开关2、3，双H桥电路模块之间相互独立；若改变各个双H桥电路模块的线圈空间位置，线圈同时产生磁场可形成多线圈组合型磁场，即聚焦磁场。

(实施例二)

如图2所示，图2是根据本发明结构图图1提供的控制电路，该电路图由3个独立的双H桥电路模块经可控开关2、3并联。下面就图2控制电路进行相关控制操作，双H桥电路模块0、1、2协同作用，由线圈13产生宽度可调的脉冲磁场。

图11是本实施例的开关时序图，根据图2电路图，该图中未标示出的开关表示该开关一直保持断开状态未动作。

根据图2和图11，在设定可调电02、14的阻值后，双H桥电路通电，开关2、3、07、011、015、17、111、115、27、211和215保持闭合状态不变，此时双H桥电路模块0、1、2中的电容处于并联状态，闭合开关06，电容05、15、25处于充电状态，控制电路中的电流方向如图12所示，根据图12中的电流流向再次验证此时电容05、15、25处于并联状态，在该状态下持续t₆时间电容电充满；其中t₆应满足t₆＞5τ，因电容电压只需经历5τ(τ为RC电路时间常数其值为τ＝RC，其中本电路在该状态下C＝C₀₅+C₁₅+C₂₅)时间就已超过最大值的99％，趋于稳态，故取t₆＞5τ，电容05、15、25两端的电压达到最大并且已经稳定。

断开开关06，同时闭合开关114，此时线圈13、可调电阻14和并联电容组05、15、25形成RLC串联电路，电容组对线圈13和可调电阻14放电，电流方向如图13所示。在RLC放电回路中的参数满足关系式的条件下，RLC电路产生过阻尼或临界阻尼振荡，电路产生脉冲电流，线圈产生脉冲磁场，在线圈中产生的双指数衰减脉冲磁场的上升时间t_r和脉冲宽度t_w由该放电回路的参数决定：其中，C＝C₀₅+C₁₅+C₂₅；在开关114闭合持续t₈时间后断开，故t₈＝t_w，而t_w的大小和RLC串联电路中的电容值正相关，则改变电容组并联电容个数可改变t_w的大小。

如图11，开关06以周期时间t₇交替闭合和断开，同时开关114以周期时间t₉交替闭合和断开，电容组05、15、25交替充电和放电，线圈13产生以t₉为周期t₈为脉宽的脉冲磁场，其中t₈随电容组并联电容的数量变化而变化。

体领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (5)

1.一种多功能磁场发生控制电路，包括电源、可调电阻、双H桥电路模块、线圈、电容、可控开关、开关控制部分和信号源，其特征在于所述电源用于为电路提供直流稳压电源；

所述可调电阻，用于根据所需磁场强度调整通过所述线圈的电流大小和根据RLC电路所需的振荡类型调节RLC电路中电阻的阻值；

所述可控开关是双H桥电路模块之间以及与所述电源之间的连接开关，控制所述双H桥电路模块通电与否和控制两个所述双H桥电路模块之间相互独立或者相互协作；

所述双H桥电路模块是该控制电路的基本组成单元，所述控制电路可由多个所述双H桥电路模块通过所述可控开关连接而成，每个所述双H桥电路模块都包含用于产生磁场的所述线圈和用于储能的所述电容。

2.如权利要求书1所述双H桥电路模块，其特征在于所述电路模块独立作用时，根据所述信号源产生的开关同步控制信号，使所述电路模块中通过所述线圈的电流波形产生变化，从而产生不同类型的磁场。

3.如权利要求书1所述双H桥电路模块，其特征在于该电路模块协同作用时，当所述双H桥电路模块之间的所述可控开关闭合，模块之间并联，通过所述信号源产生的开关控制信号，并联模块的电容之间相互并联并且数量可调，从而改变总的容值大小，改变电容对所述线圈放电时产生的脉冲磁场的脉冲宽度；当所述双H桥电路模块之间的所述可控开关断开时，模块之间通过所述信号源产生的开关控制信号同步作用产生磁场，多模块之间协同作用可产生多磁场聚焦效应。

4.如权利要求书2所述双H桥电路模块，其特征在于该电路模块通过所述信号源产生的开关控制信号控制电路中的开关状态，使通过所述线圈的电流信号改变，从而可产生恒磁场、脉动磁场、交变磁场和脉冲磁场；在产生脉冲磁场的过程中，所述电容充当储能元器件充电，再对所述线圈放电产生脉冲电流进而产生脉冲磁场；当线圈断电时所述电容充当储能元器件存储所述线圈断电时释放的电能以备再利用，避免该部分能量以热能的形式散发使所述线圈发热，体现节能效应。

5.如权利要求书3所述双H桥电路模块并联协同作用，其特征在于所述线圈断电时释放的电能可存储到并联双H桥电路模块中的所述电容中去，同时所述电容中存储的电能可对并联双H桥电路模块中的所述线圈放电，体现节能效应。