CN105634447B

CN105634447B - 产生多种磁场的节能控制电路

Info

Publication number: CN105634447B
Application number: CN201610020958.6A
Authority: CN
Inventors: 熊慧; 孙万鹏; 鹿文龙; 刘近贞
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2018-10-19
Anticipated expiration: 2036-01-11
Also published as: CN105634447A

Abstract

本发明提供了一种产生多种磁场的节能控制电路，特别是基于开关时序控制和RLC振荡产生多种磁场的节能控制电路。该控制电路包括电源模块、信号控制模块、全H桥电路模块、电容器和带阻抗线圈组成的RLC振荡电路模块、控制开关模块以及限流电阻。该控制电路通过对“基于开关时序控制和RLC振荡产生磁场的节能控制电路”(公布号：CNI04617840A，公布日期：2015年5月13日)的改进，不仅能够产生恒磁场和交变磁场，还可以产生双极型脉冲磁场，并且每种工作模式都具有节能作用。本发明通过开关时序控制能够产生多种磁场，电路结构简单，使用方便；通过RLC振荡电路能够储存该控制电路断电后线圈释放的电能，并可以再次利用，以及有效减少线圈发热。

Description

产生多种磁场的节能控制电路

技术领域

本发明提供一种产生多种磁场的节能控制电路，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节能控制电路。

背景技术

随着对电磁技术的深入研究，生物磁学也随之发展起来，目前已在生活的各个领域中得到广泛应用。在生物医学领域中，磁靶向给药技术的应用；在农业科技领域中，经过交变磁场的磁处理技术提高植物的抗逆性，等。一般的磁场发生控制电路在断电时释放的能量转化为热能使线圈发热；传统的信号发生电路和功率放大电路结构复杂，增加了成本。

中国发明专利“基于开关时序控制和RLC振荡产生磁场的节能控制电路”(公布号：CNI04617840A，公布日期：2015年5月13日)涉及一种基于RLC振荡节能的产生恒磁场和交变磁场的方法，但其使用过程中无法产生双极型脉冲磁场。

为了弥补以上专利的不足，本发明改进了其电路结构，增加了其产生双极型脉冲磁场的功能，并具有节能作用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种产生多种磁场的节能控制电路，是基于“基于开关时序控制和RLC振荡产生磁场的节能控制电路”(公布号：CNI04617840A，公布日期：2015年5月13日)的改进电路，主要解决现有磁场发生装置产生磁场功能单一，且在使用过程中线圈发热的问题。

本发明提供的一种产生多种磁场的节能控制电路，能够产生双极型脉冲磁场、恒磁场和交变磁场，且具有节能作用。该电路其中包括含：电源模块V，双H桥电路，可调电阻R2，带阻抗线圈L和电容器组成的RLC振荡电路、信号控制模块Z1和相应的控制开关S1～S8。

本发明所涉及的信号控制模块Z1输出PWM信号同步控制开关模块的闭合和断开。

本发明可以用采用以下解决方案：通过调节可控电阻R2阻值，控制通过带阻抗线圈L的电流大小。

进一步，通过信号控制模块Z1同步控制H桥电路中的开关模块S1～S8闭合或断开，用来控制流过带阻抗线圈L的电流方向。

进一步，通过信号控制模块Z1同步控制H桥电路中的开关模块S1～S8闭合或断开，用来控制主电路断电之后带阻抗线圈L释放得能量通过RLC振荡电路存储到电容器C中，以备下次再次利用。

进一步，通过信号控制模块Z1同步控制H桥电路中的开关模块S1～S8闭合或断开，用来控制电容器C进行充电后通过RLC振荡电路向带阻抗线圈L释放电能，形成脉冲电流。

进一步，通过信号控制模块Z1同步控制H桥电路中的开关模块S1～S8闭合或断开，用来控制主电路断电后电容器C通过RLC振荡电路释放完毕后回收存储带阻抗线圈L中存储的能量存储到电容器C中，以备下次再次利用。

采用上述解决方案，通过控制开关模块S1～S8，可产生双极型脉冲磁场、恒磁场和交变磁场，并且每种磁场模式都具有节能作用，有效改进了“基于开关时序控制和RLC振荡产生磁场的节能控制电路”(公布号：CNI04617840A，公布日期：2015年5月13日)，解决了现有磁场发生装置产生磁场功能单一的问题，并且有效解决了磁场发生装置在工作过程中线圈发热的问题。

附图说明

图1为产生多种磁场的节能控制电路示意图；

图2为实施例一产生双极型脉冲磁场的开关控制时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图3为实施例二产生恒磁场的开关控制时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图4为实施例三产生交变磁场的开关控制时序图，图中高电平表示开关的闭合，低电平表示开关断开；

图5为开关模块中S1、S5、S8闭合，S2、S3、S4、S6、S7断开时电路中电流方向示意图；

图6为开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，电容器C通过RLC振荡电路向线圈L放电时电路中电流方向示意图；

图7为开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，带阻抗线圈L通过RLC振荡电路向电容器C放电时电路中电流方向示意图；

图8为开关模块中S3、S6、S7闭合，S1、S2、S4、S5、S8断开，电容器C反向充电时电流方向示意图；

图9为开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，电容器C通过RLC振荡电路向带阻抗线圈L反向放电时电路中电流方向示意图；

图10为开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，带阻抗线圈L通过RLC振荡电路向电容器C反向放电时电路中电流方向示意图；

图11为开关模块中S1、S4闭合，S2、S3、S5、S6、S7、S8断开时电路中电流方向示意图；

图12为开关模块中S3、S2闭合，S1、S4、S5、S6、S7、S8断开时电路中电流方向示意图；

附图中各标号所代表的部件如下：

V：直流电源；

R1：可调电阻；

L：带阻抗线圈；

R2：线圈阻抗；

C：储能电容器；

S1～S8：可控开关。

虚线箭头表示电路中电流的方向。

具体实施方式

为了使本发明的目的和、特征和优点容易明白，下面通过具体实施事例进一步进行详细描述。

实施例一，产生双极型脉冲磁场及节能示例。

根据图1和图2所示，调整好可调电阻R2阻值后，H桥电路通电，通过控制信号控制开关模块中S1、S5、S8闭合，S2、S3、S4、S6、S7断开，直流电源V通过电阻R1向电容器C充电，充电时间为t₀，其中t₀应满足t₀＞4.6τ₁(τ₁为RC电路时间常数，τ₁＝R₁C，R₁为可调电阻R2的阻值，C为电容器C的容值)，因为当电容器充电时间大于4.6τ₁时，电容两端电压值达到直流电源V电压值得99％，已趋于稳定状态，其电流方向如图5所示。

当电容器C充电完毕后，开关模块中S1、S8断开，S5、S6闭合，S2、S3、S4、S7保持断开，此时电容器C和带阻抗线圈L组成RLC振荡电路，电容器C通过RLC振荡向带阻抗线圈L放电，在带阻抗线圈L中产生正向脉冲电流，从而产生正向脉冲磁场，电容器C放电完毕后电容器两端电压降为零，带阻抗线圈L的电流达到最大，电容器C通过RLC振荡电路放电时间为t₁，在电容器C和带阻抗线圈组成的RLC振荡电路中电容器C的容值为C，带阻抗线圈L的感值为L，其阻抗为R2，电容器C放电过程中其两端电压值为其中若时，该振荡为欠阻尼振荡过程，所以欠阻尼状态下电容器C放电时间为时，电容器两端电压降为零，其电流方向如图6所示。

当电容器C通过RLC振荡电路放电完毕后，开关模块中S5、S6保持闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8保持断开，带阻抗线圈L再通过RLC振荡电路向电容器C释放能量，储存到电容器C中，通过带阻抗线圈L的电流降为零时，电容器C储存能量完成，经历时间为t₂，其电流方向如图7所示。

当带阻抗线圈L经过t₂时间释放能量完毕后，开关模块中S3、S6、S7闭合，S1、S2、S4、S5、S8断开，直流电源V通过可变电阻R1向电容器C反向充电，经过时间t3，电容器C两端电压达到直流电源V额定值，其电流方向如图8所示。

当电容器C经过时间t₃反向充电完毕后，开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，此时电容器C和带阻抗线圈L组成RLC振荡电路，电容器C通过RLC振荡向带阻抗线圈L反向放电，在带阻抗线圈L中产生反向脉冲电流，从而产生反向脉冲磁场，经过时间t4电容器C放电完成，电容器两端电压降为零，带阻抗线圈L的电流达到最大，其中时间其电流方向如图9所示。当电容器C通过RLC振荡电路反向放电完毕后，开关模块中S5、S6保持闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8保持断开，带阻抗线圈L通过RLC振荡电路向电容器C释放能量，储存到电容器C中，通过带阻抗线圈L的电流降为零时，电容器C储存能量完成，S5、S6断开，经历时间为t₅，其电流方向如图10所示。

通过以上实施方法可在主电路中产生周期为T的双极型脉冲磁场，其中周期T＝t₀+t₁+t₂+t₃+t₄+t₅。在实施过程中，电容器C通过RLC振荡电路储存带阻抗线圈L释放的能量并在下次产生脉冲电流时得到再次利用，避免了带阻抗线圈L中的能量转变成热能散发掉，减少能源的浪费。

实施例二，产生恒磁场及节能示例。

根据图1和图3所示，调整好可调电阻R1阻值后，H桥电路通电，通过控制信号控制开关模块中S1、S4闭合，S2、S3、S5、S6、S7、S8断开，使带阻抗线圈L通过恒定电流，用来产生恒磁场，通过带阻抗线圈L1的恒定电流持续时间为t₆，其中时间t₆应满足t₆＞5τ₂，因为带阻抗线圈L具有感抗，在通电流过程中具有阻碍电流通过作用，经过5τ₂时间后，流过带阻抗线圈L电流可以达到原电流值的99％以上，趋于稳定状态，其中τ₂为RL电路时间常数，其值为τ₂＝L/R，电流方向如图11所示。

当结束恒磁场作用时，开关模块中S1、S4断开，同时S5、S6闭合，S2、S3、S7、S8保持断开，这时电容器C和带阻抗线圈L组成RLC振荡电路，带阻抗线圈L对电容器C进行放电，带阻抗线圈放电完毕后电流降为零，电容器C电压达到最大时，电容器C储存能量完成，开关模块中S5、S6断开，其经历时间为t₇。在带阻抗线圈L和电容器C组成的RLC振荡电路中，电容器C容值为C，带阻抗线圈L感值为L，其阻抗R2阻值为R2，所以振荡电路在满足时，电容器C充电过程中其两端电压值为其中所以欠阻尼状态下电容器C充电时间其电流方向如图7所示。

当电容器C中储存的能量再利用时，电容器C中储存的能量可以通过RLC振荡电路向带阻抗线圈L放电，实现能量的再次利用。具体操作为：调整好可调电阻R1的阻值后，H桥电路通电，通过控制信号控制开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，电容器C和带阻抗线圈L组成RLC振荡电路，电容器C1通过RLC振荡向带阻抗线圈L放电，电容器C放电完毕后电容器两端电压降为零，带阻抗线圈L的电流达到最大，开关模块中S5、S6断开，电容器C通过RLC振荡电路放电时间为t8，如果时，该振荡为欠阻尼振荡过程，所以欠阻尼状态下电容器C放电时间其电流方向如图9所示。

这样在主电路断电时带阻抗线圈L中的能量会通过RLC振荡电路释放到电容器C中，避免了带阻抗线圈L中的能量转变成热能散发到空气中，可以减少带阻抗线圈L发热。

实施例三，产生交变磁场及节能示例。

根据图1和图4所示，在设定可调电阻R2的阻值后，H桥电路通电，通过控制信号控制开关模块中S1、S4组合和S2、S3组合以时间周期t9交替闭合和断开，这样通过带阻抗线圈L的电流方向就会以时间周期t9交替改变，通过交变电流，从而带阻抗线圈L中产生交变磁场。当开关模块中S1、S4闭合，S2、S3、S5、S6、S7、S8断开时，电路中的电流方向如图11所示；当开关模块中S2、S3闭合，S1、S4、S5、S6、S7、S8断开时，电路中电流方向如图12所示。

当主电路断电时，若断电前一刻为控制开关模块中S1、S4闭合，S2、S3、S5、S6、S7、S8断开，则控制开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，这时电容器C和带阻抗线圈L组成RLC振荡电路。带阻抗线圈L对电容器C进行放电，带阻抗线圈L放电完毕后电流达到最小值零，电容器C电压达到最大，开关模块中S5、S6断开，其经历时间为t₁₀。在带阻抗线圈L和电容器C组成的RLC振荡电路中，电容器C容值为C，带阻抗线圈L感值为L，其阻抗R2阻值为R2，所以振荡电路在满足时，产生振荡为欠阻尼振荡过程，电容器C充电过程中其两端电压值为其中所以欠阻尼状态下电容器C放电时间为时，电容器两端电压达到最大，RLC振荡电路中电流将为零，其电流方向如图7所示。

当电容器C中储存的能量再利用时，电容器C中储存的能量可以通过RLC振荡电路向带阻抗线圈L放电，实现能量的再次利用。具体操作为：调整好可调电阻R1的阻值后，H桥电路通电，通过控制信号控制开关模块中S5、S6闭合，S1、S2、S3、S4、S7、S8断开，电容器C和带阻抗线圈L组成RLC振荡电路，电容器C1通过RLC振荡向带阻抗线圈L放电，电容器C放电完毕后电容器两端电压降为零，带阻抗线圈L的电流达到最大，开关模块中S5、S6断开，电容器C通过RLC振荡电路放电时间为t₁₀，如果时，该振荡为欠阻尼振荡过程，所以欠阻尼状态下电容器C放电时间其电流方向如图9所示。

这样在主电路断电时带阻抗线圈L中的能量会通过RLC振荡电路释放到电容器C中，避免了带阻抗线圈L中的能量转变成热能散发到空气中，可以减少电路发热情况，实现了节能的目的，提高了能源的利用率。

本领域的技术人员容易理解，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

1.一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于，包括电源模块V、信号控制模块Z1、双H桥电路模块、电容器C和带阻抗线圈L组成的RLC振荡电路模块、开关模块S1～S8以及可调电阻R1，其中，S7设置在S2与电容器C之间，S8设置在S4与电容器C之间；

通过所述信号控制模块Z1控制所述H桥电路开关模块中的S5、S6、S8闭合或者S5、S6、S7闭合，通过RLC振荡电路使所述带阻抗线圈L产生双极型脉冲磁场；

主电路断电后，通过所述信号控制模块Z1控制所述H桥电路开关模块中的S5、S6、S8闭合或者S5、S6、S7闭合，通过RLC振荡电路使所述带阻抗线圈L在主电路断电后释放的能量存储到所述电容器C中，以备下次利用。

2.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于所用电源为直流电源，用于为该控制电路提供稳压电源。

3.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于所述带阻抗线圈L的阻抗为R2，用来产生不同的磁场。

4.如权利要求1或3所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于主电路断电后通过RLC振荡电路回收带阻抗线圈L所释放的能量以及通过RLC振荡电路产生双极型脉冲磁场。

5.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于通过时序控制开关模块中开关组合的闭合和断开实现产生相应磁场。

6.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于为实现相应的磁场及作用同步控制该控制电路中所述开关模块S1～S8相应的开关组合。

7.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于调节通过所述带阻抗线圈L的电流大小。

8.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于通过所述信号控制模块Z1控制所述双H桥电路开关模块中的S1、S4闭合或者S3、S2闭合，使所述带阻抗线圈L产生恒磁场和交变磁场。

9.如权利要求1所述的一种产生多种磁场的节能控制电路，其特征在于通过所述信号控制模块Z1控制所述H桥电路开关模块中的S1、S5、S8闭合或者S2、S6、S7闭合，使所述电容器C充电。