CN206698031U - 一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，飞机上的28V直流电源通过稳流充电电源V1、滤波电感L2和超级电容储能器C7为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，在超级电容储能器C7和发射桥路之间并联Boost升压电路实现控制发射电流波形的上升沿，由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成的H桥电路实现发射电流波形为双极性，IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4两端分别并联电容C1、电容C2、电容C3、电容C4作为缓冲吸收电路，H桥电路与发射线圈连接，发射线圈两端并联馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿，它基于谐振原理的发射技术不仅能有效地控制发射波形边沿，而且利用了关断瞬间电感的储能，提高了发射机的效率。

Description

一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路

技术领域

本实用新型涉及电磁勘探技术领域，尤其涉及一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路。

背景技术

固定翼时间域航空电磁法具有探测深度大、测量精度高的技术特点,是我国急需的快速高效的大深度矿产勘查装备技术，基于安全性和经济性的考虑，选用国产Y12飞机作为航空电磁勘查系统的搭载平台，为了在低供电电压条件下实现大磁矩发射，发射系统选用低阻多匝发射线圈，但线圈电感量大，电阻小，较大的时间常数(L/R)导致上升沿和下降沿过渡时间长，很难得到理想的脉冲电流波形。

国内外早期普遍采用半正弦波谐振发射技术来解决低阻、大电感发射线圈带来的上述问题，通过发射线圈串接谐振电容的方式，将发射电流关断瞬间电感存储的磁场能转换为电容中的电场能，提供给下一个脉冲，极大地缩短了上升沿时间，提高了发射机的效率，但该电路较难实现发射脉宽可调，且发射电流波形是半正弦波，浅层分辨能力不高。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提供一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，它针对航空发射低供电电压、多匝线圈、低阻、大电感的特点，基于谐振原理的发射技术不仅能有效地控制发射波形边沿，而且利用了关断瞬间电感的储能，提高了发射机的效率，实现了大发射磁矩。

本实用新型的技术方案是：提供一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，它是由稳流充电电源V1、滤波电感L2、超级电容储能器C7、Boost升压电路、H桥电路、馈能恒压钳位电路、阻断二极管、发射线圈组成，Boost升压电路由电感L3、IGBTS5、二极管D2、高压电容C6组成，H桥电路由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成，馈能恒压钳位电路由阻断二极管D4、阻断二极管D5、高压电容C5组成，阻断二极管由阻断二极管D1、阻断二极管D3组成，发射线圈由电感L1、电阻R1构成，飞机上的28V直流电源通过稳流充电电源V1、滤波电感L2和超级电容储能器C7为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，在超级电容储能器C7和发射桥路之间并联Boost升压电路实现控制发射电流波形的上升沿，由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成的H桥电路实现发射电流波形为双极性，IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4两端分别并联电容C1、电容C2、电容C3、电容C4作为缓冲吸收电路，H桥电路与发射线圈连接，发射线圈两端并联馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿；

双极性发射波形的正向和负向的控制原理相同，以下只对正向发射波形进行说明：

第一阶段为预储能阶段：IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4断开，Boost升压电路中的IGBTS5以一定频率和占空比进行开关，将高压电容C6两端电压上升到一个预定值；

第二阶段为上升沿阶段：IGBTS1、IGBTS4闭合，IGBTS2、IGBTS3依然处于断开状态，IGBTS5断开，由高压电容C6、二极管D3、IGBTS1、电感L1、电阻R1、IGBTS4形成发射回路，实现发射电流波形的上升沿；

第三阶段为平顶阶段：IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4、IGBTS5的状态与第二阶段一样，高压电容C6两端电压下降到超级电容储能器C7的电压值，由超级电容储能器C7、二极管D1、开关S1、电感L1、电阻R1、IGBTS4形成发射回路，实现发射电流波形的平顶阶段；

第四阶段为下降沿阶段：IGBTS1、IGBTS4断开，IGBTS2、IGBTS3依然处于断开状态，IGBTS5断开，发射线圈中的能量通过电感L1、电阻R1、二极管D4、高压电容C5、IGBTS3中的反并联二极管，形成续流回路，通过高压电容C5将发射线圈两端的电压钳到一个高位，缩短了下降沿时间，实现发射电流波形的下降沿阶段

优选的，馈能恒压钳位电路由阻断二极管D4、阻断二极管D5和高压电容C5组成，关断期间储存在高压电容C5中的能量，将于下次发射期间回馈到发射桥路，而不是回馈到电源或消耗在电阻器件上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：针对航空发射低供电电压、多匝线圈、低阻、大电感的特点，基于谐振原理的发射技术不仅能有效地控制发射波形边沿，而且利用了关断瞬间电感的储能，提高了发射机的效率，实现了大发射磁矩，通过超级电容储能器为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，克服了飞机电源瞬时功率输出不足的问题，在超级电容储能器和发射桥路之间并联Boost升压电路实现控制发射电流波形的上升沿，发射线圈两端并联馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿。

附图说明

下面根据图进一步对本实用新型加以说明:

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的电路示意结构图；

具体实施方式

下面结合图对本实用新型作进一步详细的说明，需要说明的是，图仅用于解释本实用新型，是对本实用新型实施例的示意性说明，而不能理解为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，IGBT为是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1、图2所示，一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，它是由稳流充电电源V1、滤波电感L2、超级电容储能器C7、Boost升压电路、H桥电路、馈能恒压钳位电路、阻断二极管、发射线圈组成，Boost升压电路由电感L3、IGBTS5、二极管D2、高压电容C6组成，H桥电路由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成，馈能恒压钳位电路由阻断二极管D4、阻断二极管D5、高压电容C5组成，阻断二极管由阻断二极管D1、阻断二极管D3组成，发射线圈由电感L1、电阻R1构成，飞机上的28V直流电源通过稳流充电电源V1、滤波电感L2和超级电容储能器C7为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，在超级电容储能器C7和发射桥路之间并联Boost升压电路实现控制发射电流波形的上升沿，由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成的H桥电路实现发射电流波形为双极性，IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4两端分别并联电容C1、电容C2、电容C3、电容C4作为缓冲吸收电路，H桥电路与发射线圈连接，发射线圈两端并联馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿；

双极性发射波形的正向和负向的控制原理相同，以下只对正向发射波形进行说明：

第一阶段为预储能阶段：IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4断开，Boost升压电路中的IGBTS5以一定频率和占空比进行开关，将高压电容C6两端电压上升到一个预定值；

第二阶段为上升沿阶段：IGBTS1、IGBTS4闭合，IGBTS2、IGBTS3依然处于断开状态，IGBTS5断开，由高压电容C6、二极管D3、IGBTS1、电感L1、电阻R1、IGBTS4形成发射回路，实现发射电流波形的上升沿；

第三阶段为平顶阶段：IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4、IGBTS5的状态与第二阶段一样，高压电容C6两端电压下降到超级电容储能器C7的电压值，由超级电容储能器C7、二极管D1、开关S1、电感L1、电阻R1、IGBTS4形成发射回路，实现发射电流波形的平顶阶段；

第四阶段为下降沿阶段：IGBTS1、IGBTS4断开，IGBTS2、IGBTS3依然处于断开状态，IGBT S5断开，发射线圈中的能量通过电感L1、电阻R1、二极管D4、高压电容C5、IGBTS3中的反并联二极管，形成续流回路，通过高压电容C5将发射线圈两端的电压钳到一个高位，缩短了下降沿时间，实现发射电流波形的下降沿阶段

优选的，馈能恒压钳位电路由阻断二极管D4、阻断二极管D5和高压电容C5组成，关断期间储存在高压电容C5中的能量，将于下次发射期间回馈到发射桥路，而不是回馈到电源或消耗在电阻器件上。

如图2所示，大功率稳流充电电源V1通过滤波电感L2为超级电容储能器C7充电，由超级电容储能器为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，克服了飞机电源瞬时功率输出不足的问题；由储能电感L3、IGBTS5、二极管D2、高压电容C6组成Boost升压电路，实现控制发射电流波形的上升沿；由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4组成H桥电路，实现发射波形为双极性；在IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4两端分别并联电容C1、C2、C3、C4作为缓冲吸收电路，可以有效抑制开关过程中的浪涌电压，减小关断损耗；发射线圈为电阻R1串联电感L1组成的等效模型；由阻断二极管D4、阻断二极管D5，高压电容C5组成馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿。

本实用新型针对航空发射低供电电压、多匝线圈、低阻、大电感的特点，基于谐振原理的发射技术不仅能有效地控制发射波形边沿，而且利用了关断瞬间电感的储能，提高了发射机的效率，实现了大发射磁矩，通过超级电容储能器为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，克服了飞机电源瞬时功率输出不足的问题，在超级电容储能器和发射桥路之间并联Boost升压电路实现控制发射电流波形的上升沿，发射线圈两端并联馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿。

以上所述为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种改进和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等均应含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，它是由稳流充电电源V1、滤波电感L2、超级电容储能器C7、Boost升压电路、H桥电路、馈能恒压钳位电路、阻断二极管、发射线圈组成，其特征在于：Boost升压电路由电感L3、IGBTS5、二极管D2、高压电容C6组成，H桥电路由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成，馈能恒压钳位电路由阻断二极管D4、阻断二极管D5、高压电容C5组成，阻断二极管由阻断二极管D1、阻断二极管D3组成，发射线圈由电感L1、电阻R1构成，飞机上的28V直流电源通过稳流充电电源V1、滤波电感L2和超级电容储能器C7为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，在超级电容储能器C7和发射桥路之间并联Boost升压电路实现控制发射电流波形的上升沿，由IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4构成的H桥电路实现发射电流波形为双极性，IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4两端分别并联C1、电容C2、电容C3、电容C4作为缓冲吸收电路，H桥电路与发射线圈连接，发射线圈两端并联馈能恒压钳位电路，实现控制发射电流波形的下降沿；

双极性发射波形的正向和负向的控制原理相同，以下只对正向发射波形进行说明：

第一阶段为预储能阶段：IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4断开，Boost升压电路中的IGBTS5以一定频率和占空比进行开关，将高压电容C6两端电压上升到一个预定值；

第二阶段为上升沿阶段：IGBTS1、IGBTS4闭合，IGBTS2、IGBTS3依然处于断开状态，IGBTS5断开，由高压电容C6、二极管D3、IGBTS1、电感L1、电阻R1、IGBTS4形成发射回路，实现发射电流波形的上升沿；

第三阶段为平顶阶段：IGBTS1、IGBTS2、IGBTS3、IGBTS4、IGBTS5的状态与第二阶段一样，高压电容C6两端电压下降到超级电容储能器C7的电压值，由超级电容储能器C7、二极管D1、开关S1、电感L1、电阻R1、IGBTS4形成发射回路，实现发射电流波形的平顶阶段；

第四阶段为下降沿阶段：IGBTS1、IGBTS4断开，IGBTS2、IGBTS3依然处于断开状态，IGBTS5断开，发射线圈中的能量通过电感L1、电阻R1、二极管D4、高压电容C5、IGBTS3中的反并联二极管，形成续流回路，通过高压电容C5将发射线圈两端的电压钳到一个高位，缩短了下降沿时间，实现发射电流波形的下降沿阶段。

2.根据权利要求1所述一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，其特征在于：馈能恒压钳位电路由阻断二极管D4、阻断二极管D5和高压电容C5组成，关断期间储存在高压电容C5中的能量，将于下次发射期间回馈到发射桥路，而不是回馈到电源或消耗在电阻器件上。