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申请/专利权人：重庆璀陆探测技术有限公司

摘要：本发明公开了一种瞬变电磁发射机馈能型恒压双钳位电路及其控制方法，包括外部直流电源、主控电路、全桥发射电路、钳位电路、补能单元、储能模块和发射线圈，外部直流电源连接全桥发射电路为其提供直流电压；全桥发射电路连接发射线圈为其提供正向或反向的发射电流；储能模块经钳位电路连接全桥发射电路；所述钳位电路还为发射线圈提供电压钳位；外部直流电源经补能单元连接储能模块，在发射电流停供电期间为储能模块补充能量，使得发射电流上升沿线性提升。主控电路为全桥发射电路、钳位电路、补能单元提供通断时序。本发明产生瞬变电磁发射机所需前后沿对称的双极性梯形波电流；再采用储能模块储存发射电流下降沿期间线圈回馈的能量。

主权项：1.一种瞬变电磁发射机馈能型恒压双钳位电路，包括外部直流电源1，其特征在于，还包括主控电路2、驱动电路3、全桥发射电路4、钳位电路5、补能单元6、储能模块7和发射线圈8，外部直流电源1连接全桥发射电路4为其提供直流电压；全桥发射电路4连接发射线圈8为其提供正向或反向的发射电流；储能模块7经钳位电路5连接全桥发射电路4，在发射电流上升沿期间为发射线圈8提供能量，在发射电流下降沿期间储存发射线圈8回馈的能量；所述钳位电路5分别在发射电流上升沿和下降沿期间为发射线圈8与储能模块7提供发射电流的流通通路，钳位电路5还为发射线圈8提供电压钳位；外部直流电源1经补能单元6连接储能模块7，用于在发射电流停供电期间为储能模块7补充能量；主控电路2经驱动电路3连接全桥发射电路4、钳位电路5、补能单元6为其提供通断时序；所述全桥发射电路4包括可控硅开关J1、可控硅开关J2、可控硅开关J3、可控硅开关J4，其中可控硅开关J1设置有续流二极管D1，可控硅开关J2设置有续流二极管D2，可控硅开关J3设置有续流二极管D3；可控硅开关J4设置有续流二极管D4；外部直流电源1的正极连接快恢复二极管D7正极，快恢复二极管D7的负极连接可控硅开关J1的集电极，可控硅开关J1的集电极并接可控硅开关J3的集电极，可控硅开关J1的发射极经发射线圈8连接可控硅开关J3的发射极，可控硅开关J1的发射极还连接可控硅开关J2的集电极，可控硅开关J3的发射极还连接可控硅开关J4的集电极，可控硅开关J2的发射极并接可控硅开关J4的发射极后连接外部直流电源1的负极；可控硅开关J1的控制端、可控硅开关J2的控制端、可控硅开关J3的控制端、可控硅开关J4的控制端连接主控电路2；所述储能模块7为储能电容，所述钳位电路5包括可控硅开关J5，可控硅开关J5设置有续流二极管D5，储能电容的一端连接可控硅开关J5的集电极，可控硅开关J5的发射极连接可控硅开关J1的集电极，可控硅开关J4的发射极连接储能电容的另一端；可控硅开关J5的控制端连接主控电路2；所述补能单元6包括储能电感、快恢复二极管D6和可控硅开关J6；储能电感的一端连接外部直流电源1的正极，储能电感的另一端连接可控硅开关J6的集电极，可控硅开关J6的发射极连接外部直流电源1的负极，储能电感Lb的另一端还连接快恢复二极管D6的正极，快恢复二极管D6的负极连接储能电容的一端，储能电容的另一端连接外部直流电源1的负极；可控硅开关J6的控制端连接主控电路2；所述主控电路2发送脉冲信号给可控硅开关J6控制其通断，并通过调节脉冲信号的个数控制补能单元6为储能电容补充能量；利用上升沿和下降沿斜率对称的梯形波作为一次场源，可使发射机的探测效率提升一倍；所述瞬变电磁发射机馈能型恒压双钳位电路的控制方法，包括如下步骤：步骤一：主控电路2控制可控硅开关J5、可控硅开关J1、可控硅开关J4导通，储能电容向发射线圈8放电，使发射线圈8上的发射电流快速升高，一直到储能电容的电容电压下降至所设定的最低钳位电压，主控电路2控制可控硅开关J5关断，快恢复二极管D7导通；发射线圈8的发射电流上升沿阶段结束；建立正向上升沿阶段的复频域模型，利用复频域模型推导发射线圈8电流、储能电容的电容电压时域表达式；由电路模型利用基尔霍夫定律的复频域形式可得： 储能电容的电容电压在上升沿之前保持值为UC1，则上式中电路的初始状态为uC0-＝UC1,iL0-＝0，有： 令有： 由拉氏反变换原则可得正向发射电流的时域表达式为： 根据欧姆定律将发射线圈8两端电压的复频域形式用电流表示：ULs＝ILs·sL+R由于发射线圈8两端电压等于储能电容的电容电压则储能电容的电容电压的复频域表达式为： 由拉氏反变换原则可得储能电容的电容电压的时域表达式为： 为了保证发射线圈8上的电流iLt近似线性上升，发射线圈8两端的钳位电压uCt应尽量保持不变，但实际工作时随着电流的增加，电压将持续减小；根据能量关系： 若将高压电容器的电容值增大，可以使钳位电压基本保持不变；假定当iLt达到I时，uCt为UC2，联立发射线圈8电流的时域表达式和储能电容的电容电压的时域表达式对上升沿时间t1进行求解，可得： 步骤二：主控电路2控制可控硅开关J1、可控硅开关J4导通；外部直流电源1经快恢复二极管D7向发射线圈8正向放电，形成发射线圈8的发射电流的平顶区阶段，平顶区阶段发射线圈8两端的电压由上升沿阶段的储能电容钳位变为外部直流电源1钳位，利用发射线圈8的内阻R和可控硅开关J1、可控硅开关J4的管压降UG与外部直流电源1的电压Us进行匹配，实现平顶区阶段发射线圈8的电流变化率为零；步骤三：主控电路2控制可控硅开关J1、可控硅开关J4关断；快恢复二极管D7被反向阻断，由于发射线圈8上的电流方向不能突变，因此续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D5导通续流；此时发射线圈8两端电压钳位在储能电容的电容电压，发射线圈8将能量反馈给储能电容；发射线圈8的发射电流进入下降沿阶段，直到发射线圈8的发射电流为零；建立下降沿阶段的复频域模型，利用复频域模型推导发射线圈8关断电流、电容电压的时域表达式；根据电路模型利用基尔霍夫定律的复频域形式可得： 储能电容经过上升沿阶段放电后，电压变为UC2，则上式中电路的初始状态为uC0-＝UC2,iL0-＝I，有： 令有： 由拉氏反变换原则可得发射线圈8电流的时域表达式为： 储能电容的电容电压的复频域表达式为： 由拉氏反变换原则可得储能电容的电容电压的时域表达式为： 和正向上升沿一样，储能电容的电容值较大，可以使电容电压基本保持不变；假定当iLt降为零时，由下降沿发射线圈电流的时域表达式对下降沿时间t3进行求解，可得： 比较t1和t3，可以看到，在发射线圈8模型参数一定且外部直流电源1的电压与发射线圈8的内阻相匹配时，二者的大小主要取决于电容电压初始值UC,且UC的值越大，t1和t3越接近，即可实现前后沿一致的梯形波电流输出；通过补能单元6在发射电路停供电期间为储能电容充电，可以同时提高发射电流上升沿和下降沿发射线圈8两端的钳位电压，提高梯形波脉冲的前后沿一致性；步骤四：主控电路2控制可控硅开关J1、可控硅开关J4、可控硅开关J3、可控硅开关J4全部关断；全桥发射电路4停供电；快恢复二极管D7被反向阻断，储能电容的电容电压维持不变；主控电路2控制可控硅开关J6导通，快恢复二极管D6反向截止，外部直流电源1为储能电感充电，储能电感进入恒压充电阶段；主控电路2控制可控硅开关J6关断，储能电感电流不能突变，快恢复二极管D6续流导通，储能电感的电流迅速下降为0，储能电感上存储的能量全部转移至储能电容中，因此储能电容的电容电压增大；在步骤一中，通过增大储能电容的电容值，提升发射线圈8的发射电流上升沿阶段的线性度；步骤二中，采用如下公式1将发射线圈8的内阻R和可控硅开关J1、可控硅开关J4的管压降UG与外部直流电源1的电压Us进行匹配，US＝UG+IR1其中，Us为外部直流电源1的电压，UG为可控硅开关J1、可控硅开关J4的管压降；R为发射线圈8的内阻，I为发射线圈8的电流；通过提高储能电容电压初始值UC,提高发射线圈8的发射电流上升沿阶段和下降沿阶段的一致性；在步骤四中，主控电路2提高补能脉冲的频率即可在停供电阶段多次对储能电容进行充电，实现电容电压的阶梯式增加，补能脉冲的个数m可由主控电路2进行调节,设补能前后的电容电压为U1和U2,有：0.5mLbILb2＝0.5CU22-U122在公式2中，m为补能脉冲的个数；Lb为储能电感的电感，ILb为储能电感的电流，C为储能电容的电容值，U1和U2,分别为储能电容补能前的电压和补能后的电压；通过补能单元6为储能电容在停供电期间的多次充电，调节发射线圈8的发射电流上升沿阶段和下降沿阶段时间，提高发射电流上升沿阶段和下降沿阶段的一致性。

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