瞬變電磁法電性源五電平發(fā)射電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種瞬變電磁中的電法探測(cè)儀器，尤其是高電壓高頻率的大功率 電法探測(cè)儀器的發(fā)射電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 瞬變電磁探測(cè)的原理是通過(guò)通過(guò)電性源或者磁性源在大地中形成變化的磁場(chǎng)，通 過(guò)該變化的磁場(chǎng)感應(yīng)出的二次場(chǎng)來(lái)計(jì)算地下介質(zhì)的電阻率等參數(shù)，來(lái)達(dá)到確定地下結(jié)構(gòu)的 目的。瞬變電磁探測(cè)的深度一般與發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度呈正相關(guān)，發(fā)射電壓越高，其探測(cè)深度越 深。而其探測(cè)精度與發(fā)射信號(hào)的頻率呈正相關(guān)，發(fā)射信號(hào)頻率越強(qiáng)，其探測(cè)出的地質(zhì)結(jié)構(gòu)越 精確。
[0003] 在目前的瞬變電磁探測(cè)儀器中，其供電方式大多W直流電源逆變產(chǎn)生的雙極性方 波作為輸入信號(hào)，通過(guò)其產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)或者電場(chǎng)來(lái)激發(fā)二次場(chǎng)的產(chǎn)生。其逆變電路的 主要器件選用MOSFET和IGBT。其中IGBT可承受電壓較高，但關(guān)斷時(shí)間較MOSFET管長(zhǎng)，主要在 高電壓、大功率、低頻率的電性源探測(cè)上應(yīng)用；而MOSFET管可承受電壓較IGBT低，但相較于 IGBT，M0SFET管在關(guān)斷時(shí)間上有明顯的優(yōu)勢(shì)，所W其主要應(yīng)用于低電壓、大電流、高頻率的 磁性源探測(cè)中。而在高電壓高頻率領(lǐng)域產(chǎn)生高深度高精度的探測(cè)，是目前瞬變電磁探測(cè)儀 器的難點(diǎn)。
[0004] 目前在電力電子技術(shù)中采用的功率元件串聯(lián)使用，由于其很難保證各串聯(lián)的功率 器件上的電壓平衡，更容易導(dǎo)致器件的損壞，所W很難在造價(jià)較高的探測(cè)儀器中應(yīng)用。而最 近提出的功率元件串聯(lián)使用移相控制技術(shù)，由于其主電路復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)主電源的接入與分 級(jí)，在探測(cè)儀器上應(yīng)用會(huì)很大程度上增加其體積，而且在操作環(huán)境惡劣時(shí)穩(wěn)定性較差，所W 難W得到廣泛推廣。
[0005] CN103973147A公開了一種"多電平高壓電性源電磁發(fā)射電路"其采用較為簡(jiǎn)單的 多電平控制策略有效的將IGBT上的電壓降為直流母線電壓的二分之一，在升壓方面取得了 明顯的效果;但與電性源探測(cè)高達(dá)1500V甚至2000V的電壓相比，其減半后開關(guān)器件的頻率 仍然未有明顯提升。同時(shí)，其采用的=電平發(fā)射方案在錯(cuò)位二極管的分壓?jiǎn)栴}上未能很好 解決，不利于具體實(shí)施方案中器件的選擇與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在時(shí)間域與頻率域同時(shí)適用的 高電壓高頻率瞬變電磁法電性源五電平發(fā)射電路。主要特性在于電路的輸出頻率很高使仍 然可W保持高電壓的輸出，解決了錯(cuò)位二極管上分布電壓?jiǎn)栴}。
[0007] 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[000引瞬變電磁法電性源五電平發(fā)射電路，是由控制及其保護(hù)電路經(jīng)=項(xiàng)可控整流電 路、DC/DC和五電平發(fā)射橋路與大地負(fù)載連接，五電平發(fā)射橋路經(jīng)驅(qū)動(dòng)及其保護(hù)電路、合成 電路和分頻電路與基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路連接，合成電路分別與上升沿控制電路、下降沿控制 電路、平頂控制電路和同步電路連接構(gòu)成。
[0009] 五電平高壓高頻電磁法發(fā)射電路，該電路輸出在單極性上分為五個(gè)電平，四個(gè)相 同的直流電壓61，62,63,64通過(guò)多電平回路連接到大地負(fù)載。
[0010] 五電平發(fā)射橋路由 16 個(gè) MOSFET(Si、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、Si〇、Si1、Si2、Si3、Si4、 S化、Si6)、16個(gè)續(xù)流二極管（VDi、VD2、VD3、VD4、VD己、VDs、VD?、VDs、VD9、VDiO、VDii、VDi2、VDi3、VDm、 VDi 日、VDi6)，22 個(gè)反向并聯(lián)錯(cuò)位二極管（Di、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、Dio、Dii、Di2、Di3、Di4、Di5、 Di6、Di7、Di8、Di9、D20、D21、D22)組成。
[00川電源61、62、63、64先串聯(lián)，然后再與五電平發(fā)射橋路并聯(lián)。多電平發(fā)射橋路分為四 個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂分為四個(gè)開關(guān)器件MOSFET與四個(gè)反向續(xù)流二極管VD組成:第一橋臂中Si 與VDi并聯(lián)，S2與VD2并聯(lián)，S3與VD3并聯(lián)，S4與VD4并聯(lián)，然后四者依次串聯(lián)組成第一橋臂，其中 Si與S2連接點(diǎn)記為Fi，S2與S3連接點(diǎn)記為F2，S3與S4連接點(diǎn)記為的;第二橋臂中Ss與VDs并聯(lián)，Ss 與VDs并聯(lián)，S7與VD?并聯(lián)，Ss與VDs并聯(lián)，然后四者依次串聯(lián)組成第二橋臂，其中Ss與S6連接點(diǎn) 記為F4，Ss與S7連接點(diǎn)記為Fs，S7與Ss連接點(diǎn)記為Fs;第立橋臂中S9與VD9并聯(lián)，Sio與VDio并聯(lián)， Sii與VDii并聯(lián)，Si2與VDu并聯(lián)，然后四者依次串聯(lián)組成第立橋臂，其中S9與Si痛接點(diǎn)記為F?， Sio與Sii連接點(diǎn)記為Fs，Sii與Si2連接點(diǎn)記為的;第四橋臂中Si3與VDu并聯(lián)，Si4與VDi4并聯(lián)，Sis 與VDis并聯(lián)，Si6與VDis并聯(lián)，然后四者依次串聯(lián)組成第四橋臂，其中其中Si3與Si4連接點(diǎn)記為 Fio，Si4與Sis連接點(diǎn)記為Fii，Sis與Si6連接點(diǎn)記為Fi2。
[001 ^ 電源電源Ei、E2、E3、E4其電壓值相同，均為E，按照順序依次串聯(lián)。其中Ei的正極記為 0o，Ei與E2的連接點(diǎn)記為化瓜與E3的連接點(diǎn)記為化，E3與E4的連接點(diǎn)記為化，E4的負(fù)極記為化。 錯(cuò)位二極管化、02、03、04、05、0娘順序反向串聯(lián)后并聯(lián)于。1與。6兩端，其中化與化的連接點(diǎn)記 為Ml, D2與化的連接點(diǎn)記為M2, D3與04的連接點(diǎn)記為M3, EU與化的連接點(diǎn)記為M4, Ds與化的連接 點(diǎn)記為M6。錯(cuò)位二極管化、D8、D9、Di娘順序反向串聯(lián)后并聯(lián)于F2與Fs兩端，其中化與化的連接 點(diǎn)記為M6，D8與D9的連接點(diǎn)記為M7，D9與Dio的連接點(diǎn)記為Ms。錯(cuò)位二極管Dii、Di浪順序反向串 聯(lián)后并聯(lián)于的與F4兩端，Dll與化2的連接點(diǎn)記為M9。
[OOU] 錯(cuò)位二極管〇13、〇14、〇15、〇16、〇17、〇18按順序反向串聯(lián)后并聯(lián)于尸7與尸12兩端，其中〇13 與Di4的連接點(diǎn)記為Mi〇，Di4與Dl日的連接點(diǎn)記為111，〇1日與〇16的連接點(diǎn)記為112,〇16與〇17的連接 點(diǎn)記為Mi3，Di7與Dis的連接點(diǎn)記為Mi4。錯(cuò)位二極管〇19、〇20、〇21、〇2淑順序反向串聯(lián)后并聯(lián)于尸8 與Fll兩端，其中Di9與〇20的連接點(diǎn)記為Mi5，D20與〇21的連接點(diǎn)記為Mi6，D21與〇22的連接點(diǎn)記為 Mi7。錯(cuò)位二極管〇23、〇24按順序反向串聯(lián)后并聯(lián)于F9與FlO兩端，〇23與〇24的連接點(diǎn)記為Mi8。
[0014] 上述各個(gè)部分的連接方式如下：〇1與Ml、0l與Mio、〇2與M3、02與化2、〇3與Ms、〇3與Mi4均 通過(guò)導(dǎo)線直接連接。M2與M6、M4與Ms、M7與M9均通過(guò)導(dǎo)線直接連接。Mll與Mi5、Mi3與Mi7，Mi6與MlS 均通過(guò)直導(dǎo)線直接連接。第一橋臂與第二橋臂串聯(lián)，其連接點(diǎn)為A。第=橋臂與第四橋臂串 聯(lián)，其連接點(diǎn)為B。該兩部分串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)后與電源相并聯(lián)，組成五電平發(fā)射回路。大地負(fù)載 接在A，B之間
[00巧]R是大地等效電阻，L是接地導(dǎo)線的等效電感。
[0016] 選取E2與E3連接點(diǎn)的化作為0電位點(diǎn)，則Oo電位為2E，0i電位為E，化電位為-E，04電 位為-沈。
[0017] 在此種多電平控審賺略中，AB兩點(diǎn)間共存在九種電壓值。
[001引 （1)第一橋臂與第二橋臂上S3、S4、Ss、Ss開通，Si、S2、S7、Ss關(guān)斷，A點(diǎn)電位經(jīng)路線化、 07、S3、S4和D4、Dio、S日、Se與02點(diǎn)連接，其電位為O電位;第；橋臂與第四橋臂上Sll、Sl2、Sl3、Sl4 開通，S9、Sio、Si5、Si6關(guān)斷，B點(diǎn)電位亦為O，此時(shí)AB間電壓為O。
[0019] (2)第一橋臂與第二橋臂上 52、53、54、55開通，51、56、57、58關(guān)斷，經(jīng)路線〇1、52、53、54 和〇2，Ds，Di2，S日，使A點(diǎn)電位與Oi相同，其電位為E;第；橋臂與第四橋臂上Sii、Si2、Si3、Si4開 通，S9、Sio、Si5、Si6關(guān)斷，B點(diǎn)電位仍為0。此時(shí)AB間電壓為E。
[0020] (3)第一橋臂與第二橋臂上52、53、54、5巧通，51、56、57、58關(guān)斷，4點(diǎn)電位為6。第立橋 臂與第四橋臂上512、513、514、51日開通，59、510、511、516關(guān)斷，經(jīng)路線1)17、1)21、1)23、512和513、514、 Si5、Di8,使B點(diǎn)取得與03點(diǎn)相同的-E電位。此時(shí)AB間電壓為沈。
[002。 （ 4)第一橋臂與第二橋臂上 Si、S2、S3、S4 開通，Ss、Ss、S7、Ss 關(guān)斷，A點(diǎn)經(jīng)Si、S2、S3、S4 連 接與00點(diǎn)取得相同的電位26。第二橋臂與第四橋臂上512、513、514、515開通，59、510、511、516關(guān) 斷，B點(diǎn)電位為-E。此時(shí)AB間電壓為3E。
[00剖 （5)第一橋臂與第二橋臂上Si、S2、S3、S4開通，Ss、Ss、S7、Ss關(guān)斷，A點(diǎn)經(jīng)Si、S2、S3、S4連 接與Oo點(diǎn)取得相同的電位沈。第；橋