[发明专利]感性负载的宽频恒幅交流方波电流控制方法及装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种感性负载的宽频恒幅交流方波电流控制方法及装置，用于频域电磁法中电磁发送线圈产生交流方波电流，适用于地球物理勘探、无损检测领域。

背景技术：

在某些研究和工业应用领域，需要使用正向方波电流、负向方波电流或交流方波电流。交流方波电流的标准波形，其特点是在输出电流期间幅值恒定，电流波形周期性变化，正负向波形对称，电流极性反转变化时无过渡时间。

产生方波电流的装置，可产生正向、负向或双极性方波电流，脉冲周期、幅值可调。产生交流方波电流的电路，由全桥电路实现，四个桥臂采用全控型电力电子器件。

现有技术包括嵌位电压源、交流方波电流控制电路、驱动电路、滞环控制电路、基准电压电路，其中嵌位电压源为直流稳压电源，交流方波电流控制电路由频率调节、控制时序产生电路和驱动电路组成。又如专利授权号为ZL200410081518.9的“具有上升沿提升能力的电流脉冲下降沿线性可调的控制方法及装置”，能实现下降沿线性可调，但不能实现上升沿线性可调和高频时电流幅值的恒定。现有技术存在的问题是：方波电流装置的负载是感性负载，特别是负载为线圈等大电感量负载情况下，严重影响了方波电流的形状，方波电流并不是理想的交流方波，电流由正到负或由负到正换向过程都有一定的延迟时间，电流换向沿线性度差。交流方波电流装置作为一种激励源使用，要同时解决方波电流换向时间可调，换向沿线性，高频发射和频率变化时电流幅值恒定等问题是电力电子技术中的难点，换向沿的延迟使电流达到稳态的时间变长，影响了交流方波电流频率的提高和高频时电流幅值的大小。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种感性负载的宽频恒幅交流方波电流控制方法及装置，提高了交流方波电流换向沿的陡度，实现了换向沿线性，解决了电流幅值的提升和恒定，频率范围的扩展等问题。

为了实现上述发明目的，本发明技术方案的具体方法步骤如下：

1、合上开关S，通过交流方波电流控制电路的频率调节，调节输出交流方波电流i_o(t)的频率，交流方波电流的周期须大于电子开关的开通、关断时间之和；

2、调节嵌位电压源电压V_C，改变输出方波电流换向沿的斜率，使输出电流换向沿线性，V_C在0与电子开关额定耐压之间；

3、通过调节基准电压电路，改变输出电流幅值I，使电流幅值小于全控性电子开关能承受的最大电流；

4、通过控制交流方波电流发生器、基准电压和嵌位电压源电压V_C，使每一输出周期产生形状相同和幅值相等的负载电压波形v_o(t)；

正向方波电流i_o(t)上升、下降期间的电压、电流：

在t₀～t₁期间：开关管J₁关断，开关管J₂导通，给负载提供的电压v_o(t₀)＝V_C，负载电压嵌位在V_C上，V_C远大于直流电源电压V₁，方波电流由零快速线性上升到I，提升电压用嵌位电压源实现；

在t₁～t₂期间：J₁关断，J₂导通，v_o(t₁)＝V₁，输出正向方波电流，i_o(t)＝I；

在t₂～t₃期间：J₁导通，J₂关断，v_o(t)由正变为负值，v_o(t₂)＝-V_C，负载电压嵌位在-V_C上，方波电流开始线性下降，在t₃时刻电流i_o(t)衰减到零；

负向方波电流上升、下降过程的控制电压、电流：