Ключевой генератор тока преимущественно для геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - расширение частотного диапазона при уменьшении искажений выходного сигнала и повышении КПД генератора за счет последовательного включения групп ключевых усилителей в общей схеме генератора с последующим суммированием токов этих групп на общей нугрузке. Для этого в генератор введено (K-1) групп ключевых усилителей

N(K-1) гальванически развязанных источников электропитания

(K-1) датчиков тока

(K-1) вычитающих устройств и (K-1) 2 N-канальных широтно-импульсных модулятора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 К 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4392726/24-21 (22) 18 ° 03.88 (46) 23.12.89. Бюл. II< 47 (7 1) Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" (72) А.А. Алексанян, В.А. Александров, В.А. Галахов и Г.Е. Лондон (53) 621.318(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 938370, кл. Н 03 К 3/017, 1982.

Патент США 11 3715649,кл.321-45, 1973. (54) КЛЮЧЕВОЙ ГЕНЕРАТОР ТОКА ПРЕИМУ1ЦЕСТВЕННО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЭВЕДКИ (57) Изобретение относится к импульсной технике.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в геоэлектрораэведке сульфидных и магнетитовых месторождений методом переходных процессов.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона при уменьшении искажений выходного сигнала и повышении КПД генератора.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип его действия.

Ключевой генератор тока (фиг.1) содержит К вычитающих устройств (ВУ)

1.1 — 1,К, 2N-канальных широтно-импульсных модуляторов (ШИМ) 2.1-2.К, тактовый генератор 3, NK ключевых усилителей (КУ) 4.1.1 — 4.N,1, ...)

4.1.К вЂ” 4.N.Ê, входящих в состав К

„„SU„„1531186 А1

Цель изобретения — расширение частотного диапазона при уменьшении искажений выходного сигнала и повышении

КПД генератора за счет последовательного включения групп ключевых усилителей в общей схеме генератора с последующим суммированием токов этих групп на общей нагрузке. Для этого в генератор введено (К-1) групп ключевых усилителей;N(K-1) гальванически развязанных источников электропитания; (К-1) датчиков тока; (К-1) вычитающих устройств и (K-1) 2N-канальных широтно-имульсных модуляторов. 2 ил. параллельно включенных групп, каждая из которых содержит N последовательно включенных ключевых усилителей, NK гальванически развязанных источников 5.1.1. — 5.N,1, ..., 5.1.К—

5.N.Ê. электропитания (HII)> К датчиков 6 1 — 6 К тока нагрузку (Н) 7 выполненную на рамочной антенне, К фильтров нижних частот (ФНЧ) 8.18К и распределитель 9 импульсов.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов, поясняющие работу предлагаемого устройства для случая

N = 2, К = 2, иллюстрирующие принцип формирования широтно-модулированных импульсных последовательностей

Ч<.< Ч< 1 <3 > Ч<.4 H Ь<

Ч, Ч 4 по результату сравнения входного сигнала U с опорными пилообразными напряжениями U <, U„< q

1.1п< 3 э U<<<.4 H 11пя.< ° Un.tc э 11пя.э э

1531186

Upq 4, равномерно сдвинутыми во времени, суммарные импульсные напряжения Vi = Ч(< + Ч, + Ч1, + V< 4

Ч = Ч,< + Ч 2 + Vg > + Ч .4 фор- 5 мируемые на выходах групп последовательно включенных ключевых усилителей, их выходные токи 1 и iq а также суммарный выходной ток = 1< + ly генераторного устройства. 10

Вычитающие устройства 1.1 — 1.К предназначены для выделения разностного сигнала Up = U — Upg между входным сигналом и сигналом обратной связи, поступающим с выходов датчиков 6.1-6.К > тока и могут быть выполнены на дифференциальных операционных усилителях с высокой идентичностью коэффициентов передачи по входам (отключение менее

1-2X), выходами соединены с входами 20 широтно-импульсных модуляторов 2, которые служат для формирования 2М широтно-модулированных импульсных последовательностей и V,< — Ч, и

V — V,< (фиг. 2). Тактовый генера- 25 тор 3 через распределитель 9 импульсов соединен с тактовым входом соответствующего широтно-импульсного модулятора 2.

Ключевые усилители 4.1.1-4.N.К. 30 предназначен для ключевого усиления по мощности двух широтно-модулированных импульсных сигналов каждый, поступающих с выходов соответствующих широтно-импульсных модуляторов 2.135

2.К, и выполняются по мостовой схемам (фиг. 3).

Источники 5. 1. 1. -5.N.К электропитания предназначены для обеспечения гальванически ра звязанными напряжениями электропитания величиной Е каждого ключевого усилителя 4. 1. 1-4.H.Ê и могут быть выполнены на выпрямителях н емкостных накопителях, подключенУ ных к выходам отдельных обмоток единого силового трансформатора, соединенного с шинами первичного напряжения электропитания.

Датчики 6.1 — 6.К тока служат для выделения сигналов обратной связи Up, напряжение которых пропорционально выходному току каждой группы последовательно включенных ключевых усилителей. Датчики 6.1 — 6.К тока выполняют55 ся резистивными. Резисторы датчиков

6.1 — 6.К тока одним выводом подключены к первой шине нагрузки и гальванически связаны с общей шиной входного сигнала, что позволяет обеспечить обРатную связь.

Фильтры 8. 1 — 8.К низких частот

I служат для обеспечения параллельного включения К-групп последовательно включенных ключевых усилителей и выполняются на дросселях, индуктивность которых Ly обеспечивает малую величину высокочастотных составляющих их выходных токов.

Нагрузка 7 выполняется на рамочной антенне и предназначена для возбуждения импульса первичного электромагнитного поля, спектральный состав которого определяется спектральным составом генерируемого тока. Индуктивность рамочной антенны типового размера 20х20 мм составляет L = — 1 — 3 MIH Глубинность и точность определения проводящих пород методом переходных процессов определяется амплитудой и частотным диапазоном тока, возбуждаемого в рамочной антенне, требуемые значения которых составляют i †. — 10-40А, Л = 0-5

10 кГц.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал U через вычитающие устройства 1.1-1.К поступает на входы

К 2N-канальных широтно-импульсных модуляторов 2.1-2.К, где посредством сравнения с 2N опорными пилообразными напряжениями (U„<, Uz<, Uz<

Uq« N = 2) преобразуется каждым модулятором в 2N-импульсных сигналов (например, V<.<, V <,q, V, V„ ) .

В результате К 2N-канальные широтно-импульсные модуляторы реализуют формирование 2NK широтно-модулированных импульсных последовательностей.

Модулированные импульсные последовательности К-ro (К = 1, ..., К) широтно-импульсного модулятора поступают попарно на входы ключевых усилителей 4.К.1 — 4.К.N, составляющих

К-ю группу ключевого усиления. Ключевые усилители выполняются по мостовым схемам (фиг. 2), шины электропитания которых подключены к соответствующим гальванически развязанным источникам

5.К.1 — 5.К.И электропитания, что позволяет включить выходы ключевых усилителей последовательно. В результаУ те последовательного сложения выходных напряжений ключевых усилителей 4.К.1—

4, К. N на выходе К-й группы ключевого

5 15311 усиления формируется суммарное импульсное напряжение (V и V для К = 2, N = 2) .

B каждой К-й группе ключевого усиления значительно уменьшаются пульса5 ции выходного тока ig, (i<, iq) за счет обеспечения обратной связи по выходному току каждой группы клочевого усиления, предельная глубина которой при N = 2 обеспечивается не менее 20- 10

30 дБ, что позволяет достичь высокой идентичности выходных токов отдельных ключевых усилителей, отклонение которых от номинального значения не превышает 3-5Х, чем достигается равное 15 распределение выходной мощности между ключевыми усилителями и, как следствие этого, высокая надежность многоканального генератора тока.

Использование гальванически развязанных источников электропитания каждого ключевого усилителя облегчает также параллельное сложение мощности отдельных групп ключевого усиления, вторые выходы которых могут быть непосредственно подключены ко второй шине нагрузки, что не приводит к возникновению между группами ключевого усиления дополнительных контурных токов, как это имеет место в извест- 30 ном устройстве.

Для параллельного включения групп ключевого усиления в предлагаемом устройстве достаточно подключить их первые выходы через дроссели ФНЧ 8.1—

8К и датчики 6.1-6К тока к первой шине нагрузки. Причем датчики тока гальванически связаны и могут быть выполнены резистивными, а величина индуктивности дросселей Ly значи- 40 тельно (в 2N pas) меньше индуктивности дросселей ФНЧ, используемых в известном устройстве, В частности, для iн (Я о )

10 А и L = 1 мГи, при Eo = 150 В обеспечение требуемого частотного диапазона Л о= 5-10 кГц достигается при

N = 3-5.

Достижение требуемой амплитуды выходного тока в инфраниэком частотном диапазоне Л = 0-5 Гц i(Ë „) = 3040 А, при использовании мощных транзисторов с допустимым током ТАоо <15 А, обеспечивается параллельным соединением К = 3...4 групп ключевого соединения при сохранении запаса использования транзисторов по току не менее

1,5.

Параллельное включение групп ключевого усиления дополнительно приводит к увеличению частоты пульсаций выходного тока в К раз, подавление пульсации также осуществляется индуктивностью рамочной антенны. Использование последовательного соединения ключевых усилителей, входящих в состав каждой группы ключевого усиления, позволяет согласовать выход генераторного устройства со входом рамочной антенны в более широком частотном диапазоне. При этом полупроводниковые приборы оконечных каскадов клочевых усилителей выбираются из условия обеспечения максимальных энергетических характеристик, а частота их переключений может быть обеспечена значительно ниже (более, чем в N раэ), чем в известном устройстве, чем достигается существенное повышение КПД до 90-953 при расширении частотного диапазона генерируемого тока и уменьшение искажения его спектрального состава.

Формула изобретения

50

Основным преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными является возможность согласования его выхода со входом рамочной антенны в широком диапазоне частот при постоянном напряжении электропитания Ео ключевых усилителей, выбранном из условия использования мощных транзисторов с наилучшими частотными характеристиками. В этом случае достижение требуемой амплитуды (Я ) тока в верхнем частотном диапазоне обеспечивается выбором количества N последовательно включенных ключевых усилителей.

Ключевой генератор тока преимущественно для геоэлектроразведки, содержащий первый 2N-канальный широтно-импульсный модулятор, выходы которого попарно подключены к входам первой группы N ключевых усилителей, а также первый источник электропитания, генератор тактовых импульсов, первый датчик тока, первое вычитающее устройство и N фильтров нижних частот, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапаэона при уменьшении искажений и повышения КПД, в его состав введены К-1 групп ключевых усилителей, каждая иэ

1531186 которых содержит N ключевых усилителей, N(K-1) гальванически развязанных источников электропитания, К-1 датчиков тока, К-1 вычитающих устройств, (К-1)2N-канальных широтноимпульсных модуляторов и распределитель импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы — с входами синхронизации К 2N-канальных широтноимпульсных модуляторов, каждый иэ которых выходами попарно подключен к входам соответствующей группы N каочевых усилителей, выходы которых подклочены последовательно, причем первые выходы каждой из К групп ключевых усилителей подключены параллельно через соответствующие фильтры нижних частот и датчики тока к первому выводу нагрузки, а вторые выходы каждой иэ К групп ключевых усилителей подключены параллельно к второму выводу нагрузки, а шины электропитания

NK ключевых усилителей соответственно соединены с выходами NK гальванически развязанных источников электропитания, а выходы К датчиков тока подключены к вторым входам соответствующих К вычитающих устройств, первые входы которых соединены с шиной входного сигнала, а выходы — с входами К соответствующих 2N-канальных широтно мпульсных модуляторов.

1531186

О

Опц ию иаз или

11

"1.2

Vt3

<1

ip 23

"2. /2

Составитель В. Якимов

Редактор Г. Волкова Техред M.Дидык

Корректор M. Кучерявая

Заказ 7965/55 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производсгвенно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101