经典RCD吸收回路的最优化设计方法及瞬变电磁发送机技术

本发明专利技术公开了一种经典RCD吸收回路的最优化设计方法，包括对经典RCD吸收回路的工作状态进行分析并得到阶段划分结果；对划分的阶段列出微分方程并求解；改变电路参数得到不同参数下的关断时间并建模得到最短关断时间；根据最短关断时间获取对应的RCD电路参数并完成最终的最优设计。本发明专利技术还公开了包括所述经典RCD吸收回路的最优化设计方法的瞬变电磁发送机。本发明专利技术能够得到最短关断时间时匹配的电容电阻值，操作步骤简单，具有良好的实用性，而且能够计算最短关断时间，从而对经典RCD电路进行精确设计，而且可靠性高、实用性好。

【技术实现步骤摘要】
经典RCD吸收回路的最优化设计方法及瞬变电磁发送机
本专利技术属于地质勘探领域，具体涉及一种经典RCD吸收回路的最优化设计方法及瞬变电磁发送机。
技术介绍
瞬变电磁法是地球物理科学中应用非常广泛的一种地质结构探测方法。该方法利用电磁感应原理，通过非接地回路或地线源发送脉冲电磁场，用接收机来观测二次场，以此来获得地下介质的电性分布特征。近年来瞬变电磁法在矿产资源勘察，地质灾害调查，地下水的寻找等方面发挥了重要作用；特别是我国土地辽阔，矿产资源较为丰富，对于瞬变电磁法仪器需求量大，由此瞬变电磁法得到迅猛发展。在瞬变电磁发送机中，发射电流关断技术直接影响瞬变电磁法测量精度。针对地下浅部探测，总是要求关断延迟时间尽量的短，这样有利于观测二次场早期信号；此外关断延迟时间越短，对应的高频分量越丰富，其浅部探测的分辨率越高；针对深部探测，需要观察二次场晚期信号，为了提高晚期信号强度，一方面要求增加发射电流，以增强深部地质结构的电磁响应，另一方面要求关断延迟时间尽量缩短。因为关断延迟时间越短，对应的感应电动势越强，则观测的晚期信号也越强，从而有效提高系统的探测深度。为了使发射电流关断延迟尽可能的短且线性度良好，现有的瞬变电磁发射机电流下降沿处理方法包括：RCD电路、RC电路、耗能型准谐振电路、恒压钳位电路等等，其中最为经典RCD回路由于它适用性高，结构简单，线性度好，关断时间短而被广泛使用。目前，经典的RCD电路如图1所示，其参数的详细计算步骤如下所述：(1)电容C的确定：RC吸收电路的作用是发射线圈电感L关断时产生的过电压，其本质是靠吸收电容C来吸收掉主电路中的发射线圈电感产生的能量。电路中存储在电感中的能量为其中L为发射线圈的电感，I为电路关断电流；吸收电容上需要吸收的能量为其中C为吸收电容，ΔU为发射线圈电感产生的过电压，即ΔU＝Ucemax-Ud，其中Ucemax可通过示波器观察得到，Ud为直流电压；假设关断前存储在主电路发射线圈电感中的磁能在MOS关断时可以转化为C中电能，因此就有进而可以求出吸收电容为(2)吸收电阻的确定：RC吸收电路其实是一个一阶RC回路，其放电常数τ＝RC；RC吸收电路是一种耗能电路，电容C吸收的能量大部分要通过电阻R来消耗掉，因此这种电路并不能使电路的消耗降低，只是把MOS管开通和关断时的消耗转移到了RC吸收电路上来；因为存储在吸收电容C在MOS稳态导通时存储的能量为其中f为开关电路的开关频率。存储在电感上的能量为I0为MOS的关断电流。因此消耗在吸收电阻R上的功率为上述两者之和，即同时，因为RC吸收回路是随着MOS管的开关而循环工作，因此在MOS管开通期间，存储在吸收电容C中的能量必须通过电阻R消耗，对于不同的吸收电路，C放电时间也有差异，对于RC吸收电路，只要满足τ＝RC小于的MOS导通时间，就可以保证电容C中绝大部分能量的释放，不会影响下次吸收，因此吸收电阻可以通过确定；式中τ0是MOS管的导通时间；但是R也不是越低越好，因为吸收电路中存在大电流震荡，MOS开通时的集电极电流峰值也会相应的增加，因此在满足上式的情况下尽量使R设的高一点，可以参考因此，综上所述，吸收电阻R为从上述的详细计算步骤可以看出，目前的技术方案中，经典RCD回路在确定电阻电容值时，首先用各个参数算出大致电容电阻值的范围，再进行试验测试，利用范围值依次测试。但是，明显的，目前的技术方案试验操作繁琐，且并不能确定最短关断时间。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种能够计算最短关断时间，从而对经典RCD电路进行精确设计，而且可靠性高、实用性好的经典RCD吸收回路的最优化设计方法。本专利技术的目的之二在于提供一种包括了所述经典RCD吸收回路的最优化设计方法的瞬变电磁发送机。本专利技术提供的这种经典RCD吸收回路的最优化设计方法，包括如下步骤：S1.对经典RCD吸收回路的工作状态进行分析，并得到阶段划分结果；S2.对步骤S1划分的阶段进行分析，列出微分方程，并进行求解；S3.根据步骤S2得到的求解结果，改变电路参数得到不同参数下的关断时间并建模，从而得到最短关断时间；S4.根据步骤S3得到的最短关断时间，获取对应的RCD电路参数，从而得到最终的最优设计结果。步骤S1所述的得到阶段划分结果，具体为将经典RCD吸收回路划分为第一阶段、第二阶段和第三阶段；其中第一阶段定义为电感电流第一次降为0的阶段；第二阶段定义为电流过冲阶段；第三阶段定义为LRC震荡阶段。步骤S2所述的对步骤S1划分的阶段进行分析，列出微分方程，并进行求解，具体为采用如下步骤列出微分方法并进行求解：A.采用如下算式，作为第一阶段的微分方程：式中iL为电感电流；C1为CK1～CK4电容值；U4为结电容CK1和结电容CK4两端的电压值；C为C1～C4电容值；U1为电容C1和C4两端的电压值；U2为电容C2和C3两端的电压值；R为电阻R1、R2、R3和R4的电阻值；R1为电阻RL的电阻值；L为电感L的电感值；B.设定中间参数a′、b′和c′为从而得到步骤A的微分方程组的特征方程为a′p3+b′p2+c′p+1＝0；C.设定x1′、x2′和x3′为步骤B得到的特征方程的解，从而得到步骤B得到的特征方程的解为D.根据初始条件和参数C2、C3和C4的解为E.采用如下算式，作为第二阶段的微分方程：式中U3为结电容CK2和结电容CK3的两端电压；F.设定中间参数b″、c″、d″和e″为从而得到步骤E的微分方程组的特征方程为p4+b″p3+c″p2+d″p+e″＝0；G.设定x1″、x2″、x3″和x4″为步骤F得到的特征方程的解，从而得到步骤F得到的特征方程的解为H.根据初始条件，参数C2、C3、C4、C5和C6的解为式中U1′为第一阶段结束时电容C1和C4两端的电压；U2′为第一阶段结束时电容C2和C3两端的电压；U4′为第一阶段结束时结电容CK1和结电容CK4的电压；I.采用如下算式，作为第三阶段的微分方程：J.设定x1″′和x2″′为步骤I的微分方程的特征方程的解；K.得到步骤J的特征方程的解为：L.根据初始条件，参数C2、C3、C4、C5和C6的解为式中U1″为起始时电容C1和C4两端的电压；U2″为起始时电容C2和C3两端的电压；U3″为起始时结电容CK2和结电容CK3的电压；U4″为结电容CK1和结电容CK4的电压；iL″为电流iL。步骤S3所述的根据步骤S2得到的求解结果，改变电路参数得到不同参数下的关断时间并建模，从而得到最短关断时间，具体为设定RCD电路的电路参数，以电阻R为横坐标、关断时间为纵坐标，绘制不同电容下电阻与关断时间图线；从而得到最短的关断时间。本专利技术还公开了一种瞬变电磁发送机，该瞬变电磁发送机包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经典RCD吸收回路的最优化设计方法，包括如下步骤：/nS1.对经典RCD吸收回路的工作状态进行分析，并得到阶段划分结果；/nS2.对步骤S1划分的阶段进行分析，列出微分方程，并进行求解；/nS3.根据步骤S2得到的求解结果，改变电路参数得到不同参数下的关断时间并建模，从而得到最短关断时间；/nS4.根据步骤S3得到的最短关断时间，获取对应的RCD电路参数，从而得到最终的最优设计结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种经典RCD吸收回路的最优化设计方法，包括如下步骤：
S1.对经典RCD吸收回路的工作状态进行分析，并得到阶段划分结果；
S2.对步骤S1划分的阶段进行分析，列出微分方程，并进行求解；
S3.根据步骤S2得到的求解结果，改变电路参数得到不同参数下的关断时间并建模，从而得到最短关断时间；
S4.根据步骤S3得到的最短关断时间，获取对应的RCD电路参数，从而得到最终的最优设计结果。


2.根据权利要求1所述的经典RCD吸收回路的最优化设计方法，其特征在于步骤S1所述的得到阶段划分结果，具体为将经典RCD吸收回路划分为第一阶段、第二阶段和第三阶段；其中第一阶段定义为电感电流第一次降为0的阶段；第二阶段定义为电流过冲阶段；第三阶段定义为LRC震荡阶段。


3.根据权利要求2所述的经典RCD吸收回路的最优化设计方法，其特征在于步骤S2所述的对步骤S1划分的阶段进行分析，列出微分方程，并进行求解，具体为采用如下步骤列出微分方法并进行求解：
A.采用如下算式，作为第一阶段的微分方程：



式中iL为电感电流；C1为CK1～CK4电容值；U4为结电容CK1和结电容CK4两端的电压值；C为C1～C4电容值；U1为电容C1和C4两端的电压值；U2为电容C2和C3两端的电压值；R为电阻R1、R2、R3和R4的电阻值；R1为电阻RL的电阻值；L为电感L的电感值；
B.设定中间参数a′、b′和c′为而得到步骤A的微分方程组的特征方程为a′p3+b′p2+c′p+1＝0；
C.设定x1′、x2′和x3′为步骤B得到的特征方程的解，从而得到步骤B得到的特征方程的解为
D.根据初始条件和参数C2、C3和C4的解为
E.采用如下算式，作...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓庆新，赵翔，刘杰，周胜，陈兴朋，王俊，戴国强，
申请(专利权)人：湖南五维地质科技有限公司，中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43