基于移相控制的大功率发送机的制作方法

本发明涉及一种激电法勘探仪器，具体涉及一种基于移相控制的大功率发送机。
背景技术：
：电法勘探是根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质(如导电性、导磁性、介电性)和电化学特性的差异，通过对人工或天然的电场或电磁场的空间和时间分布规律，来寻找不同类型有用矿床、查明地质构造及解决地质问题的一种地球物理勘探方法，常用的电法勘探方法按电磁场时间特性分类，可分为直流电法、交流电法和瞬变场法。发送机通过供电电极向地下或标本内供入稳定电流，以建立稳定的人工电场，接收机通过测量电极测量该电场的变化规律来求取地下岩层的视电阻率，绘制视电阻率曲线或剖面图，从而了解岩层的构造和空间特性。随着国家科学技术的发展，我国物探行业由浅部勘探逐步迈向深部勘探，根据电法勘探原理，要实现深部资源勘探需较大的发送极距，发送极距一旦变大，只能提高发送机的发送功率，才能保证接收机测量到稳定信号，正确反映出地质体的物性。目前市场上激电仪发送机也正朝着高电压、大电流、大功率的方向发展，但都面临一个使用瓶颈，即在低阻地区和感抗较大的高阻地区不能发送大电流和高电压，因大地存在感抗当发送信号发生突变时必然会产生感应电动势，从而产生尖峰电压，导致发送机过压报警，甚至可能烧坏发送机的逆变模块，最终无法进行工作。由此导致发送机不能完成深部勘探工作，使发送机的使用范围受地域限制。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种基于移相控制的大功率发送机，旨在解决现有的大功率发送机在发送大电流和高电压时容易过压报警或烧坏的问题。为实现上述目的，本发明提出一种基于移相控制的大功率发送机，包括：直流电源，用于提供大功率输入电流；CPLD，用于产生驱动波形；MCU，用于移相控制所述CPLD产生具有设定死区时间的驱动波形；电平转换模块，用于提升所述驱动波形的电平；隔离驱动模块，用于将放大后的驱动波形进行电磁隔离；IGBT逆变模块，用于将输入电流直流信号逆变成交流信号输出；两供电电极，设于所述交流信号输出端，连接大地，大地产生的感应电动势能够通过所述供电电极进入所述IGBT逆变模块内造成过电压；过流过压保护模块，用于检测所述IGBT逆变模块的电流和电压，以及关断所述IGBT逆变模块；一吸收电容，并联在所述直流电源两端；RC吸收模块，用于吸收所述过电压。优选地，所述电平转换模块包括第一电平转换模块和第二电平转换模块；所述隔离驱动模块包括第一隔离驱动模块和第二隔离驱动模块；所述过流过压保护模块包括第一过流过压保护模块和第二过流过压保护模块；所述IGBT逆变模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管和第二开关管串联后并联在所述直流电源两端，且所述第一开关管和第二开关管的栅极连接所述第一过流过压保护模块，所述第三开关管和第四开关管串联后并联在所述直流电源两端，且所述第三开关管和第四开关管的栅极连接所述第二过流过压保护模块。优选地，所述CPLD产生两组驱动波形，每一组的两个驱动波形为180°互补方波，第一所述驱动波形依次通过所述第一电平转换模块、第一隔离驱动模块、第一过流过压保护模块分别传输至所述第一开关管和第二开关管，第二组所述驱动波形依次通过所述第二电平转换模块、第二隔离驱动模块、第二过流过压保护模块分别传输至第三开关管和第四开关管。优选地，所述RC吸收模块包括第一RC吸收模块、第二RC吸收模块、第三RC吸收模块和第四RC吸收模块，所述第一RC吸收模块与第一开关管并联，所述第二RC吸收模块与第二开关管并联，所述第三RC吸收模块与所述第三开关管并联，所述第四RC吸收模块与所述第四开关管并联。优选地，所述RC吸收模块包括串联的一吸收电容和一限流电阻。优选地，所述过流过压保护模块包括电压传感器和电流传感器，用以检测通过所述IGBT逆变模块的电压和电流，所述过流过压保护模块还检测所述IGBT逆变模块的最大工作电压和最大工作电流，当通过所述IGBT逆变模块的电压超过所述IGBT逆变模块的最大工作电压时，或通过所述IGBT逆变模块的电流超过所述IGBT逆变模块的最大工作电流时，所述过流过压保护模块控制所述CPLD产生的驱动波形变成低电平将所述IGBT逆变模块关断。优选地，所述MCU采用STM32单片机。本发明技术方案中，所述MCU通过移相控制CPLD产生的驱动波形，通过设置死区时间使所述IGBT模块在由导通向关断或由关断向导通发生突变时，提供更多的时间泄放尖峰电压产生的大电流，从而降低尖峰电压的幅值，也降低该尖峰电压值对直流电源的冲击，确保了IGBT逆变模块工作安全，使与发送机配合使用的接收机采集到稳定的数据，提高观测速度。相比于传统的发送机是简单的通过阻容来吸收尖峰电压，吸收效果差，且电阻发热严重，功率要求高，电容电压等级要求高，容易击穿电容，本发明提出的基于移相控制的大功率发送机确保了IGBT逆变模块工作安全，并且由于采用了移相控制技术使发送机能够发送大功率信号，相比于传统的发送机为了吸收能量需要大电容电感，本发明减小了发送机的体积和重量，使发送机携带方便，解决了传统大功率发送机不能在感抗较大地区使用的瓶颈，解决了仪器笨重不方便野外施工、设计成本高、可靠性较低等缺点，极大地促进了深部矿产资源的勘探。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明一实施例提出的基于移相控制的大功率发送机的结构框图。图2为图1提出的基于移相控制的大功率发送机的移相控制驱动波形图。本发明的附图标号说明：标号名称标号名称1MCU8第二过流过压保护模块2CPLD9IGBT逆变模块3第一电平转换模块10RC吸收模块4第二电平转换模块Q1第一开关管5第一隔离驱动模块Q2第二开关管6第一过流过压保护模块Q3第三开关管7第二隔离驱动模块Q4第四开关管C5吸收电容具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本发明提出一种基于移相控制的大功率发送机。图1为本发明一实施例提出的基于移相控制的大功率发送机的结构框图。图2为本发明一实施例提出的基于移相控制的大功率发送机的移相控制驱动波形图。请参阅图1至图2，基于移相控制的大功率发送机包括：直流电源(+，-)，用于提供大功率输入电流；CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)用于产生驱动波形；MCU(MicroControllerUnit，微控制单元)，用于移相控制所述CPLD产生具有设定死区时间的驱动波形；电平转换模块，用于提升所述驱动波形；隔离驱动模块，用于将放大后的驱动波形进行电磁隔离；IGBT逆变模块9，用于将输入电流直流信号逆变成交流信号输出；两供电电极(A，B)，设于所述交流信号输出端，连接大地，大地产生的感应电动势能够通过所述供电电极进入所述IGBT逆变模块9内造成过电压；过流过压保护模块，用于检测所述IGBT逆变模块的电流和电压，以及关断所述IGBT逆变模块；一吸收电容C5，并联在所述直流电源两端；RC吸收模块，用于吸收所述过电压。当进行电法勘探时，所述MCU发送指令，所述CPLD接收指令，并设置死区时间t1、t2、t3，对产生的驱动波形进行移相控制，发送驱动波形，该驱动波形高电平或低电平分别开启IGBT逆变模块或关断IGBT逆变模块，电平转换模块将驱动波形电平抬升，用来控制隔离驱动模块对高电平和低电平进行电磁隔离，确保MCU和CPLD不受电磁干扰，所述过流过压保护模块将驱动信号送往IGBT逆变模块，驱动IGBT逆变模块对波形进行逆变，产生稳定的交流电通过所述供电电极供入大地。由于大地存在很大感抗，当供电电极A、B接入大地进行供电时，感应电动势会造成过电压，当IGBT逆变模块关断时该过电压产生很大的电流流回整个电路中，冲击直流电源，使其产生尖峰电压，危害整个电路。所述MCU通过移相控制CPLD产生的驱动波形，通过设置死区时间使所述IGBT模块在由导通向关断或由关断向导通发生突变时，提供更多的时间泄放尖峰电压产生的大电流，从而降低尖峰电压的幅值，也降低该尖峰电压值对直流电源的冲击，确保了IGBT逆变模块工作安全，使与发送机配合使用的接收机采集到稳定的数据，提高观测速度。相比于传统的发送机是简单的通过阻容来吸收尖峰电压，吸收效果差，且电阻发热严重，功率要求高，电容电压等级要求高，容易击穿电容，本发明提出的基于移相控制的大功率发送机确保了IGBT逆变模块工作安全，并且由于采用了移相控制技术使发送机能够发送大功率信号，相比于传统的发送机为了吸收能量需要大电容电感，本发明减小了发送机的体积和重量，使发送机携带方便，解决了传统大功率发送机不能在感抗较大地区使用的瓶颈，解决了仪器笨重不方便野外施工、设计成本高、可靠性较低等缺点，极大地促进了深部矿产资源的勘探。进一步地，所述电平转换模块包括第一电平转换模块3和第二电平转换模块4；所述隔离驱动模块包括第一隔离驱动模块5和第二隔离驱动模块7；所述过流过压保护模块包括第一过流过压保护模块6和第二过流过压保护模块8；所述IGBT逆变模块包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2串联后并联在所述直流电源两端，且所述第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极连接所述第一过流过压保护模块，所述第三开关管Q3和第四开关管Q4串联后并联在所述直流电源两端，且所述第三开关管Q3和第四开关管Q4的栅极连接所述第二过流过压保护模块。所述IGBT逆变模块9在高电平时开启，在低电平时关断。进一步地，所述CPLD产生两组驱动波形，每一组的两个驱动波形为180°互补方波，第一组所述驱动波形G1、G2依次通过所述第一电平转换模块、第一隔离驱动模块、第一过流过压保护模块分别传输至所述第一开关管Q1和第二开关管Q2，第二组所述驱动波形G3、G4依次通过所述第二电平转换模块、第二隔离驱动模块、第二过流过压保护模块分别传输至第三开关管Q3和第四开关管Q4。参照图2，当所述两组驱动波形是G-1、G-3、G-2、G-4驱动波形时，所述IGBT逆变模块9内的电流有四种流向：(1)第一开关管Q1和第三开关管Q3导通、第二开关管Q2和第四开关管Q4关断，所述IGBT模块正向导通，电流由供电电极A流向B；(2)第一开关管Q1和第三开关管Q3关断、第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，所述IGBT模块反向导通，电流由供电电极B流向A。采用移相控制技术后，t1和t3不等于零，使第一开关管Q1和第三开关管Q3不同时关断或导通，使第二开关管Q2和第四开关管Q4不同时关断或导通，当供电电极A、B进入过电压产生尖峰电压时，保护IGBT模块不被击穿。进一步地，所述RC吸收模块包括第一RC吸收模块、第二RC吸收模块、第三RC吸收模块和第四RC吸收模块，所述第一RC吸收模块与第一开关管Q1并联，所述第二RC吸收模块与第二开关管Q2并联，所述第三RC吸收模块与所述第三开关管Q3并联，所述第四RC吸收模块与所述第四开关管Q4并联。进一步地，所述RC吸收模块包括串联的一吸收电容和一限流电阻(C1R1、C2R2、C3R3、C4R4)。所述吸收电容和限流电阻组成阻容吸收电路，对IGBT逆变模块9的开通和关断起保护作用。进一步地，所述过流过压保护模块包括电压传感器，用以检测所述过电压的值，所述过流过压保护模块还检测所述IGBT逆变模块9的最大工作电压值，当所述过电压的值超过所述IGBT逆变模块的最大工作电压值时，所述过流过压保护模块控制所述CPLD产生的驱动波形变成低电平将所述IGBT逆变模块9关断。具体地，所述MCU采用STM32单片机。STM32芯片具有低功耗、大集成度的优点。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3