RCD吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机技术

本发明专利技术公开了一种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法，包括确定RCD吸收回路的电路参数和工作状态；分析震荡阶段的状态得到震荡微分方程；求解震荡微分方程得到RCD吸收回路的匹配电阻的理论值；调整RCD吸收回路的匹配电阻值得到最终的RCD吸收回路的匹配电阻。本发明专利技术提供的这种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机，通过基尔霍夫定理进行定量计算，并根据实际情况进行调整，从而得到最优化匹配电阻阻值；因此本发明专利技术方法能够得到较为精确的匹配电阻值，而且可靠性高、应用效果好且实用性较好。实用性较好。实用性较好。

【技术实现步骤摘要】
RCD吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机


[0001]本专利技术属于地质勘探领域，具体涉及一种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机。

技术介绍

[0002]瞬变电磁法是采用电磁感应原理，通过不接地回路或接地电偶源发送脉冲电磁场，在电磁场的激励下，地下地质体将产生随时间变化的感应电磁场(通常称之为二次场)。在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次场，通过对这些相应信息的提取和分析，从而达到探测地下地质体的目的。一般的，瞬变电磁发射场源采用多周期性的脉冲序列，例如：矩形，三角形，半正弦波，梯形等等。本专利以双极性矩形波为例展开讨论。
[0003]在实际情况中，负载线圈对于发射系统感性为主，上升和下降本身并不是一个瞬时跃迁的过程，而是一个呈指数上升和下降的过程。接收机接收到的实际信号为一次场与二次场信号之和。当电流完全关闭时，接收机接收到的信号为纯粹的二次场，但是在电流下降期间，一次场信号与二次场信号分离困难，因此瞬变电磁仪器只用了电流完全关断后的二次场信号，从而也造成了一部分信号的丢失，进而对瞬变电磁浅层勘探的结果造成了影响。目前，一般的在电路中加入吸收回路，以此来缩短关断时间。而经典RCD吸收回路由于适用性高，结构简单，线性度好，关断时间短而被广泛运用于瞬变电磁发射机中。
[0004]最早的RCD吸收回路于1993年提出，主要运用于MOSFET与IGBT中，具有保护开关，吸收电压波涌的作用，但是该回路存在冲量小，吸收回路寄生电感大等缺点。针对此问题，研究人员在1997年提出经典RCD吸收回路，与早期的RCD吸收回路相比，它有过压抑制效果更好，容量大，吸收回路寄生电感小等优势。2017年，Fei Liu,Wenjun Liu等又针对经典RCD吸收回路进行进一步改进。但是，无论是哪种RCD回路，其在电流下降沿末期，自身的负载线圈、负载线圈自身电阻、分布电容与吸收回路都会形成一个典型的二阶电路，导致发射电流在末期会出现过冲，震荡等问题。对于此问题，目前采用的方法是，在负载线圈两端加上匹配电阻。
[0005]但是，目前增加匹配电阻的技术方案，其依据存在如下技术缺陷：匹配电阻阻值的选取过程中，人们仅关注负载线圈的内阻与分布电容，很少有人与实际电路结合进行计算，导致匹配电阻阻值不精确，使得匹配电阻的实际效果大打折扣。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种可靠性高、应用效果好且实用性较好的RCD吸收回路的匹配电阻计算方法。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种包括了所述RCD吸收回路的匹配电阻计算方法的瞬变电磁发射机。
[0008]本专利技术提供的这种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法，包括如下步骤：
[0009]S1.确定RCD吸收回路的电路参数和工作状态；
[0010]S2.采用基尔霍夫定理，对RCD吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程；
[0011]S3.对步骤S2得到的震荡微分方程进行求解，得到RCD吸收回路的匹配电阻的理论值；
[0012]S4.将步骤S3得到的理论值与实际的标准电阻值进行对比，对RCD吸收回路的匹配电阻值进行调整，从而得到最终的RCD吸收回路的匹配电阻。
[0013]步骤S2所述的采用基尔霍夫定理，对RCD吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程，具体为采用如下方程式作为震荡微分方程：
[0014][0015]式中C为RCD吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为RCD吸收回路的匹配电阻值；R为RCD吸收回路的电阻值；L为负载线圈的电感值。
[0016]步骤S3所述的对步骤S2得到的震荡微分方程进行求解，得到RCD吸收回路的匹配电阻的理论值，具体为采用如下步骤进行求解并得到匹配电阻的理论值：
[0017]A.列出震荡微分方程的特征方程为：
[0018][0019]式中C为RCD吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为RCD吸收回路的匹配电阻值；R为RCD吸收回路的电阻值；L为负载线圈的电感值；
[0020]B.列出步骤A的特征方程的判定式为
[0021]C.令步骤B得到的判定式Δ为0，从而得到RCD吸收回路的匹配电阻的理论值为或
[0022]本专利技术还提供了一种瞬变电磁发射机，其包括了所述的RCD吸收回路的匹配电阻计算方法。
[0023]本专利技术提供的这种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机，通过基尔霍夫定理进行定量计算，并根据实际情况进行调整，从而得到最优化匹配电阻阻值；因此本专利技术方法能够得到较为精确的匹配电阻值，而且可靠性高、应用效果好且实用性较好。
附图说明
[0024]图1为本专利技术方法的方法流程示意图。
[0025]图2为本专利技术方法所对应的RCD吸收回路的电路示意图。
[0026]图3为本专利技术方法所对应的电路在电流下降沿时的电流示意图。
[0027]图4为本专利技术方法所对应的电路在电流下降沿时的等效电路示意图。
[0028]图5为本专利技术方法所对应的电路在电流下降沿时的电流震荡过程示意图。
具体实施方式
[0029]如图1所示为本专利技术方法的方法流程示意图：本专利技术提供的这种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法，包括如下步骤：
[0030]S1.确定RCD吸收回路的电路参数和工作状态；如图2所示；
[0031]该吸收电路适合大功率电路，特点是过电压抑制效果好，损耗低，关断时间短且线性度好。该电路主要由电容、电阻、二极管三部分构成。其中电容C1～C4的电容值相同，电阻R1～R4的阻值相同，开关管K1～K4为MOS管，而CK1～CK4为MOS管两端结电容，并假定DK1～DK4为MOS管的反向二极管。工作时，先闭合K1和K4，在电流稳定的状态下关闭开关，得到关断波形，等到电流完全降为0之后，闭合K2和K3，重复上述操作，可得到双极性方波。关断波形如图3所示，从图中可以看出，下降波形尾端存在明显的震荡。但在实际运用中，并不希望出现电流过冲与震荡的现象，所以就需要加入匹配电阻，使关断波形在t1时刻直接降为0；
[0032]S2.采用基尔霍夫定理，对RCD吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程；
[0033]当MOS管突然关闭时，负载线圈、负载线圈自身电阻、负载线圈自身分布电容、匹配电阻与吸收回路电容形成一个典型的二阶电路；由于吸收回路电容与负载线圈分布电容处于并联关系，可等效为一个电容，等效图如图4所示；
[0034]因此，对电路进行分析，可以得到如下方程式作为震荡微分方程：
[0035][0036]式中C为RCD吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RCD吸收回路的匹配电阻计算方法，包括如下步骤：S1.确定RCD吸收回路的电路参数和工作状态；S2.采用基尔霍夫定理，对RCD吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程；S3.对步骤S2得到的震荡微分方程进行求解，得到RCD吸收回路的匹配电阻的理论值；S4.将步骤S3得到的理论值与实际的标准电阻值进行对比，对RCD吸收回路的匹配电阻值进行调整，从而得到最终的RCD吸收回路的匹配电阻。2.根据权利要求1所述的RCD吸收回路的匹配电阻计算方法，其特征在于步骤S2所述的采用基尔霍夫定理，对RCD吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程，具体为采用如下方程式作为震荡微分方程：式中C为RCD吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为RCD吸收...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明杰，周瀛，马振飞，
申请(专利权)人：云锡红河资源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：