CN204906195U - 一种电磁发射机 - Google Patents

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朱学政
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Abstract

本实用新型涉及一种电磁发射机，包括：发电机组，三相整流桥、滤波电容、一级逆变桥、谐振电感、隔值电容、高频变压器、高频整流桥、LC滤波电路以及二级逆变桥；发电机组、三相整流桥连接、滤波电容、一级逆变桥、高频变压器、高频整流桥、LC滤波电路、二级逆变桥以及输出端口依次连接；谐振电感与隔值电容串联在一级逆变桥与高频变压器原边之间的线路上，一级逆变桥的每个功率器件上并联有滤波电容，滤波电容、谐振电感与隔值电容形成谐振回路；在一级逆变桥的滞后桥臂上并联有辅助电流源网络。本实用新型通过对一级逆变桥使用软开关技术，使得一级逆变桥的功率器件在开通或关断的过程中所承受的电压为零，实现功率器件的零电压开关。

Description

一种电磁发射机
技术领域
本实用新型涉及电力整流逆变技术领域，具体地，涉及一种电磁发射机。
背景技术
电磁发射机是通过获取大地介质对入射电磁场的响应，来构建地下介质电导率的分布信息。金属矿通常具有良好的导电性，因此电磁法是寻找金属矿最为有效的地球物理勘探手段。
随着现代电力电子技术和器件的快速发展，电磁发射机主电路的拓扑结构也在发生变化。目前，电磁发射机主流的拓扑结构是采用两级逆变为主，其功率部分本质上就是一个开关电源，提高发射机的输出功率就必然会导致开关管所承受的电压或电流增加，如果仅仅使用普通的脉宽调制技术，那么将会致使开关管的开关损耗大幅度的增加，同时产生严重的电压电流尖峰，使电路中器件的电应力增加，烧毁器件，并且也将会带来严重的电磁干扰问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种电磁发射机，通过对一级逆变桥使用软开关技术，使得一级逆变桥的功率器件在开通或关断的过程中所承受的电压为零，实现功率器件的零电压开关。
为此目的，本实用新型提出了一种电磁发射机，其特征在于，所述电磁发射机包括：
发电机组，三相整流桥、滤波电容、一级逆变桥、谐振电感、隔值电容、高频变压器、高频整流桥、LC滤波电路以及二级逆变桥；
其中，所述发电机组与所述三相整流桥连接，用于输出交流电到所述三相整流桥；所述三相整流桥的输出端与所述滤波电容连接，用于将输入的三相交流电整流后形成直流电输出到所述滤波电容，所述滤波电容的输出端与所述一级逆变桥连接，用于将接收的直流电进行滤波后输出到所述一级逆变桥，所述一级逆变桥的输出端与所述高频变压器的原边连接，用于将接收到的滤波后的直流电逆变产生交流方波并输出到所述高频变压器的原边；所述高频变压器的副边与所述高频整流桥连接，用于将接收的交流方波升压后输出到所述高频整流桥，所述高频整流桥的输出端与所述LC滤波电路连接，用于将所述升压后的交流方波整流形成直流方波，所述LC滤波电路与所述二级逆变桥连接，用于将接收的直流方波滤波形成直流电，所述二级逆变桥将接收的直流电进行逆变后产生不同的方波并输出到输出端口；
所述谐振电感与所述隔值电容串联在所述一级逆变桥与所述高频变压器的原边之间的线路上，所述一级逆变桥的每个功率器件上并联有滤波电容，所述滤波电容、谐振电感与隔值电容形成谐振回路，用于控制所述一级逆变桥；
所述电磁发射机还包括与所述一级逆变桥的滞后桥臂并联的辅助电流源网络，用于调节所述一级逆变桥的滞后桥臂在开通和关断过程中的电压。
其中，所述滤波电容的输出端与所述一级逆变桥的输入端之间的线路还并联有泄放电阻，用于当所述滤波电容停止工作时，泄放所述滤波电容两端存储的电能。
其中，所述高频变压器的副边与所述高频整流桥的输入端之间的线路还并联有阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括串联连接的第三电容和第二电阻。
其中，所述一级逆变桥的功率器件采用移相全桥控制模式，并且所述一级逆变桥的功率器件的驱动信号由TMS320F28335产生。
其中，所述一级逆变桥为H型逆变桥。
其中，所述H型逆变桥为2个绝缘栅双极性晶体管模块或一个智能功率模块。
所述辅助电流源网路包括并联的第一二极管和第二二极管，以及与所述第一二极管和第二二极管并联后的线路串联的辅助电感；在所述第一二极管上并联有第一电容，在所述第二二极管上并联有第二电容。
本实用新型提供的电磁发射机，通过使用软开关技术，在一级逆变桥上通过使用谐振回路来实现对一级逆变桥的开关控制，使得一级逆变桥的功率器件在开通或关断的工程中，所承受的电压为零，实现功率器件的零电压开关ZVS，从而解决了大功率电磁发射机在工作时，由于高电压大电流造成严重的功率器件开关损耗以及过高的电压电流尖峰和强大的电磁干扰的问题。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
图1示出了本实用新型的电磁发射机的电路图。
图2示出了本实用新型的一级逆变桥的驱动信号的示意图。
图3示出了本实用新型的电磁发射机的一级逆变桥的软开关情况下的高频变压器原副边电压电流尖峰示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。
图1示出了本实用新型的电磁发射机的电路图。
如图1所示，本实用新型的一种电磁发射机，其特征在于，所述电磁发射机包括：
发电机组10，三相整流桥20、滤波电容C1、一级逆变桥30、谐振电感L2、隔值电容C2、高频变压器T、高频整流桥40、LC滤波电路50以及二级逆变桥60；
在上述电路中，发电机组10与三相整流桥20连接，发电机组10将三相交流电输出到三相整流桥20的输入端；三相整流桥20的输出端与滤波电容C1连接，三相整流桥20将输入的三相交流电整流后形成直流电输出到滤波电容C1；滤波电容C1的输出端与一级逆变桥30连接，滤波电容C1将接收的直流电进行滤波后输出到一级逆变桥30。一级逆变桥30的输出端与高频变压器T的原边连接，一级逆变桥30将接收到的滤波后的直流电逆变产生交流方波并输出到高频变压器T的原边；高频变压器T的副边与高频整流桥40连接，高频变压器T将接收的交流方波升压后输出到高频整流桥40，高频整流桥40的输出端与LC滤波电路50连接，将升压后的交流方波整流形成直流方波，LC滤波电路50与二级逆变桥60连接，用于将接收的直流方波滤波形成直流电，二级逆变桥60将接收的直流电进行逆变后产生不同的方波并输出到输出端口。
在本实施例中，谐振电感L2与隔值电容C2串联在一级逆变桥30与高频变压器T之间的线路上，一级逆变桥30的每个功率器件上并联有滤波电容Cr1～Cr4，滤波电容Cr1～Cr4、谐振电感L2与隔值电容C2形成谐振回路，用于控制所述一级逆变桥。另外，本实施例的隔值电容C2还可以去除高频变压器T的原边交流电中的直流分量，保证高频变压器T原边无偏磁。
本实施例的电路中，通过滤波电容Cr1～Cr4、谐振电感L2与隔值电容C2形成谐振回路，从而实现了使用软开关技术控制一级逆变桥30的开关，使得一级逆变桥30的功率器件Q1～Q4在开通和关断过程中所承受的电压为零。
上述实施例中，一级逆变桥可以使用H型逆变桥，并且该H型逆变桥可以为2个绝缘栅双极性晶体管模块或一个智能功率模块。
另外，为了实现一级逆变桥30的零电压开关，上述一级逆变桥30的功劳器件采用移相全桥控制模式，并且一级逆变桥的功率器件的驱动信号由TMS320F28335产生。
TMS320F28335为浮点DSP控制器，与现有电磁发射机使用的定点DSP相比，该器件具有精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等特点，用其取代传统的集成IC作为控制器，不仅具有控制精度高、应用灵活、***辅助电路简单等特点，同时还可以实现复杂的软件算法。
另外，在滤波电容C1的输出端与一级逆变桥30的输入端之间的线路上还并联有泄放电阻R1，泄放电阻R1用于当滤波电容C1停止工作时，泄放滤波电容C1两端存储的电能。
此外，在高频变压器T的副边与高频整流桥40的输入端之间的线路还并联有阻容吸收电路70，该阻容吸收电路包括串联连接的第三电容C3和第二电阻R2。
本实用新型的电磁发射机的工作原理如下：
本实施例的一级逆变桥的功率器件的驱动信号由TMS320F28335产生。其波形图如图2所示，其中，一、四通道驱动波形驱动功率器件Q1、Q4，二、三通道驱动波形驱动功率器件Q2、Q3。
根据图1的电路结构，当Q1、Q4导通时，VAB＝+Vin，变压器原边电流通过回路Q1→A→C2→L2→B→Q4→Q1，由于Q2未导通，此时电容Cr2两端电压等于直流母线电压Vin；当Q1管关断后，由于L2的作用，变压器原边回路中的电流方向保持不变，此时，Cr1充电，Cr2放电，直到Cr1电压上升到Vin，Cr2放电到电压为0，随后D2自然导通，电流回路为D2→A→C2→L2→B→Q4→D2；由于Q1导通时Cr1被短路，电压为零，且电容电压不能发生突变，因此，在Q1关断时为零电压关断，由于D2的钳位作用，Q2导通时相当于短路状态，两端电压为零，因此Q2为零电压导通，接下来是Q4关断，同理，由于Cr4两端电压不能发生突变，所以Q4的关断也为零电压关断，在Q4关断后，回路中的电流会给Cr3放电，Cr4充电，当Cr3电压为零，Cr4电压上升到Vin后，D3自然导通，为变压器原边电流提供回路，同时将Q3电压钳位在零，紧接着Q3零电压开通，此时VAB＝-Vin，原边电流减小到零后，电流开始反向增加，直到最大值，接下来就开始另半周期的动作，原理与上相同。
上述过程中，为了保证每一个功率器件(特别是滞后桥壁)能够正常实现ZVS，L2的电感值的选取要保证在Q3开通前，原边回路中的续流过程不能停止，否则Q3将无法实现软开关，因为续流过程一旦截止，D3将无法导通，Q3、Q4各承受Vin/2电压，Q3将带电压开通(另半周期同样如此)，L2的电感值越大，续流时间就越长，但电感值的增大将又会导致占空比丢失过多，传统方法是使用饱和电感代替谐振电感，但对于大功率发射机来说，由于其输出功率大，变压器原边电流高，饱和电感长时间处于大电流饱和状态，发热及其严重，因此在大功率电磁发射机中，谐振回路中使用饱和电感并不可取。
为了尽可能的减小谐振电感的电感量来减少占空比丢失，同时有保证滞后桥壁能够实现ZVS，在本申请的另一个实施例中，可以使用辅助电流源网络80来帮助滞后桥壁实现ZVS。
本***中，使用辅助电流源网络与滞后桥壁并联，所述辅助电流源网路包括并联的第一二极管和第二二极管，以及与所述第一二极管和第二二极管并联后的线路串联的辅助电感；在所述第一二极管上并联有第一电容，在所述第二二极管上并联有第二电容。
如图1所示，并联在二极管D5上的电容Cr5，并联在二极管D6上的电容Cr6，当Q4关断时，原边电流和辅助电感L1的电流同时流入节点B，共同给Cr3放电，Cr4充电；当Q3关断时原边电流和辅助电感L1的电流同时流出节点B，共同给Cr3充电，Cr4放电；因此通过辅助电流源网络有助于滞后桥壁在较宽的输出功率范围内实现ZVS，同时可以减小谐振电感的电感量以减少占空比丢失。
由于一级逆变桥的功率器件在开通与关断时所承受的电压几乎为零，因此虽然有电流流过功率器件，但电压与电流的乘积(也就是功率)相对于硬开关大大减小，从而很大程度上降低了功率器件的开关损耗，特别是对于功率器件开关频率较高情况下，因此发射机的工作效率得到了较大的提高；此外，由于功率器件自身损耗减小，所以功率器件的发热情况也得到了较大的改善；同样也由于功率器件在开关过程中几乎不承受电压，避免了功率器件在开关过程中由于寄生效应导致的电压尖峰，从而有效的减小了器件所承受的电应力，同时也使的电磁干扰(EMI)得到了显著改善。
图3为本实用新型的电路使用软开关技术后，采用380V输入、30kW大功率输出，变压器原副边电压电流波形尖峰依旧很小。图3一通道为一级逆变器输出电压波形，二通道为变压器副边电压波形，三通道为变压器原边电压波形，四通道为变压器原边电流波形。
本实用新型提供的电磁发射机，通过使用软开关技术，在一级逆变桥上通过使用谐振回路来实现对一级逆变桥的开关控制，使得一级逆变桥的功率器件在开通或关断的工程中，所承受的电压为零，实现功率器件的零电压开关ZVS，从而解决了大功率电磁发射机在工作时，由于高电压大电流造成严重的功率器件开关损耗以及过高的电压电流尖峰和强大的电磁干扰的问题。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁发射机，其特征在于，所述电磁发射机包括：
发电机组，三相整流桥、滤波电容、一级逆变桥、谐振电感、隔值电容、高频变压器、高频整流桥、LC滤波电路以及二级逆变桥；
其中，所述发电机组与所述三相整流桥连接，用于输出交流电到所述三相整流桥；所述三相整流桥的输出端与所述滤波电容连接，用于将输入的三相交流电整流后形成直流电输出到所述滤波电容，所述滤波电容的输出端与所述一级逆变桥连接，用于将接收的直流电进行滤波后输出到所述一级逆变桥，所述一级逆变桥的输出端与所述高频变压器的原边连接，用于将接收到的滤波后的直流电逆变产生交流方波并输出到所述高频变压器的原边；所述高频变压器的副边与所述高频整流桥连接，用于将接收的交流方波升压后输出到所述高频整流桥，所述高频整流桥的输出端与所述LC滤波电路连接，用于将所述升压后的交流方波整流形成直流方波，所述LC滤波电路与所述二级逆变桥连接，用于将接收的直流方波滤波形成直流电，所述二级逆变桥将接收的直流电进行逆变后产生不同的方波并输出到输出端口；
所述谐振电感与所述隔值电容串联在所述一级逆变桥与所述高频变压器的原边之间的线路上，所述一级逆变桥的每个功率器件上并联有滤波电容，所述滤波电容、谐振电感与隔值电容形成谐振回路，用于控制所述一级逆变桥；
所述电磁发射机还包括与所述一级逆变桥的滞后桥臂并联的辅助电流源网络，用于调节所述一级逆变桥的滞后桥臂在开通和关断过程中的电压。
2.根据权利要求1所述的电磁发射机，其特征在于，所述滤波电容的输出端与所述一级逆变桥的输入端之间的线路还并联有泄放电阻，用于当所述滤波电容停止工作时，泄放所述滤波电容两端存储的电能。
3.根据权利要求1所述的电磁发射机，其特征在于，所述高频变压器的副边与所述高频整流桥的输入端之间的线路还并联有阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括串联连接的第三电容和第二电阻。
4.根据权利要求1所述的电磁发射机，其特征在于，所述一级逆变桥的功率器件采用移相全桥控制模式，并且所述一级逆变桥的功率器件的驱动信号由TMS320F28335产生。
5.根据权利要求1所述的电磁发射机，其特征在于，所述一级逆变桥为H型逆变桥。
6.根据权利要求5所述的电磁发射机，其特征在于，所述H型逆变桥为2个绝缘栅双极性晶体管模块或一个智能功率模块。
7.根据权利要求1所述的电磁发射机，其特征在于，所述辅助电流源网路包括并联的第一二极管和第二二极管，以及与所述第一二极管和第二二极管并联后的线路串联的辅助电感；在所述第一二极管上并联有第一电容，在所述第二二极管上并联有第二电容。
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