SU1531186A1 - Gate current generator, mainly for geoelectroprospecting - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике. Цель изобретени  - расширение частотного диапазона при уменьшении искажений выходного сигнала и повышении КПД генератора за счет последовательного включени  групп ключевых усилителей в общей схеме генератора с последующим суммированием токов этих групп на общей нугрузке. Дл  этого в генератор введено (K-1) групп ключевых усилителейThe invention relates to a pulse technique. The purpose of the invention is to expand the frequency range while reducing the distortion of the output signal and increasing the generator efficiency by sequentially turning on groups of key amplifiers in the general generator circuit, followed by summing the currents of these groups on the common load. For this purpose, (K-1) groups of key amplifiers are introduced into the generator.

N(K-1) гальванически разв занных источников электропитани N (K-1) galvanically isolated power sources

(K-1) датчиков тока(K-1) current sensors

(K-1) вычитающих устройств и (K-1) 2 N-канальных широтно-импульсных модул тора. 2 ил.(K-1) subtractors; and (K-1) 2 N-channel pulse width modulators. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в геоэлектроразведке сульфидных и магнетитовых месторождений методом переходных процессов.The invention relates to a pulse technique and can be used in geoelectrical exploration of sulphide and magnetite deposits using the transient process.

Целью изобретени   вл етс  расширение частотного диапазона при уменьшении искажений выходного сигнала и повышении КПД генератора.The aim of the invention is to expand the frequency range while reducing distortion of the output signal and increasing the efficiency of the generator.

На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напр жений, по сн ющие принцип его действи .FIG. 1 shows the structural scheme of the proposed generator; in fig. 2 - time diagrams of currents and voltages, explaining the principle of its action.

Ключевой генератор тока (фиг.1) содержит К вычитающих устройств (ВУ) 1.1 - 1,К, 2Ы-канальных широтно-им- пульсных модул торов (ШИМ) 2.1-2.К, тактовый генератор 3, NK ключевыхThe key current generator (Fig. 1) contains K subtractive devices (WU) 1.1-1, K, 2Y-channel pulse-width modulators (PWM) 2.1-2.K, clock 3, NK key

усилителей (КУ) 4.1.1 - 4.N.1amplifiers (CG) 4.1.1 - 4.N.1

4.1.К - 4.N.K, ВХОДЯ1ЦИХ в состав К4.1.K - 4.N.K, INPUT of K

параллельно включенных групп, кажда  из которых содержит N последовательно включенных ключевых усилителей, Ж гальванически разв занных источников 5.1.1. - 5.N.1, ..., 5.1.К 5.N.K электропитани  (ИП), К датчиков 6.1 - 6.К тока, нагрузку (Н) 7, выполненную на рамочной антенне, К фильтров нижних частот (ФНЧ) 8.1- 8К и распределитель 9 импульсов.parallel connected groups, each of which contains N series-connected key amplifiers, galvanically isolated sources 5.1.1. - 5.N.1, ..., 5.1.K 5.NK power supply (PI), K sensors 6.1 - 6.K current, load (N) 7, made on a loop antenna, K low-pass filters (LPF) 8.1 - 8K and distributor 9 pulses.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов, по сн ющие работу предлагаемого устройства дл  случа  N 2, К 2, иллюстрирующие принцип формировани  широтно-модулирован- ных импульсных последовательностейFIG. Figure 2 shows the time diagrams of the signals explaining the operation of the proposed device for case N 2, K 2, illustrating the principle of the formation of the width-modulated pulse sequences.

(,Ч  (, H

V.3 , V,.4 и VV.3, V, .4 and V

1:(one:(

ч.ч hr

v«.,v ".,

4,3 о.А по результату сравнени  входного сигнала U с опорными пилообразными напр жени ми Uf.i , Uni.i 4.3 oA according to the result of comparing the input signal U with the reference sawtooth voltage Uf.i, Uni.i

UntJ , Un(.4 и Unj.i , Un.t t Un2.3 .UntJ, Un (.4 and Unj.i, Un.t t Un2.3.

СЛ COSL CO

0000

O5O5

U((2 4 равномерно сдвинутыми во времени , суммарные импульсные напр жени  V( V(.( + V.,2. + V.a, + V(,i) иU ((2 4 uniformly shifted in time, total pulse voltages V (V (. (+ V., 2. + V.a, + V (, i) and

V-i V, + . + VQ.J , фор- мируемые на выходах групп последовательно включенных ключевых усилителей их выходные токи i и ie, а также суммарный выходной ток i i, +15 генерторного устройства,V-i V, +. + VQ.J, generated at the outputs of groups of series-connected key amplifiers, their output currents i and ie, as well as the total output current i i, +15 of the generator device,

Вычитающие устройства 1.1 - 1.К предназначены дл  выделени  разностного сигнала Up U - Uoc между входным сигналом и сигналом обратной св зи, поступающим с выходов датчиков 6.1-6. тока и могут быть выполнены на дифференциальных операционных усилител х с высокой идентичностью коэффициентов передачи по входам (отключение менее 1-2%), выходами соединены с входами широтно-импульсных модул торов 2, которые служат дл  формировани  2tt ши- ротно-модулированных импульсных последовательностей и Vf. 4 - V,/ и i.t 2.1 (фиг. 2). Тактовый ген ератор 3 через распределитель 9 импульсов соединен с тактовым входом соответствующего широтно-импульсного модул тора 2.Subtractive devices 1.1-1.K are designed to separate the difference signal Up U - Uoc between the input signal and the feedback signal coming from the outputs of the sensors 6.1-6. current and can be performed on differential operational amplifiers with a high identity of transmission coefficients over the inputs (off less than 1-2%), the outputs are connected to the inputs of pulse-width modulators 2, which serve to form 2tt width-modulated pulse sequences and Vf. 4 - V, / and i.t 2.1 (Fig. 2). The clock generator 3 is connected to the clock input of the corresponding pulse-width modulator 2 through the pulse distributor 9.

Ключевые усилители A.I.I-A.N.K. предназначен дл  ключевого усилени  по мощности двух широтно-модулирован- ных импульсных сигналов каждый, поступающих с выходов соответствующих широтно-импульсных модул торов 2.1- 2.к, и вьтолн ютс  по мостовой схемам (фиг. 3).Key amplifiers A.I.I-A.N.K. It is designed for key power amplification of two pulse-width modulated pulse signals, each coming from the outputs of the corresponding pulse-width modulators 2.1-2.k, and transmitted by bridging circuits (Fig. 3).

Источники 5.1.1 .-5.N.K электропитани  предназначены дл  обеспечени  галь- ваничес1си разв занными напр жени ми электропитани  величиной Eg каждого ключевого усилител  4.1.1-4.N.К и могут быть выполнены на выпр мител х и емкостных накопител х, подключен- ных к выходам отдельных обмоток еди- ного силового трансформатора, соединенного с шинами первичного напр жени  электропитани .Power supply sources 5.1.1.-5.NK are designed to provide galvanic power circuits with an Eg value of each key amplifier 4.1.1-4.N.K and can be performed on rectifiers and capacitive storage devices, connected - to the outputs of individual windings of a single power transformer connected to the primary power buses.

Датчики 6.1 - 6.К тока служат дп  выделени  сигналов обратной св зи Ug, напр жение которых пропорционально выходному току каждой группы последовательно включенных ключевых усилителей . Датчики 6,1 - 6.К тока выполн ютс  резистивными. Резисторы датчиков 6,1 - 6.К тока одним выводом подключены к первой шине нагрузки и гальванически св заны е общей шиной входногоSensors 6.1 - 6.K current serve as dp for extracting feedback signals Ug, the voltage of which is proportional to the output current of each group of series-connected key amplifiers. Sensors 6.1 - 6.K current are resistive. The sensor resistors are 6.1 - 6. The current is connected to the first load bus by one output and is galvanically connected to the common input bus

) 0 ) 0

0 0

5five

5 five

00

5five

сигнала, что позвол ет обеспечить обратную св зь.a signal that allows for feedback.

Фильтры 8.1 - 8.К низких частот служат дл  обеспечени  параллельного включени  К-групп последовательно вкл7оченных ключевых усилителей и выполн ютс  на дроссел х, индуктивность которых Ьф обеспечивает малую величину высокочастотных составл ющих их выходных токов.Filters 8.1 - 8.K low frequencies are used to provide parallel connection of K-groups of successively included key amplifiers and are performed on droplets, the inductance of which Lf provides a small amount of high-frequency components of their output currents.

Нагрузка 7 выполн етс  на рамочной антенне и предназначена дл  возбуждени  импульса первичного электромагнитного пол , спектральный состав которого определ етс  спектральным составом генерируемого тока. Индуктивность рамочной антенны типового размера 20x20 мм составл ет L 1-3 мГн. Глубинность и точность определени  провод щих пород методом переходных процессов определ етс  амплитудой и частотным диапазоном тока, возбуждаемого в рамочной антенне , требуемые значеник которых составл ют i 10-40А, Д 0-5 ,,. 10 кГц.The load 7 is performed on a coil antenna and is intended to drive a pulse of a primary electromagnetic field, the spectral composition of which is determined by the spectral composition of the generated current. The inductance of a 20x20 mm generic loop antenna is L 1-3 mH. The depth and accuracy of the determination of conductive rocks by the method of transients is determined by the amplitude and frequency range of the current excited in the loop antenna, the required values of which are i 10-40A, D 0-5 ,,. 10 kHz.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Входной сигнал U через вычитающие устройства 1.1-1.К поступает на входы К 2К-канальных широтно-импульсных модул торов 2.1-2.К9 где посредством сравнени  с 2N опорными пилообразными напр жени ми (Uf,, , j , U.j , Un(,/| дл  N 2) преобразуетс  каждым модул тором в 2М-импульсньгх сигналов (например, V,., , V,.,j , V.., , V. ).The input signal U through the subtracting devices 1.1-1. K is fed to the inputs of the K 2K-channel pulse-width modulators 2.1-2.K9 where by comparison with the 2N reference sawtooth voltages (Uf ,, j, Uj, Un (, / | for N 2) is converted by each modulator into 2M-pulse signals (for example, V,.,, V,., j, V., .., V.).

В результате К 2Н-канапьные широт- но-импульсные модул торы реализуют формирование 2Ж широтно-модулироваи- ных импульсных последовательностей.As a result, K 2H-canadian pulse-width modulators realize the formation of 2G-width-modulated pulse sequences.

Модулированные импульсные последовательности К-го (К 1, ..., К) пш- ротно-импульсного модул тора поступают попарно на входы ключевых усилителей 4.К.1 - 4.K.N, составл ющих К-ю группу ключевого усилени . Ключевые усилители выполн ютс  по мостовым схемам (фиг. 2), шины электропитани  которых подключены к соответствующим гальванически разв занным источникам 5.К.1 - 5.K.N электропитани , что позвол ет включить выходы ключевых усилителей последовательно. В результате последовательного сложени  выходных напр жений ключевых усилителей 4. К. 1 - 4,K.N на выходе К-й группы ключевогоThe modulated K-th pulse sequences (K 1, ..., K) of an impulse-pulse modulator come in pairs to the inputs of key amplifiers 4.K.1 - 4.K.N, which are the K-th group of key gain. Key amplifiers are made using bridge circuits (Fig. 2), the power supply buses of which are connected to the corresponding galvanically developed 5.K.1 sources and 5.K.N of the power supply, which allows switching the outputs of the key amplifiers in series. As a result of the sequential addition of the output voltages of key amplifiers 4. K. 1 - 4, K.N at the output of the K-th group of the key

10ten

5153118651531186

усилени  формируетс  суммарное импульсное напр жение (Vi и Va дл  К 2, N 2).the gain is generated by the total impulse voltage (Vi and Va for K 2, N 2).

В каждой К-й группе ключевого усилени  значительно уменьшаютс  пульсации выходного тока IK, (i{, i) за счет обеспечени  обратной св зи по выходному току каждой группы ключевого усилени , предельна  глубина которой при N 2 обеспечиваетс  не менее 20- 30 дБ, что позвол ет достичь высокой идентичности выходных токов отдельных ключевых усилителей, отклонение которых от номинального значени  не превышает 3-5%, чем достигаетс  равное распределение выходной мощности между ключевыми усилител ми и, как следствие этого, высока  надежность многоканального генератора тока.In each K th key gain group, ripples of the output current IK are significantly reduced (i {, i) by providing feedback on the output current of each key gain group, the maximum depth of which for N 2 is no less than 20-30 dB, which allows to achieve high identity of the output currents of individual key amplifiers, the deviation of which from the nominal value does not exceed 3-5%, thus achieving an equal distribution of the output power between the key amplifiers and, as a result, high reliability current generator.

Использование гальванически разв занных источников электропитани  каждого ключевого усилител  облегчает также параллельное сложение мощности отдельных групп ключевого усилени , вторые выходы которых могут быть непосредственно подключены ко второй шине нагрузки, что не приводит к возникновению между группами ключевого усилени  дополнительных контурных токов, как это имеет место в известном устройстве.The use of galvanically isolated power sources of each key amplifier also facilitates the parallel power addition of individual key gain groups, the second outputs of which can be directly connected to the second load bus, which does not cause additional loop currents between key gain groups, as is the case in the well-known device.

Дл  параллельного включени  групп ключевого усилени  в предлагаемом устройстве достаточно подключить ихTo parallel the key gain groups in the proposed device, it is enough to connect them

В частности, дл  i (Ле) 10 А и L 1 мГн, при Ео 150 В обеспечение требуемого частотного диапазона ЛQ 5-10 кГц достигаетс  при N 3-5.In particular, for i (Le) 10 A and L 1 mH, with Eo 150 V, ensuring the required frequency range LQ 5-10 kHz is achieved with N 3-5.

Достижение требуемой амплитуды выходного тока в инфранизком частотном диапазоне Лн 0-5 Гц КЛн) 30- 40 А, при использовании мощных транзисторов с допустимым током 1( А обеспечиваетс  параллельным соединением К 3..,4 групп ключевого соединени  при сохранении запаса использовани  транзисторов по току не менее 1,5.Achieving the required amplitude of the output current in the infra-low frequency range Ln 0-5 Hz QLn) 30-40 A, using high-power transistors with an allowable current 1 (A is provided by parallel connection K 3 .., 4 groups of key connection while maintaining a stock of transistors using current not less than 1.5.

Параллельное включение групп ключевого усилени  дополнительно приводит к увеличению частоты пульсаций выходного тока в К раз, подавление пульсации также осуществл етс  индуктивностью рамочной антенны. Исполь зование последовательного соединени  ключевых усилителей, вход щих в со25 став каждой группы ключевого усилени , позвол ет согласовать выход генераторного устройства со входом рамочной антенны в более широком частотном диапазоне. При этом полупровод30 никовые приборы оконечных каскадов ключевых усилителей выбираютс  из услови  обеспечени  максимальных энергетических характеристик, а частота их переключений может быть обеспеченаParallel connection of the key gain groups additionally leads to an increase in the ripple frequency of the output current by a factor of K, and ripple suppression is also performed by the inductance of the loop antenna. The use of the serial connection of key amplifiers included in the com plex of each key gain group allows the output of the generator device to be matched to the input of the loop antenna in a wider frequency range. In this case, the semiconductor devices of terminal cascades of key amplifiers are selected from the condition of ensuring maximum energy characteristics, and the frequency of their switching can be ensured

1515

2020

первые выходы через дроссели ФНЧ 8.1- 35 значительно ниже (более, чем в N раз)the first outputs through chokes of low-pass filter 8.1-35 are much lower (more than N times)

8К и датчики 6.1-6К тока к первой шине нагрузки. Причем датчики тока гальванически св заны и могут быть выполнены резистивными, а величина индуктивности дросселей 1,ф значительно (в 2N раз) меньше индуктивности дросселей ФНЧ, используемых в известном устройстве,8K and sensors 6.1-6K current to the first bus load. Moreover, the current sensors are galvanically connected and can be made resistive, and the inductance value of chokes 1, f is significantly (2N times) less than the inductance of low-pass filters that are used in the known device,

Основньп- преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными  вл етс  возможность согласовани  его выхода со входом рамочной антенны в широком диапазоне частот при посто нном напр жении электропитани  ЕО ключевых усилителей, выбранном из услови  использовани  мощных транзисторов с наилучшими частотными характеристиками. В этом случае достижение требуемой амплитуды i« (Jlfc) тока D верхнем частотном диапазоне обеспечиваетс  выбором количества N последовательно включенных ключевых усилителей.The main advantage of the proposed device in comparison with the known ones is the possibility of matching its output with the loop antenna input in a wide frequency range at a constant voltage of EO of key amplifiers selected from the condition of using high-power transistors with the best frequency characteristics. In this case, the achievement of the required amplitude i ' (Jlfc) of the current D in the upper frequency range is provided by selecting the number N of series-connected key amplifiers.

чем в известном устройстве, чем достигаетс  существенное повышение КПД до 90-95% при расширении частотного диапазона генерируемого тока и умень- 4Q шение искажени  его спектрального состава .than with a known device, with which a significant increase in efficiency is achieved up to 90-95% while expanding the frequency range of the generated current and reducing 4Q of the distortion of its spectral composition.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula д5 Ключевой генератор тока преимущественно дл  геоэлектроразведки, содержащий первый 2К-канальный широтно-им- пульсный модул тор, выходы которого попарно подключены к входам первойe5 Key current generator mainly for geoelectromagnetic, containing the first 2K-channel pulse-width modulator, the outputs of which are connected in pairs to the inputs of the first 50 группы N ключевых усилителей, а также первый источник электропитани , генератор тактовых импульсов, первый датчик тока, первое вычитающее устройство и N фильтров нижних частот,50 groups of N key amplifiers, as well as the first power supply, clock pulse generator, the first current sensor, the first subtracter, and N low-pass filters, cj отличающийс  тем, что, с целью расширени  частотного диапа- зона при уменьшении искажений и повышени  КПД, в его состав введены К-1 групп ключевых усилителей, кажда  изcj characterized in that, in order to broaden the frequency range while reducing distortion and increasing efficiency, K-1 groups of key amplifiers are introduced into its composition, each of 00 В частности, дл  i (Ле) 10 А и L 1 мГн, при Ео 150 В обеспечение требуемого частотного диапазона ЛQ 5-10 кГц достигаетс  при N 3-5.In particular, for i (Le) 10 A and L 1 mH, with Eo 150 V, ensuring the required frequency range LQ 5-10 kHz is achieved with N 3-5. Достижение требуемой амплитуды выходного тока в инфранизком частотном диапазоне Лн 0-5 Гц КЛн) 30- 40 А, при использовании мощных транзисторов с допустимым током 1( А, обеспечиваетс  параллельным соединением К 3..,4 групп ключевого соединени  при сохранении запаса использовани  транзисторов по току не менее 1,5.Achieving the required amplitude of the output current in the infra-low frequency range Ln 0-5 Hz QLn) 30-40 A, using high-power transistors with an acceptable current 1 (A, is provided by parallel connection K 3 .., 4 groups of key connection while maintaining a reserve of transistors using current of at least 1.5. Параллельное включение групп ключевого усилени  дополнительно приводит к увеличению частоты пульсаций выходного тока в К раз, подавление пульсации также осуществл етс  индуктивностью рамочной антенны. Использование последовательного соединени  ключевых усилителей, вход щих в со5 став каждой группы ключевого усилени , позвол ет согласовать выход генераторного устройства со входом рамочной антенны в более широком частотном диапазоне. При этом полупровод0 никовые приборы оконечных каскадов ключевых усилителей выбираютс  из услови  обеспечени  максимальных энергетических характеристик, а частота их переключений может быть обеспеченаParallel connection of the key gain groups additionally leads to an increase in the ripple frequency of the output current by a factor of K, and the ripple suppression is also performed by the inductance of the loop antenna. The use of a serial connection of key amplifiers, included in the design of each key gain group, allows the generator device to be matched to the input of the loop antenna in a wider frequency range. In this case, the semiconductor devices of terminal cascades of key amplifiers are selected from the condition of ensuring maximum energy characteristics, and the frequency of their switching can be ensured 5five 00 35 значительно ниже (более, чем в N раз)35 much lower (more than N times) чем в известном устройстве, чем достигаетс  существенное повышение КПД до 90-95% при расширении частотного диапазона генерируемого тока и умень- 4Q шение искажени  его спектрального состава .than with a known device, with which a significant increase in efficiency is achieved up to 90-95% while expanding the frequency range of the generated current and reducing 4Q of the distortion of its spectral composition. Формула изобретени Invention Formula д5 Ключевой генератор тока преимущественно дл  геоэлектроразведки, содержащий первый 2К-канальный широтно-им- пульсный модул тор, выходы которого попарно подключены к входам первойe5 Key current generator mainly for geoelectromagnetic, containing the first 2K-channel pulse-width modulator, the outputs of which are connected in pairs to the inputs of the first 50 группы N ключевых усилителей, а также первый источник электропитани , генератор тактовых импульсов, первый датчик тока, первое вычитающее устройство и N фильтров нижних частот,50 groups of N key amplifiers, as well as the first power supply, clock pulse generator, the first current sensor, the first subtracter, and N low-pass filters, cj отличающийс  тем, что, с целью расширени  частотного диапа- зона при уменьшении искажений и повышени  КПД, в его состав введены К-1 групп ключевых усилителей, кажда  изcj characterized in that, in order to broaden the frequency range while reducing distortion and increasing efficiency, K-1 groups of key amplifiers are introduced into its composition, each of которых содержит N ключевых усилителей , N(K-1) гальванически разв занных источников электропитани , К-1 датчиков тока, К-1 вычитающих устройств , (К-1)2Н-канальных широтно- ««пульсных модул торов и распределитель импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых 1мпульсов, а выходы - с входами синхронизации К 2М-канапьных широтно- 4пульсных модул торов, каждый из которых выходами попарно подключен к входам соответствующей группы N ктаочевых усилителей, выходы которых подютвочены последовательно, причем первые выходы каждой из К групп ключевых усилителей подключены параллелwhich contains N key amplifiers, N (K-1) electroplated sources of power supply, K-1 current sensors, K-1 detractors, (K-1) 2H-channel pulse-width modulators and pulse distributor, input which is connected to the output of a 1-pulse clock generator, and the outputs are connected to synchronization inputs K 2M-taped width-4-pulse modulators, each of which outputs are connected in pairs to the inputs of the corresponding group Nc of the touch amplifiers, the outputs of which are connected in series, and the first outputs of each K groups of key amplifiers connected parallel но через соответствующие фильтры нижних частот и датчики тока к первому выводу нагрузки, а вторые выходы каждой из К групп ключевых усилителей подключены параллельно к второму выводу нагрузки, а шины электропитани  NK ключевых усилителей соответственно соединены с выходами Ж гальванически разв занных источников электропитани , 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 2Ы-канальных щиротно- импульсных модул торов.but through the corresponding low-pass filters and current sensors to the first output of the load, and the second outputs of each of the K groups of key amplifiers are connected in parallel to the second output of the load, and the power bus NK of the key amplifiers are respectively connected to the G outputs of galvanically developed power supplies, and the K outputs current sensors are connected to the second inputs of the corresponding K subtractors, the first inputs of which are connected to the input signal bus, and the outputs - to the inputs K of the corresponding 2Y-channel latitude pulse modulators. Unj и„,.2 Ui,,,3 f/jUnj and „,. 2 Ui ,,, 3 f / j У г. / Urn. t //In / Urn. t // д«жжd "lj I f.z I f.z гз f.vgz f.v 1 Ч1 h 2.12.1 Чг ЧзChg Chz V2.V И2V2.V I2 4four АBUT ПP