[发明专利]磁致伸缩驱动电源

说明书

技术领域

本发明属于换能器驱动电源技术领域，具体地说，涉及一种输出电压连续可调节的磁致伸缩换能器的驱动电源。

背景技术

在超声波测井及井下信息传输等领域，磁致伸缩具有广泛的应用，与传统材料相比，使用磁致伸缩技术制成的换能器具有响应速度快、能量密度大等优点。磁致伸缩工作时需要强大的磁场，这就需要磁致伸缩驱动电源能够在瞬间产生较大的电流，同时还需要能够在较宽的频率范围内持续工作，这就对换能器驱动电源的设计提出了较高的要求。

为了产生较大的驱动电流，需要对直流电源进行升压，传统的电源一般将直流逆变为高频交流后通过变压器进行升压，然后再整流为直流，所使用元件较多，结构较为复杂，成本比较高，且输出电压不能改变，换能器输出强度无法调节。升压后的直流通过直流电容储能和开关管控制对磁致伸缩元件放电。为了使关断开关管时所通过的电流不至于太大，需要在回路中串入限流电阻，造成了部分能量的流失，且存在电阻过热时的散热问题。特别是在井下测量作业中，一般使用电池供电，对装置的体积和效率都有较高的要求，因此需要一种结构简单、效率较高以及能够连续调节输出强度的磁致伸缩驱动电源来满足井下测量与信息传递的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种结构简单，基于DC升压电路的磁致伸缩驱动电路，转换效率高，输出电压连续可调。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种磁致伸缩驱动电源，包括直流电源，直流电源的正极与电感一端相连，电感另一端与二极管一正极相连，二极管一的负极与电容一端相连，电容的另一端与二极管二的正极相连，二极管二的负极与直流电源负极相连；开关管一端与二极管一的负极相连，开关管另一端与直流电源负极相连；换能器一端连接在电容与二极管二正极之间，另一端连接在直流电源负极与二极管二负极之间。

开关管由脉冲信号控制，当开关管在第一个脉冲作用下导通时，直流电源给电感充电，电流流经电感、二极管一、开关管，电感储存能量；当开关管在第一个脉冲作用下关断时，电感中存储的能量开始通过二极管一传递给电容，使得电容两端电压升高，当能量全部传递给电容后二极管一截止，电容电压升高，电路准备工作完毕，当第二个导通脉冲到达之时，开关管导通，电容储存的高压对磁致伸缩驱动器瞬间放电，产生强大的驱动电流，完成一次换能，同时直流电源再次通过二极管一和开关管给电感充电储存能量，当开关管关断后给电容充入高压，为下一次放电做好准备。改变开关管导通时间，即改变脉冲宽度，即可调节输出强度。

升压过程分析如下：

假设电源电压为E，在开关管导通期间内，电感通过二极管一和开关管串联于电源两端，则E＝Ldi/dt，因此电流变化率di/dt为常数，当经过一个脉冲周期t时间后开关管关断，此时电感电流

i＝t*di/dt＝t*E/L

则此时电感内储存的能量

Q＝0.5L*i²＝E²t²/2L

随着开关管的关断，二极管二导通，LC回路开始交换能量，当能量Q全部由电感传递给电容时，电容存储能量

Q＝0.5*Cu²

即0.5*Cu²＝0.5*Li²＝E²t²/2L

可以解得电容电压

u=1LCt*E]]>

由此可知电容电压是电源电压的倍，当电感、电容以及开关管的导通时间t取适合值时即可实现升压。