[发明专利]海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法

权利要求书

1.一种海洋可控源电磁探测系统发射机，包括：

低压直流电源；

上升沿恒压可调钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；

自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；

IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；

控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；

下降沿恒压可调钳位电源，与所述IGBT全桥逆变电路相连，在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，对电流脉冲下降沿高压钳位；以及

发射负载，与所述下降沿钳位电源相连，用于发出低频电磁场；

其中，通过调节上升沿恒压可调钳位电源的电压值来控制电流脉冲线性提升速度和上升沿时间；对电流脉冲下降沿高压钳位电压越大，电流脉冲线性下降的斜率越大，对应的下降沿时间越短；

所述自动切换电路包括：功率开关，快恢复二极管，比较器，以及霍尔电流传感器；通过霍尔电流传感器精准测量当前电路中的电流值，反馈回比较器电压值；通过与预设电压比较，配合功率开关的通断，进而准确在低压直流电源与上升沿高压钳位电源之间做切换，使电流脉冲上升沿快速、线性提升至预设值，避免电流脉冲欠饱和或过冲状态。

2.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，快恢复二极管防止上升沿钳位电源倒灌回低压直流电源中，保护低压直流电源稳定工作。

3.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述控制器，包括：

FPGA控制器，用于产生PWM时序逻辑控制信号；

IGBT驱动电路，与所述FPGA控制器相连，将所述控制信号转换为驱动能力更强的IGBT功率开关控制信号，并实现FPGA控制器与IGBT 全桥逆变电路中功率开关之间的电气隔离。

4.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述的上升沿钳位电源包括：单向二极管，高电压钳位电源，以及充电电容。

5.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述下降沿钳位电源，包括：单向二极管，高电压钳位直流电源，充电电容，以及吸收电阻；在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，下降沿钳位电源对下降沿高压钳位，加速脉冲电流线性下降。

6.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述发射负载，为接触海水的长导线电偶极源，可视为电感与电阻串联组成的发射负载。

7.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，还包括：

阻尼吸收电路，与所述发射负载相连，包括吸收电阻与两路功率开关，用于吸收IGBT全桥逆变电路和发射负载中的振荡电流；消除电流脉冲下降为0时的振铃现象，使电流脉冲完全线性下降。

8.一种海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，用于控制权利要求1至7任一项所述的海洋可控源电磁探测系统发射机工作，所述海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，包括：

T1阶段：通过上升沿钳位电源为电流脉冲快速、线性上升提供恒定钳位高压，配合自动切换电路，保证上升沿钳位电源能在T1阶段始末精准接入或接出IGBT全桥逆变回路，使上升沿快速、线性提升，避免电流脉冲过冲或欠饱和状态；通过调节上升沿钳位电源的电压值来控制电流脉冲线性提升速度和上升沿时间，通过增大钳位电压，来增大电流上升沿线性提升的斜率，缩短对应的上升沿时间；

T2阶段：通过自动切换电路切换低压直流电源代替上升沿钳位电源为IGBT全桥电路提供稳定的工作电压，为发射系统提供稳定的平顶电流；以及

T3阶段：通过下降沿钳位电源为电流脉冲线性下降提供钳位电压，时间长短和线性下降斜率由下降沿钳位电源控制，钳位电压越大，电流脉冲线性下降的斜率越大，对应的下降沿时间越短；

通过上述TI至T3阶段，实现对电流脉冲上升沿和下降沿的高精度控制。