面112 (回忆图1)，可通过连接到调 查控制器102的输出端"A"的调查探测器106和连接到调查控制器102的输出端"B"的调 查探测器104来禪合在两个继电器对串联连接的触点之间。4元件H桥电路204具有=种 操作模式，由控制和安全电路207控制。具体而言，在一些实施例中，控制和安全电路207 接收来自执行配置成生成发送给控制和安全电路207W选择4元件H桥电路204的=种操 作模式之一的信号的调查控制器程序的微处理器209的输入。
[0040] 在4元件H桥电路204的第一操作模式中，所有机电开关元件302/304/306/308 处于关闭状态。在该第一模式中，调查控制器102的输出端"A"或输出端"B"处都不存在 输出。在第二操作模式中，继电器的左对中的正继电器（机电开关元件302)和继电器的右 对中的负继电器（机电开关元件308)处于开启状态，而机电开关元件304/306处于关闭状 态。在该第二模式中，调查控制器102的A-B输出端是正的。在第=操作模式中，继电器 的左对中的负继电器（机电开关元件304)和继电器的右对中的正继电器（机电开关元件 306)处于开启状态，而机电开关元件302/308处于关闭状态。在该第=模式中，调查控制器 102的A-B输出端是负的。
[0041] 如上所述的控制和安全电路207控制半导体开关元件210和机电开关元件206的 开启和关闭W及4元件H桥电路204的=种操作模式之一的选择。如图2所示，控制和安 全电路207具有创建两个分开的开启/关闭输出的一个开启/关闭输入端，其中一个输出 端针对半导体开关元件且一个输出端针对并联的机电开关元件206,使得为各开关元件的 操作创建时间分隔，如下文参考图5讨论的。运确保机电开关元件206只在半导体开关元 件210处于导通状态时被开启或关闭，从而保证（机电开关元件206的）继电器触点打开 或闭合时的低电压条件。为避免怀疑，虽然控制和安全电路207被描述为电路，但将理解， 其功能可W至少部分地使用至少部分地在软件或固件控制之下的可编程电子装置来提供。
[0042] 如图2和3所示，高功率电流注入电路202还包括通过公共节点303连接在高电 压电源212和半导体开关元件210和机电开关元件206的组合的高电压端之间的瞬变电压 抑制灯VS)电路208。TVS电路208抑制由可连接到输出电极"A"和"B"的电感负载分量 创建的跳变瞬时电压。TVS电路208被配置成使得它主要在电压瞬变期间传导。如图3所 示，TVS电路208包括双向TVS二极管310和高电压二极管312。在跳变瞬时电压抑制事件 期间，TVS电路208将瞬变电压跨负载短路并添加反向电压W加速跨负载电感组件的磁场 衰减。在正常操作中（即，在未抑制瞬变电压时），TVS电路208通过高电压二极管312(它 被反向偏置且具有低泄露电流）与负载绝缘。在图3所示的配置中，双向TVS二极管310 包括两个串联连接的在相对方向上定向的齐纳二极管。在运样的配置中，可调节大小的反 向电压（例如，几百伏特）可被跨负载快速创建W使磁场快速放电。尽管示出并描述了具 有特定分量的TVS电路208的示例，将理解，用于实现瞬变电压抑制器电路的替换设备和方 法被构想为落在本公开的范围内。例如，在其他实施例中，TVS电路208可包括滤波器、消 弧电路（crowbar)器件、W及替换电压错位器件（如砸光电池、碳化娃变阻器、金属氧化物 变阻器、单向齐纳二极管、或它们的任何组合）。
[0043] 现在参考图2、3、4和5,示出了用于使用高功率电流注入电路202来提供诸如图1 中介绍的地球物理调查系统中的电路保护的方法400的实施例。具体而言，方法400描述 了与高功率电流注入电路202的操作相关的定时和顺序。方法400在框402开始，在此作 出与是否改变负载电流的极性有关的决定。例如，如上所述，在包括4元件H桥电路204的 机电开关元件302/308的对角线对处于开启状态时，调查控制器102的A-B输出端是正的。 或者，在包括4元件H桥电路204的机电开关元件304/306的对角线对处于开启状态时，调 查控制器102的A-B输出端是负的。在框402,如果作出在调查控制器102的A-B输出端 处的正/负极性之间作出切换的决定，或反之，则该方法进至框404,在此4元件H桥电路 204的机电开关元件的第一对角线对打开（切换为关闭）且第二对角线对闭合（切换为开 启）。在一些实施例中，调查控制器102的A-B输出端的极性由微处理器209来反转，从而 用信号通知控制和安全电路207,控制和安全电路随后根据所选极性来设置4元件H桥电 路204的操作模式。当然，控制和安全电路207还确保4元件H桥电路204的四个机电开 关元件302/304/306/308的状态只在没有电流在该电路中流动时（即，在半导体开关元件 210处于非导通状态且机电开关元件206处于打开状态时）变化。该方法随后进至框406， 如下所述。
[0044] 如果在框402,作出不切换调查控制器102的A-B输出端处的极性的决定，则该方 法直接进至框406，在此，半导体开关元件被开启。在操作中，控制和安全电路207从微处理 器209接收到的开启输入在时间Tl产生控制和安全电路207处的开启输出信号，如图5的 时序图的行502所示。响应于在时间Tl来自控制和安全电路207的开启输出信号，半导体 开关元件210在时间Tl被开启，如图5的时序图的行504所示，具有与从控制和安全电路 207接收到开启输出信号的时刻开始的可忽略的时间延迟。此后，在半导体开关元件210被 开启时，方法400进至框408,在此，在电流注入周期的开始处注入电流流过半导体开关元 件210达短暂时间。在一些实施例中，半导体开关元件210在电流注入周期的开始处通过 全部注入电流达小于约20毫秒的时间。
[0045] 该方法随后进至框410,在此，机电开关元件206被开启，且电流负载被重定向到 机电开关元件206。在一个示例中，来自控制和安全电路207的开启输出信号在时间T2开启 机电开关元件206,如在图5的时序图的行506所示，使得为半导体开关元件210和机电开 关元件206的操作创建时间间隔。半导体开关元件210和机电开关元件206的开启时间之 间的延迟时间T3 (对于电路功能而言并非必须）由机电开关元件206的致动的机械延迟造 成。具体而言，延迟时间T3在很大程度上依赖于机电开关元件206的机械性质，且将理解， 得自使用不同类型的继电器和继电器驱动电路的各种延迟时间T3被构想为落在本公开的 范围内。在延迟时间T3期间，半导体开关元件210可由于高电流通过它而体验到发热，然 而，因为时间T3的值很短，此后全部电流负载被重定向到机电开关元件206,所W半导体开 关元件210的降级基本上被防止。此后，机电开关元件210通过注入电流达基本上全部电 流注入周期且直至时间T4,如下所述。
[0046] 方法400进至框412,在此，机电开关元件206被关闭，且电流负载被重定向到半导 体开关元件206。在操作中，控制和安全电路207从微处理器209接收到的关闭输入在时间 T4产生控制和安全电路207处的关闭输出信号，如图5的时序图的行502所示。响应于在 时间T4来自控制和安全电路207的关闭输出信号，机电开关元件206在时间T4被关闭，如 图5的时序图的行506所示。为讨论清楚起见，从接收到来自控制和安全电路207的关闭 输出信号的时间到机电开关元件206被关闭的时间的任何时间延迟未被示出。在完全关闭 机电开关元件206后，在电流注入周期结束处注入电流流过半导体开关元件210达短暂时 间。在一些实施例中，半导体开关元件210在电流注入周期的结束处通过全部注入电流达 小于约20毫秒的时间。
[0047] 该方法随后进至框414,在此，控制和安全电路207在时间巧关闭半导体开关元件 210,如图5的时序图的行504所示。在一些实施例中，关闭机电开关元件206和半导体开 关元件210中的每一者之间的时间间隔T6 (运由控制和安全电路207控制）长于机电开关 元件206的完全释放时间。具体而言，由控制和安全电路207控制机电开关元件206确保 机电开关元件206的状态只在半导体开关元件210处于导通状态时变化，W防止继电器触 点中的电弧。此外，在一些实施例中，延迟时间T6被添加到给控制和安全电路207的脉冲 时间命令。因而，延迟T6由控制电路系统测量且被微处理器209纳入考虑W在调查控制器 102(图1)的输出电极"A"和"B"上产生精确地控制的输出脉冲时间。
[0048] 方法400随后进至框416,在此，基于感应瞬时"跳变"电压的存在来确定电感负 载的存在，感应瞬时跳变电压可在半导体开关元件210被关闭W完全关闭注入电流时被触 发。在框416,如果检测到瞬变电压，则该方法进至框418,在此，TVS电路208抑制瞬变电 压并加速与负载电感组件相关联的磁场衰减，如下所述。应当注意，TVS电路208检测到瞬 变电压和对应的抑制（如参考框416和418所述）是由瞬时"跳变"电压自身在TVS电路 208的抑制组件上直接触发的自动过程（即，不需要附加电路或控制信号）。此后，该方法 返回框402,在此，为后续电流注入周期作出与是否改变负载电流的极性有关的决定。或者， 如果在框416没有检测到瞬变电压，则该方法直接进至框402。
[0049] 因而，描述了一种提供用于高功率电流注入设备（或发射机）中（诸如用于电阻 率和电感极化（I巧类型地球物理测量）的受保护的切换电路的系统和方法。通过使用机 电和半导体开关元件的组合，高注入电流在电流注入占空比的相当大部分期间基本上绕过 半导体开关元件。因而，半导体开关元件的发热可被降低或管理W改进设备性能和可靠性