脉冲开关控制装置及控制方法

专利名称：脉冲开关控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲发射技术，具体涉及一种脉冲开关控制装置及控制方法。
背景技术：
由于具有控制简单、切换速度快、双极式输出等诸多优点，H型桥式发射脉冲电路 被广泛应用于各种装置中作为开关变换器进行电能转换。例如，在原油电脱水脱盐高频高 压脉冲电源中，脉冲开关控制装置是比较重要的部件之一，脉冲开关控制装置以开关变换 器为核心进行电能转换，实现电功率输出。又如，在海底油气资源勘探发射装置中，采用脉 冲开关控制装置输出理想的电流方波。图1为现有H型桥式发射脉冲电路的结构示意图。如图1所示，H型桥式发射脉 冲电路的主体结构包括4个等效开关器件Kp K2, K3和K4，每个等效开关器件可以由多个单 开关器件串并联而成。在控制方式上，现有H型桥式发射脉冲电路采用成对控制方式，即 等效开关器件K1和K4、等效开关器件K2和K3分别受控制信号U14和U23的控制。当控制信 号U14为导通控制信号、控制信号U23为关断控制信号时，等效开关器件K1和K4导通，电流 由电源正极经过等效开关器件K1、负载&、等效开关器件K4流入电源负极，在负载&上电流 流向为从节点A至节点B，此时的负载状态规定为正向电压脉冲。在正向电压脉冲向零向 电压切换时，需要将等效开关器件K1和K4关断，即此时4个等效开关器件都处于关断状态。 当控制信号U23为导通控制信号、控制信号U14为关断控制信号时，等效开关器件K2和K3导 通，电流由电源经过等效开关器件K3、负载&、等效开关器件K2流入电源负极，在负载&上 电流流向为从节点B至节点A，此时的负载状态规定为负向电压脉冲。实际使用表明，随着系统运行状况不同，负载&具有不同的特性，是一种非常复杂 的等效负载。在某种工况下，负载&呈阻性，但在其它多数工况下，负载&呈感性或呈容 性。图2a和图2b分别为理想和实际电压或电流波形的示意图。在负载呈阻性的理想情况 下，负载上施加的是双极性矩形波，如图2a所示。而负载呈感性或呈容性时，负载上施加的 电流或电压波形严重失真，波形前沿呈指数上升，后沿呈斜阶跃下降而使波形拖尾，如图2b 所示。另外，即使在负载呈阻性的情况下，由于脉冲电子开关器件关断延时，负载上施加的 电流或电压也同样会出现如图2b所示的波形。研究表明，后沿下降拖尾波形将严重影响负 载的工作性能。实际使用中，希望后沿波形拖尾的时间越短越好。以原油电脱水脱盐应用为例，后沿下降拖尾波形影响负载工作性能具体体现在(1)当电脱水脱盐负载呈感性时，电流不能突变，负载储存的磁场能量需要合适的 回路释放。二极管为线圈绕组提供续流回路，因为电源的内阻相对负载阻抗很小，所以线圈 向电源放电。在产生负向脉冲过程中，电流回路为节点A—等效开关器件K2—电源负极 —电源正极一等效开关器件K3 —节点B —负载& —节点A。在负向脉冲电压向零向电压切 换时，电流回路为节点A —等效开关器件K1 —电源正极一电源负极一等效开关器件K4 — 节点B —负载& —节点A。由此可见，当电脱水脱盐负载呈感性时，由于负载的能量在短时 间内难以释放，因此会影响电脱水脱盐电源脉冲的频率、占空比以及脉冲宽度，无法提供高
5频脉冲电场。(2)当电脱水脱盐负载呈容性时，负载电压不能突变，容性负载储存的电场能量需 要合适的回路释放。但由于H型桥式发射脉冲电路的现有成对控制方式无法提供合适的放 电回路，因此也会影响电脱水脱盐电源脉冲的频率、占空比以及脉冲宽度，无法提供高频脉 冲电场。(3)前面分析表明，由于需要向电源放电，因此在放电过程中会对电源中的电子器 件产生冲击，不仅降低了电源的工作可靠性，而且缩短了电源的使用寿命。(4)同时，向电源放电时对直流电源的冲击会耦合到开关电源变压器的其它绕组 上，造成多路变压器及其绕组的电压不稳定。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种脉冲开关控制装置及控制方法，有效消除由 呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压拖尾，减小 脉冲电流或电压的波形失真。为解决上述技术问题，本发明提供了一种脉冲开关控制装置，包括由第一开关单 元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲模块，所述第一 开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关 单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元组成相对开关组；还包括一控制模块， 所述控制模块分别与每个开关单元连接，用于在发射脉冲时控制一个对角开关组中的开关 单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，在发射脉冲停止时，控制 一个相对开关组中的开关单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路。进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制 端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉 冲停止时关断；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正 向脉冲停止时导通；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲和发射正向 脉冲停止时关断；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉 冲停止时导通。进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制 端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时 导通；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止关断； 第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停止时 导通；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停 止时关断。进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制 端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时 关断；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导 通；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停止 时关断；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲 停止时导通。
进一步地，所述控制模块包括第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制 端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉 冲停止时导通；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负 向脉冲停止时关断；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向 脉冲停止时导通；第四控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉 冲停止时关断。在上述技术方案基础上，所述第一开关单元与第二开关单元的一端通过第一节点 连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第三开关单元与第四开关单元的一端通过第二 节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第一节点与第二节点之间设置负载，所述放 电回路上设置放电负载。为解决上述技术问题，本发明还提供了一种脉冲开关控制方法，脉冲开关包括由 第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲电 路，所述第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所 述第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元组成相对开关组；所述方 法包括在发射脉冲时，向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对 角开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成脉冲回路；在发射脉冲停止时，向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一 个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成放电回路。进一步地，所述向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对 角开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为向所述第一开关单元和第四开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和 第三开关单元发送关断控制信号；或向所述第一开关单元和第四开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和 第三开关单元发送导通控制信号。进一步地，所述向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相 对开关组中的开关单元发送关断控制信号具体为向所述第一开关单元和第三开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和 第四开关单元发送导通控制信号；或向所述第一开关单元和第三开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和 第四开关单元发送关断控制信号。本发明还提供了一种采用本发明脉冲开关控制装置的高频高压脉冲电源，包括低 压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲变压器装置、控制装置和检测装置，其中，所述低压直流电源装置用于对低压交流电进行整流滤波处理，输出幅值经过调整 的低压直流电源；所述大功率逆变装置与所述低压直流电源装置连接，用于对所述低压直流电源进 行逆变处理，通过占空比调制输出幅值经过调整的双极性低压脉冲电源；所述脉冲变压器装置与所述大功率逆变装置连接，用于对所述双极性低压脉冲电 源进行升压和整流滤波处理，输出高压直流电源；
所述脉冲开关控制装置与所述脉冲变压器装置连接，向负载输出频率经过调整的 高压高频脉冲电源；所述检测装置用于监测所述脉冲开关控制装置输出高压高频脉冲电源的电流和 电压，获取输出参数；所述控制装置分别与所述低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲开关控制装 置和检测装置连接，用于根据所述输出参数调节所述低压直流电源的幅值、所述双极性低 压脉冲电源的幅值和所述高压高频脉冲电源的频率。本发明提供了一种脉冲开关控制装置及控制方法，通过在向负载施加正向或反向 脉冲停止时形成放电回路，有效消除了由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关 断延时带来的脉冲电流或电压拖尾，有效减小了脉冲电流或电压的波形失真。


图1为现有H型桥式发射脉冲电路的结构示意图；图2a和图2b分别为理想和实际电压或电流波形的示意图；图3为本发明脉冲开关控制装置的结构示意图；图4a 图4c为本发明脉冲开关控制装置第一实施例的工作原理图；图5a 图5c为本发明脉冲开关控制装置第二实施例的工作原理图；图6a和图6b为本发明脉冲开关控制装置第三实施例的工作原理图；图7a和图7b为本发明脉冲开关控制装置第四实施例的工作原理图；图8a 图8c为本发明脉冲开关控制装置第五实施例的工作原理图；图9a 图9c为本发明脉冲开关控制装置第六实施例的工作原理图；图IOa和图IOb为本发明脉冲开关控制装置第七实施例的工作原理图；图Ila和图lib为本发明脉冲开关控制装置第八实施例的工作原理图；图12为本发明高频高压脉冲电源的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明技术方案做进一步详细说明。经本申请发明人的深入研究表明，由于现有成对控制方式缺乏良好的放电回路， 在脉冲状态切换时产生虚电压，因此导致脉冲电流或电压波形严重失真。为此，本发明提供 了一种根据负载情况自适应地脉冲截尾控制方案，通过在脉冲状态切换时形成放电回路， 有效消除由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压 波形拖尾，有效减小脉冲电流或电压波形失真。图3为本发明脉冲开关控制装置的结构示意图。如图3所示，本发明脉冲开关控 制装置的主体结构包括H型桥式发射脉冲模块和控制模块，控制模块与H型桥式发射脉冲 模块连接，用于控制H型桥式发射脉冲模块向负载施加正向脉冲或反向脉冲，在施加正向 脉冲或反向脉冲停止时，控制模块控制H型桥式发射脉冲模块形成放电回路，通过快速放 电回路有效截掉由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流 或电压波形拖尾。具体地，本发明H型桥式发射脉冲模块包括第一开关单元S1 (Vn和Vdi)、第二开关单元S2 (VT2和VD2)、第三开关单元S3 (Vt3和VD3)和第四开关单元S4 (Vt4和Vd4)。在图3所示 结构中，每个开关单元的等效电路为开关管Vt和二极管VD，实际应用中，作为等效开关器件 的开关单元可以由多个单开关器件串并联而成。第一开关单元S1与第二开关单元S2串接 在电源正负极之间，第三开关单元S3与第四开关单元S4串接在电源正负极之间，即第一开 关单元S1与第二开关单元S2的一端通过第一节点A连接，另一端分别连接电源的正负极， 第三开关单元S3与第四开关单元S4的一端通过第二节点B连接，另一端分别连接电源的正 负极，负载&设置在第一节点A与第二节点B之间，构成H型桥式电路结构。为了更清楚 地描述本发明的技术方案，将位于对角位置的开关单元称之为对角开关组，将位于相对位 置的开关单元称之为相对开关组，即将第一开关单元S1和第四开关单元S4称之为一个对角 开关组，第二开关单元S2和第三开关单元S3称之为另一个对角开关组；将位于负载& 一侧 的第一开关单元S1和第三开关单元S2称之为一个相对开关组，位于负载&另一侧的第二 开关单元S2和第四开关单元S4称之为另一个相对开关组。本发明控制模块包括第一控制端U1、第二控制端U2、第三控制端U3和第四控制端 U4,第一控制端U1与第一开关单元S1连接，第二控制端U2与第二开关单元S2连接，第三控制 端U3与第三开关单元S3连接，第四控制端U4与第四开关单元S4连接，每个控制端控制相应 的开关单元导通或关断，使H型桥式发射脉冲模块向负载施加正向脉冲或反向脉冲，在施 加正向脉冲或反向脉冲停止时，控制H型桥式发射脉冲模块形成放电回路，通过快速放电 回路有效截掉由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或 电压波形拖尾。具体地，在发射脉冲时，控制模块中的控制端控制一个对角开关组中的开关 单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，向负载施加正向脉冲或反 向脉冲；在发射脉冲停止时，控制模块中的控制端控制一个相对开关组中的开关单元导通， 另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路，有效截掉由呈感性负载、呈容性负载 及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾。上述控制端与开关单元的 连接实际上是控制端与开关单元中的开关管连接。下面通过具体实施例详细说明本发明的技术方案。第一实施例图4a 图4c为本发明脉冲开关控制装置第一实施例的工作原理图，本发明控制 模块由控制端U1、U2、U3和U4示意。在向负载施加正向脉冲时，控制单元中的第一控制端U1和第四控制端U4分别向第 一开关单元S1的开关管Vn和第四开关单元S4的开关管Vt4发送导通控制信号，控制第一开 关单元S1和第四开关单元S4导通，控制单元中的第二控制端U2和第三控制端U3分别向第 二开关单元S2的开关管Vt2和第三开关单元S3的开关管Vt3发送关断控制信号，控制第二开 关单元S2和第三开关单元S3关断，形成施加正向脉冲回路。正向电流回路LP1为直流电 源正极一第一开关单元S1的开关管Vn —第一节点A —负载& —第二节点B —第四开关单 元S4的开关管Vt4 —直流电源负极，向负载&施加正向脉冲，如图4a所示。在向负载施加正向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端U1和第三控制端U3分别 向第一开关单元S1的开关管Vn和第三开关单元S3的开关管Vt3发送关断控制信号，控制第 一开关单元S1和第三开关单元S3关断，控制单元中的第二控制端U2和第四控制端U4分别 向第二开关单元S2的开关管Vt2和第四开关单元S4的开关管Vt4发送导通控制信号，控制第二开关单元S2和第四开关单元S4导通，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速 放电回路LP2为负载& —第二节点B —第四开关单元S4的开关管Vt4 —第二开关单元S2 的二极管Vd2—第一节点A —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带 来的脉冲电流波形拖尾，如图4b所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LP3为 负载& —第一节点A —第二开关单元S2的开关管Vt2 —第四开关单元S4的二极管Vd4 —第 二节点B —负载&，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波 形拖尾，如图4c所示。第二实施例图5a 图5c为本发明脉冲开关控制装置第二实施例的工作原理图，本发明控制 模块由控制端I^ivu3和U4示意。在前述第一实施例技术方案基础上，本实施例在放电回 路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例 放电负载R设置在第一节点A与第二开关单元S2之间。实际应用中，放电负载R可以设置 在与第二开关单元S2串接的线路上，即可以设置在第二开关单元S2的任意一侧。在向负载施加正向脉冲时，本实施例工作原理与第一实施例相同，正向电流回路 LP1为直流电源正极一第一开关单元S1的开关管Vn —第一节点A —负载& —第二节点 B —第四开关单元S4的开关管Vt4 —直流电源负极，向负载&施加正向脉冲，如图5a所示。在向负载施加正向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第一实施例相 同，形成包括第二开关单元S2和第四开关单元S4的放电回路。如果负载呈感性，电感电流 的快速放电回路LP2为负载& —第二节点B —第四开关单元S4的开关管Vt4 —第二开关 单元S2的二极管Vd2 —放电负载R —第一节点A —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图5b所示。如果负载呈容性，电容电流 的快速放电回路LP3为负载& —第一节点A —放电负载R —第二开关单元S2的开关管 V12 —第四开关单元S4的二极管Vd4 —第二节点B —负载Ry从而截掉由容性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图5c所示。第三实施例图6a和图6b为本发明脉冲开关控制装置第三实施例的工作原理图，本发明控制 模块由控制端U1、U2、U3和U4示意。在向负载施加正向脉冲时，本实施例工作原理与第一实施例相同，正向电流回路 LP1为直流电源正极一第一开关单元S1的开关管Vn —第一节点A —负载& —第二节点 B —第四开关单元S4的开关管Vt4 —直流电源负极，向负载&施加正向脉冲，如图4a所示。在向负载施加正向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端U1和第三控制端U3分别 向第一开关单元S1的开关管Vn和第三开关单元S3的开关管Vt3发送导通控制信号，控制第 一开关单元S1和第三开关单元S3导通，控制单元中的第二控制端U2和第四控制端U4分别 向第二开关单元S2的开关管Vt2和第四开关单元S4的开关管Vt4发送关断控制信号，控制第 二开关单元S2和第四开关单元S4关断，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速 放电回路LP4为负载& —第二节点B —第三开关单元S3的二极管Vd3 —第一开关单元S1 的开关管Vn—第一节点A —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带 来的脉冲电流波形拖尾，如图6a所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LP5S 负载& —第一节点A —第一开关单元S1的二极管Vdi —第三开关单元S3的开关管Vt3 —第二节点B —负载&，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波 形拖尾，如图6b所示。第四实施例图7a和图7b为本发明脉冲开关控制装置第四实施例的工作原理图，本发明控制 模块由控制端I^lVU3和U4示意。在前述第三实施例技术方案基础上，本实施例在放电回 路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例 放电负载R设置在第二节点B与第三开关单元S3之间。实际应用中，放电负载R可以设置 在与第三开关单元S3串接的线路上，即可以设置在第三开关单元S3的任意一侧。在向负载施加正向脉冲时，本实施例工作原理与第三实施例相同，正向电流回路 LP1为直流电源正极一第一开关单元S1的开关管Vn —第一节点A —负载& —第二节点 B —第四开关单元S4的开关管Vt4 —直流电源负极，向负载&施加正向脉冲，如图4a所示。在向负载施加正向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第三实施例相 同，形成包括第一开关单元S1和第三开关单元S3的放电回路。如果负载呈感性，电感电流 的快速放电回路LP4为负载& —第二节点B —放电负载R —第三开关单元S3的二极管 Vd3 —第一开关单元S1的开关管Vn —第一节点A —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图7a所示。如果负载呈容性，电容电流 的快速放电回路LP5为负载& —第一节点A —第一开关单元S1的二极管Vdi —第三开关 单元S3的开关管Vt3 —放电负载R —第二节点B —负载&，从而截掉由容性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图7b所示。第五实施例图8a 图8c为本发明脉冲开关控制装置第五实施例的工作原理图，本发明控制 模块由控制端U1、U2、U3和U4示意。在向负载施加反向脉冲时，控制单元中的第二控制端U2和第三控制端U3分别向第 二开关单元S2的开关管Vt2和第三开关单元S3的开关管Vt3发送导通控制信号，控制第二开 关单元S2和第三开关单元S3导通，控制单元中的第一控制端U1和第四控制端U4分别向第 一开关单元S1的开关管Vn和第四开关单元S4的开关管Vt4发送关断控制信号，控制第一开 关单元S1和第四开关单元S4关断，形成施加反向脉冲回路。反向电流回路LN1为直流电 源正极一第三开关单元S3的开关管Vt3 —第二节点B —负载& —第一节点A —第二开关单 元&的开关管Vt2 —直流电源负极，向负载&施加反向脉冲，如图8a所示。 在向负载施加反向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端U1和第三控制端U3分别 向第一开关单元S1的开关管Vn和第三开关单元S3的开关管Vt3发送关断控制信号，控制第 一开关单元S1和第三开关单元S3关断，控制单元中的第二控制端U2和第四控制端U4分别 向第二开关单元S2的开关管Vt2和第四开关单元S4的开关管Vt4发送导通控制信号，控制第 二开关单元S2和第四开关单元S4导通，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速 放电回路LN2为负载& —第一节点A —第二开关单元S2的开关管Vt2 —第四开关单元S4 的二极管Vd4—第二节点B —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带 来的脉冲电流波形拖尾，如图8b所示。如果负载呈容性，电容电流的快速放电回路LN3为 负载& —第二节点B —第四开关单元S4的开关管Vt4 —第二开关单元S2的二极管Vd2 —第 一节点A —负载&，从而截掉由容性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图8c所示。第六实施例图9a 图9c为本发明脉冲开关控制装置第六实施例的工作原理图，本发明控制 模块由控制端I^ivu3和U4示意。在前述第五实施例技术方案基础上，本实施例在放电回 路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施例 放电负载R设置在第二节点B与第四开关单元S4之间。实际应用中，放电负载R可以设置 在与第四开关单元S4串接的线路上，即可以设置在第四开关单元S4的任意一侧。在向负载施加反向脉冲时，本实施例工作原理与第五实施例相同，反向电流回路 LN1为直流电源正极一第三开关单元S3的开关管Vt3 —第二节点B —负载& —第一节点 A —第二开关单元S2的开关管Vt2 —直流电源负极，向负载&施加反向脉冲，如图9a所示。在向负载施加反向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第五实施例相 同，形成包括第二开关单元S2和第四开关单元S4的放电回路。如果负载呈感性，电感电流 的快速放电回路LN2为负载& —第一节点A —第二开关单元S2的开关管Vt2 —第四开关 单元S4的二极管Vd4 —放电负载R —第二节点B —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图％所示。如果负载呈容性，电容电流 的快速放电回路LN3为负载& —第二节点B —放电负载R —第四开关单元S4的开关管 V14 —第二开关单元S2的二极管Vd2 —第一节点A —负载&，从而截掉由容性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图9c所示。第七实施例图IOa和图IOb为本发明脉冲开关控制装置第七实施例的工作原理图，本发明控 制模块由控制端U1、U2、U3和U4示意。在向负载施加反向脉冲时，本实施例工作原理与第五实施例相同，反向电流回路 LN1为直流电源正极一第三开关单元S3的开关管VtT3 —第二节点B —负载& —第一节点 A —第二开关单元S2的开关管Vt2 —直流电源负极，向负载&施加反向脉冲，如图8a所示。在向负载施加反向脉冲停止时，控制单元中的第一控制端U1和第三控制端U3分别 向第一开关单元S1的开关管Vn和第三开关单元S3的开关管Vt3发送导通控制信号，控制第 一开关单元S1和第三开关单元S3导通，控制单元中的第二控制端U2和第四控制端U4分别 向第二开关单元S2的开关管Vt2和第四开关单元S4的开关管Vt4发送关断控制信号，控制第 二开关单元S2和第四开关单元S4关断，形成放电回路。如果负载呈感性，电感电流的快速放电回路LN4S 负载第一节点A—第一开 关单元S1的二极管Vdi —第三开关单元S3的开关管Vt3 —第二节点B —负载&，从而截掉 由感性负载及脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图IOa所示。如果 负载呈容性，电容电流的快速放电回路LN5为负载& —第二节点B —第三开关单元S3的 二极管Vd3 —第一开关单元S1的开关管Vn —第一节点A —负载&，从而截掉由容性负载及 脉冲电子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图IOb所示。第八实施例图Ila和图lib为本发明脉冲开关控制装置第八实施例的工作原理图，本发明控 制模块由控制端I^lVU3和U4示意。在前述第七实施例技术方案基础上，本实施例在放电 回路上设置有放电负载R，通过放电负载R降低放电电流，有效保护开关管。具体地，本实施
12例放电负载R设置在第一节点A与第一开关单元S1之间。实际应用中，放电负载R可以设 置在与第一开关单元S1串接的线路上，即可以设置在第一开关单元S1的任意一侧。在向负载施加反向脉冲时，本实施例工作原理与第七实施例相同，反向电流回路 LN1为直流电源正极一第三开关单元S3的开关管Vt3 —第二节点B —负载& —第一节点 A —第二开关单元S2的开关管Vt2 —直流电源负极，向负载&施加反向脉冲，如图8a所示。在向负载施加反向脉冲停止时，本实施例各控制端的控制过程与第七实施例相 同，形成包括第一开关单元S1和第三开关单元S3的放电回路。如果负载呈感性，电感电流 的快速放电回路LN4为负载& —第一节点A —放电负载R —第一开关单元S1的二极管 Vdi —第三开关单元S3的开关管Vt3 —第二节点B —负载&，从而截掉由感性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电流波形拖尾，如图Ila所示。如果负载呈容性，电容电流 的快速放电回路LN5为负载& —第二节点B —第三开关单元S3的二极管Vd3 —第一开关 单元S1的开关管Vn —放电负载R —第一节点A —负载&，从而截掉由容性负载及脉冲电 子开关器件关断延时带来的脉冲电压波形拖尾，如图lib所示。通过上述实施例可以看出，在向负载施加正向或反向脉冲停止时，即在脉冲状态 切换时，本发明通过形成放电回路，有效消除了由呈感性负载、呈容性负载及脉冲电子开关 器件关断延时带来的脉冲电流或电压波形拖尾，有效减小了脉冲电流或电压波形失真。图12为本发明高频高压脉冲电源的结构示意图。如图12所示，本发明高频高压 脉冲电源的主体结构包括低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲变压器装置、脉冲开关 控制装置、电脱盐脱水负载、控制装置和检测装置，其中脉冲开关控制装置采用前述第一实 施例 第八实施例的结构。具体地，低压直流电源装置用于对低压交流电进行整流滤波处 理，输出幅值经过调整的低压直流电源；大功率逆变装置与低压直流电源装置连接，用于对 低压直流电源进行逆变处理，通过占空比调制输出幅值经过调整的双极性低压脉冲电源； 脉冲变压器装置与大功率逆变装置连接，用于对双极性低压脉冲电源进行升压和整流滤波 处理，输出高压直流电源；脉冲开关控制装置与脉冲变压器装置连接，用于对高压直流电源 进行处理，向负载输出频率经过调整的高压高频脉冲电源；检测装置连接在负载的两端，用 于监测脉冲开关控制装置输出高压高频脉冲电源的电流和电压，获取输出参数；控制装置 分别与低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲开关控制装置和检测装置连接，用于根据 检测装置监测到的输出参数调节低压直流电源装置输出的低压直流电源的幅值、大功率逆 变装置输出的双极性低压脉冲电源的幅值和脉冲开关控制装置输出的高压高频脉冲电源 的频率。本发明还提供了一种脉冲开关控制方法，脉冲开关采用前述本发明H型桥式发射 脉冲模块结构，包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的 H型桥式发射脉冲电路，第一开关单元和第四开关单元、第二开关单元和第三开关单元分别 组成对角开关组，第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和第四开关单元分别组成 相对开关组。脉冲开关控制方法包括在发射脉冲时，向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对 角开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成脉冲回路；在发射脉冲停止时，向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一 个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成放电回路。
其中，所述向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开 关组中的开关单元发送关断控制信号具体为向所述第一开关单元和第四开关单元发送导 通控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送关断控制信号；或向所述第一开关 单元和第四开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第三开关单元发送导通控 制信号。其中，所述向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开 关组中的开关单元发送关断控制信号具体为向所述第一开关单元和第三开关单元发送关 断控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送导通控制信号；或向所述第一开关 单元和第三开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第四开关单元发送关断控 制信号。本发明脉冲开关控制方法的处理流程已在前述本发明脉冲开关控制装置的技术 方案中详细说明，这里不再赘述。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明得到国家高技术研究发展计划(863计划)支持，项目名称为高效节能环 保原油混沌脉冲电脱水器产业化关键技术研究，项目编号为2007AA05Z230。本发明得到 北京市教育委员会共建项目专项资助。本发明得到中国石油大学(北京)前瞻导向项目资 助，批准号为2010QZ03。
权利要求
1.一种脉冲开关控制装置，包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四 开关单元组成的H型桥式发射脉冲模块，所述第一开关单元和第四开关单元、第二开关单 元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关单元和第三开关单元、第二开关单元和 第四开关单元组成相对开关组；其特征在于，还包括一控制模块，所述控制模块分别与每个 开关单元连接，用于在发射脉冲时控制一个对角开关组中的开关单元导通，另一个对角开 关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，在发射脉冲停止时，控制一个相对开关组中的开关 单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路。
2.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制 端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停 止时关断；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停 止时导通；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时关断；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时导ο
3.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制 端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止时导通；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射正向脉冲和发射正向脉冲停止关断； 第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射正向脉冲时关断，在发射正向脉冲停 止时导通；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射正向脉冲时导通，在发射正向脉冲停 止时关断。
4.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制 端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时关断；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导通；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停 止时关断；第四控制端，用于控制所述第四开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲停 止时导通。
5.如权利要求1所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制 端、第二控制端、第三控制端和第四控制端，其中，第一控制端，用于控制所述第一开关单元在发射负向脉冲时关断，在发射负向脉冲停止时导通；第二控制端，用于控制所述第二开关单元在发射负向脉冲时导通，在发射负向脉冲停 止时关断；第三控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时导通；第四控制端，用于控制所述第三开关单元在发射负向脉冲和发射负向脉冲停止时关断。
6.如权利要求1 5任一所述的脉冲开关控制装置，其特征在于，所述第一开关单元与 第二开关单元的一端通过第一节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第三开关单 元与第四开关单元的一端通过第二节点连接，另一端分别连接电源的正负极，所述第一节 点与第二节点之间设置负载，所述放电回路上设置放电负载。
7.—种脉冲开关控制方法，脉冲开关包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单 元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲电路，所述第一开关单元和第四开关单元、第 二开关单元和第三开关单元组成对角开关组，所述第一开关单元和第三开关单元、第二开 关单元和第四开关单元组成相对开关组；其特征在于，所述方法包括在发射脉冲时，向一个对角开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开 关组中的开关单元发送关断控制信号，形成脉冲回路；在发射脉冲停止时，向一个相对开关组中的开关单元发送导通控制信号、向另一个相 对开关组中的开关单元发送关断控制信号，形成放电回路。
8.如权利要求7所述的脉冲开关控制方法，其特征在于，所述向一个对角开关组中的 开关单元发送导通控制信号、向另一个对角开关组中的开关单元发送关断控制信号具体 为向所述第一开关单元和第四开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第三 开关单元发送关断控制信号；或向所述第一开关单元和第四开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第三 开关单元发送导通控制信号。
9.如权利要求7或8所述的脉冲开关控制方法，其特征在于，所述向一个相对开关组中 的开关单元发送导通控制信号、向另一个相对开关组中的开关单元发送关断控制信号具体 为向所述第一开关单元和第三开关单元发送关断控制信号，向所述第二开关单元和第四 开关单元发送导通控制信号；或向所述第一开关单元和第三开关单元发送导通控制信号，向所述第二开关单元和第四 开关单元发送关断控制信号。
10.一种采用权利要求1 6任一所述脉冲开关控制装置的高频高压脉冲电源，其特征 在于，包括低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲变压器装置、控制装置和检测装置，其 中，所述低压直流电源装置用于对低压交流电进行整流滤波处理，输出幅值经过调整的低 压直流电源；所述大功率逆变装置与所述低压直流电源装置连接，用于对所述低压直流电源进行逆变处理，通过占空比调制输出幅值经过调整的双极性低压脉冲电源；所述脉冲变压器装置与所述大功率逆变装置连接，用于对所述双极性低压脉冲电源进 行升压和整流滤波处理，输出高压直流电源；所述脉冲开关控制装置与所述脉冲变压器装置连接，向负载输出频率经过调整的高压 高频脉冲电源；所述检测装置用于监测所述脉冲开关控制装置输出高压高频脉冲电源的电流和电压， 获取输出参数；所述控制装置分别与所述低压直流电源装置、大功率逆变装置、脉冲开关控制装置和 检测装置连接，用于根据所述输出参数调节所述低压直流电源的幅值、所述双极性低压脉 冲电源的幅值和所述高压高频脉冲电源的频率。
全文摘要
本发明涉及一种脉冲开关控制装置及控制方法。脉冲开关控制装置包括由第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元组成的H型桥式发射脉冲模块，第一和第四开关单元、第二和第三开关单元组成对角开关组，第一和第三开关单元、第二和第四开关单元组成相对开关组，还包括一控制模块，控制模块分别与每个开关单元连接，用于在发射脉冲时控制一个对角开关组中的开关单元导通，另一个对角开关组中的开关单元关断，形成脉冲回路，在发射脉冲停止时，控制一个相对开关组中的开关单元导通，另一个相对开关组中的开关单元关断，形成放电回路。本发明通过形成放电回路，有效消除了脉冲电流或电压拖尾，有效减小了脉冲电流或电压的波形失真。
文档编号H02M1/08GK102005908SQ201010553269
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者刘丽萱, 宋安阳, 梁志珊, 邱银锋, 魏学良 申请人:中国石油大学(北京)