使用STM32与FPGA开发的一款地下水寻找仪器的发射机的详细...

1万 · 2019-11-29 13:36

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)探水技术，作为一种直接、非侵
入式物理探水方法，以其高分辨力、信息量丰富和解释唯一等显著优点，广泛应
用于我国干旱缺水地区的地下水探测。JLMRS型核磁共振找水仪，作为目前国
内唯一具有核心技术自主知识产权的核磁共振地下水探测仪器产品，己在我国多
地取得良好的探测应用效果。然而，随着深部地下水探测需求的日益增多，强电
磁噪声探测环境影响日益加剧，现有JLMRS发射机系统存在储能电容单元充电
速度慢、充电电压精度低等问题，进而大大降低了核磁共振地下水探测的工作效
率及探测精准度。

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在核磁共振找水仪发射机系统中，储能电容是系统的主要能量供给单元。通
常情况下，电源需要对储能电容充电至上百甚至几百伏特电压以供发射桥路使用。
这就使得，储能电压值的精确度直接影响发射电流的准确性，进而影响发射脉冲
矩的准确性。因此，高精度、快速的充电方案成为发射机系统可靠、稳定、高效
运行的关键。本文采用了基于并联充电技术的大功率电源方案，实现对储能电容
的快速、准确充电，该充电方案弥补了现有发射机电源的充电效率低、精度差缺
点。

1万 · 2019-11-29 14:28

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24V电源作为并联DC/DC开关电源系统的直流电压输入，经由整流滤波后，
与PWM控制单元、驱动单元共同作用，将直流电压通过全桥斩波、变压器、整
流滤波转换成为高压直流输出。其中为了确保两个电源模块实现均流，每个电源
模块均外加电流反馈单元，用于检测本模块电流信息，并实时反馈给PWM控制
单元，再由其调整稳定每个电源模块的输出电流。经上述过程，实现并联DC/DC
开关电源的大功率输出。

1万 · 2019-11-29 14:29

DC/DC开关电源有电压控制型和电流控制型两种。二者主要区别在于是否
引入电流控制环路形成双闭环控制系统，同电压控制型相比，电流控制型具有输
入瞬态电压响应快、电压调整率高、自带限电流保护电路等特点「32]。针对发射机
大功率特点、及并联DC/DC开关电源均流输出特性，电源模块选择电流控制型。
DC/DC开关电源电路主要包括全桥斩波电路、变压器和整流滤波电路三部分，
下面将分别对这三部分电路设计进行说明。

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为获得稳定的直流高压电信号，需对变压器二次侧输出的高频高压方波进行
整流。通常情况下，输出电压整流电路有全波整流和全桥整流方式两种。两者相
比，在全波整流电路中，需要前级的主变压器二次侧绕组带有中心抽头，且结构
也较为复杂;大电流输出时，整流二极管的总体通态损耗也较大，严重情况下，
会影响开关电源的工作效率。在全桥整流电路中，其输出的电压纹波小、电流脉
动系数低，因此，仅需在输出端放置较小滤波电容或者电感，即可以达到稳定输
出[[38];同时，相比于全波整流来说，全桥整流中的整流二极管承担的最大反向电
压仅为一半，且容易达到大功率输出。基于以上因素，本设计中的输出电压整流
电路部分采用全桥整流方案。

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