宽频恒幅交流方波电流源的研究

论文摘要

电磁发射技术的落后,制约了我国电磁探测仪器的发展,论文主要研究电磁探测领域的电磁发射技术,还将其应用到靶向治疗中。在电磁探测中,需要换向沿线性(其中线性指自变量与因变量呈一次函数关系)、短换向延时、高稳定度、负载电流值恒定、良好的正负一致性的脉冲电流源,但在大电感、小内阻负载以及低电压供电电源场合,要得到理想的脉冲方波电流是非常困难的。本文借鉴现有电路的思想,针对它们存在的不足,对脉冲电流源电路进行了理论分析,提出了一种宽频恒幅交流方波电流源电路,并进行了实验研究,结合遇到的问题,进行了较为深入的讨论。主要做了以下几方面的工作:1)论文分析了国内外电磁发射技术的发展现状、存在的问题和发展趋势,分析了影响发射电流波形质量的因素,提出缩短方波电流上升时间,可以减小波形畸变,提高工作频率和工作效率;提出大电流、上升下降沿线性、前后沿一致性好的脉冲电流是电磁发射技术的发展趋势。2)针对负载电流上升沿波形的非理想性和平坦区电流随供电电压、频率波动的问题,提出了前沿恒压嵌位和线性提升的思想,提出了恒流控制策略,设计了宽频恒幅交流方波电流源电路。详细分析了电路的工作原理,介绍了控制电路的设计思想,进行了主要参数的理论计算,对电路进行了仿真,最后开展了实验研究。实验结果证明,该电路实现了方波电流前沿的线性提升、换向沿线性、发射电流频率的提高、发射电流的提升和恒定、发射电流与电源电压、频率、负载无关。3)针对电磁发射机中功率器件的驱动延时和电磁干扰,提出了用光纤传输驱动信号,选用合适的分立器件设计光纤隔离驱动电路,实验证明光纤隔离驱动抗干扰能力强、隔离电压高、可靠性高,驱动延时小于90ns。4)针对目前靶向治疗中引导磁场的磁场强度不够,磁性药物聚焦效果不好等问题,提出将电磁发射技术应用到靶向治疗中,选用双极性脉冲电流产生振荡磁场,设计了靶向振荡磁场发生器的主电路。开展了正弦磁场、单极性和双极性脉冲磁场的磁性微粒聚焦效果和振荡效果的对比实验,实验结果证明双极性陡脉冲强磁场更适用于靶向治疗中磁性药物聚焦和控释。该发生器利用回馈能量提高了发射电流,减少能量损耗,磁场强度达到1.3T,聚焦和振荡效果好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 电磁发射技术概述
• 1.2.1 电磁法概述
• 1.2.2 电磁发射机技术的关键问题
• 1.2.3 国内外研究现状及现有电路综述
• 1.3 研究目的和研究内容
• 2 频域电磁宽频恒幅交流方波电流源
• 2.1 电磁发射的关键技术
• 2.1.1 线性前沿发射技术
• 2.1.2 输出电流恒流控制
• 2.2 电路拓扑及工作原理介绍
• 2.3 电路性能分析
• 2.3.1 换向时间td 的缩短和频率的提高
• 2.3.2 电流幅值I 的提升和恒定
• 2.3.3 发射波形质量
• 2.3.4 电路消耗小
• 2.4 电路参数计算
• 2.4.1 负载电感量的估算
• 2.4.2 电容C 参数计算
• 1、L₂参数计算'>2.4.3 恒流电感L₁、L₂参数计算
• 1、L₂的设计'>2.5 恒流电感L₁、L₂的设计
• 2.6 嵌位电压源的设计
• 2.7 恒流控制电路的设计
• 2.8 电路仿真
• 2.9 实验研究
• 2.9.1 实验电路中电源的隔离和接地的问题
• 2.9.2 高速光耦驱动的设计
• 2.9.3 电感电流采样
• 2.9.4 实验结果
• 2.10 本章小结
• 3 高速光纤隔离驱动
• 3.1 驱动电路的定义和任务
• 3.2 器件的选择
• 3.2.1 光纤收发器的选择
• 3.2.2 驱动芯片的选择
• 3.3 光纤驱动设计
• 3.3.1 外围电路的设计
• 3.3.2 光纤高速驱动的实验波形
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 4 靶向交流方波电流振荡磁场发生器
• 4.1 引导磁场的研究现状
• 4.2 靶向振荡磁场发生器
• 4.2.1 发射电流波形的选择
• 4.2.2 设计方案
• 4.2.3 工作原理
• 4.2.4 电路参数计算
• 4.2.5 仿真结果
• 4.2.6 实验结果
• 4.3 不同电流波形磁场的实验对比
• 4.4 本章小结
• 5 总结
• 5.1 主要研究成果与结论
• 5.2 后期工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录