恒流源驱动感性负载电路优化设计与试验研究

第３９卷第１１期２０１８年１１月

自㊀动㊀化㊀仪㊀表

ＰＲＯＣＥＳＳＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ

Ｖｏｌ ３９Ｎｏ １１

Ｎｏｖ.２０１８

收稿日期:２０１８￣０５￣１５

作者简介:朱友峰(１９９３ )ꎬ男ꎬ在读硕士研究生ꎬ主要从事智能化测控仪器及自动化装置方向的研究ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｙｆ９２８１＠１２６.ｃｏｍꎻ

曹玉强(通信作者)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ教授ꎬ主要从事检测技术及应用方向的研究ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｃａｏｙｕｑｉａｎｇ＠ｓｄｕ.ｅｄｕ.ｃｎ

恒流源驱动感性负载电路优化设计与试验研究

朱友峰ꎬ曹玉强ꎬ姜明顺ꎬ丁昌鑫ꎬ张晓麒

(山东大学控制科学与工程学院ꎬ山东济南２５００６１)

摘㊀要:激发极化法是目前在金属探矿㊁地质普查等地质勘探工作中广泛采用的探测方法ꎮ探测的首要工作是保证激励源的供电性能ꎮ直流恒流源在多点供电输出时ꎬ以其恒流特性成为首选ꎮ直流恒流源在驱动阻性和容性负载时ꎬ供电电流能精确上升到设定值ꎻ但是驱动感性负载时ꎬ实际电流值低于设定电流值ꎮ测量供电回路中各点的电压并分析ꎬ发现电路中出现了交流分量ꎮ通过在反馈回路增设补偿电容改善了恒流源性能ꎬ解决了由于引入感性负载导致供电电流偏小的问题ꎮ试验结果表明ꎬ经过优化设计的恒流源供电电流能够达到设定值ꎬ满足地质勘探中对供电电流的要求ꎬ减小了采集误差ꎮ

关键词:探测ꎻ直流恒流源ꎻ感性负载ꎻ电容补偿ꎻ集成运放ꎻ恒流法ꎻ负反馈ꎻ交流干扰

中图分类号:ＴＨ７０２ꎻＴＰ２７２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１６０８６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１０００￣０３８０.２０１８０５００１７

ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ

ｏｆＩｎｄｕｃｔｉｖｅＬｏａｄＣｉｒｃｕｉｔＤｒｉｖｅｎｂｙＣｏｎｓｔａｎｔＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ

ＺＨＵＹｏｕｆｅｎｇꎬＣＡＯＹｕｑｉａｎｇꎬＪＩＡＮＧＭｉｎｇｓｈｕｎꎬＤＩＮＧＣｈａｎｇｘｉｎꎬＺＨＡＮＧＸｉａｏｑｉ

(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉｎａｎ２５００６１ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙꎬｉｎｄｕｃｅｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓａｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｗｏｒｋｓｕｃｈａｓｍｅｔａｌｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｕｒｖｅｙ.Ｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅｉｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｔａｓｋｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎ.ＤＣｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｉｓｔｈｅｆｉｒｓｔｃｈｏｉｃｅｗｉｔｈｉｔｓｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｔｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｏｕｔｐｕｔ.ＷｈｅｎｔｈｅＤＣｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｄｒｉｖｅｓｒｅｓｉｓｔｉｖｅａｎｄｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｏａｄｓꎬｔｈｅｓｕｐｐｌｙｃｕｒｒｅｎｔｃａｎｒｉｓｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｏｔｈｅｓｅｔｖａｌｕｅꎻｂｕｔｗｈｅｎ

ｉｔｄｒｉｖｅｓｔｈｅｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｏａｄｓꎬｔｈｅａｃｔｕａｌｃｕｒｒｅｎｔｖａｌｕｅｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｅｔｃｕｒｒｅｎｔｖａｌｕｅ.ＴｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｅａｃｈｐｏｉｎｔｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｃｉｒｃｕｉｔｉｓｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄꎻｔｈｅＡＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓｆｏｕｎｄｉｎｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔ.Ｂｙａｄｄｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｏｒｉｎｔｈｅｆｅｅｄｂａｃｋｌｏｏｐꎬｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄꎬａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｃｕｒｒｅｎｔｉｓｒｅｄｕｃｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｏａｄｉｓｓｏｌｖｅｄ.Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔ

ｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃａｎｒｅａｃｈｔｈｅｓｅｔｖａｌｕｅａｆｔｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎꎬｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｕｐｐｌｙｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｅｒｒｏｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＤｅｔｅｃｔｉｏｎꎻＣｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅꎻＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｏａｄꎻＣａｐａｃｉｔｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎꎻＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒꎻ

ＣｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎻＮｅｇａｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋꎻＡＣｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ

０㊀引言

随着电法勘探在地质探测工作中的大量应用ꎬ探

测中对直流恒流源的需求越来越多[１￣２]ꎮ在地质探测中ꎬ直流恒流源一般都在大电流状态下工作ꎬ在工作时需要非常稳定的输出ꎬ才能保证检测结果的准确ꎮ一旦出现供电电流波动ꎬ采集结果将会引入误差ꎬ后续的分析工作将不准确[３]ꎮ为了保证直流恒流源的稳定输出ꎬ必须确保恒流源的性能稳定㊁受负载影响小㊁电路

输出不随负载的变化而波动ꎮ目前ꎬ在实际应用的电法勘探中ꎬ直流恒流源在给阻性负载供电时能满足需求ꎬ但是在供电输出点较远的情况下ꎬ加入较长的电缆后ꎬ实际电流达不到设定值[４]ꎮ

针对以上问题ꎬ对电路的工作原理进行详细的测试

与分析ꎬ发现加入电感后电路中出现了交流成分ꎮ本文对交流成分产生的原因进行研究ꎬ并提出一种电感负载补偿电路ꎬ使直流恒流源在驱动感性负载时也能达到电流输出要求ꎬ有效提升了直流恒流源的性能ꎮ