CN102005809B - 用于随钻仪器的后备电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于随钻仪器的后备电源电路，该电路包含稳压电路、触发电路、开关电路和控制电路；稳压电路的输入端电路连接电源和触发电路，该稳压电路的输出端分别与开关电路和控制电路电路连接；控制电路与开关电路之间电路连接成回路；触发电路的输出端与控制电路电路连接。本发明可在有限时间内对随钻仪器供电，保证随钻仪器可将监测数据或控制参数可完整保存，不会因为突然断电而丢失数据；本后备电源电路元器件少，结构简单且实用性强。

Description

用于随钻仪器的后备电源电路

技术领域

本发明涉及一种用于钻井设备的电源装置，具体涉及一种随钻测量或随钻测井仪器停泵工作时的后备电源电路。 

背景技术

目前，在设计有发电机的随钻测量或随钻测井仪器中，通过泥浆推动仪器发电机转子转动，将机械能转换为电能，给仪器供电。这种仪器，省去了大量的高温锂电池，既减少了对环境的污染，更避免了由于电池使用失误而造成的爆炸伤害事故。

定向钻井是一项非常复杂的野外施工作业，具有投入高风险大的特点，因此需要有随钻测量或随钻测井仪器跟钻具一起下到井下，实现边钻进边测量的目的。随钻测量数据可以随时指导井口作业，调整施工方案，以减少脱靶与钻具损毁等风险，另一方面也提高了施工时效。

在添加钻杆等其它一些钻井施工操作过程中，常常需要中途停止井眼泥浆的流动。此时，仪器发电机没有电源输出，仪器的某些数据将会丢失。这对随钻测量/随钻测井施工本身是非常不利的。

发明内容

本发明提供一种用于随钻仪器的后备电源电路，结构简单、电路可靠、实用性强，保证随钻仪器完整存储测量和控制数据。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于随钻仪器的后备电源电路，其特征是，该电路包含稳压电路、触发电路、开关电路和控制电路；

上述稳压电路的输入端连接电源和触发电路，该稳压电路的输出端分别与上述开关电路和控制电路连接；

上述控制电路与开关电路连接成回路；

上述触发电路的输出端与控制电路连接；

上述稳压电路与开关电路之间还连接有大容量后备电容；

上述的控制电路上还设有地端和控制端；

上述的开关电路采用场效应MOS管，其型号为IRF5852，其包含引脚G1、引脚D1、引脚S1、引脚S2、引脚G2和引脚D2；在开关电路内引脚D1电路连接引脚S1，引脚G1为该引脚D1与引脚S1之间的控制端；在开关电路内引脚D2电路连接引脚S2，引脚G2为该引脚D2与引脚S2之间的控制端；

上述的引脚D1与引脚D2分别电路连接控制电路地端；上述的引脚S1和引脚S2分别接地；

上述的引脚G1电路连接大容量后备电容的正极端；当开泵初期钻井泥浆正常流动时，稳压电路正常输出并对大容量后备电容充电，在大容量后备电容的正极端达到控制电路的稳定工作值时，即触发开关电路的引脚G1控制引脚D1和引脚S1之间导通，控制电路地端接地使控制电路启动工作；

上述的引脚G2电路连接控制电路的控制端；在停泵时，稳压电路不输出，通过触发电路触发控制电路保存数据；控制电路的控制端输出触发开关电路的引脚G2，控制引脚S2和引脚D2导通使控制电路地端接地，大容量后备电容对控制电路短时供电，保证控制电路完整保存数据。

上述控制电路与开关电路之间的回路中还连接有后备电池；该后备电池设置在控制电路的电源端。

正常工作时，稳压电路输出电源至开关电路和控制电路，触发开关电路，使控制电路与电源之间导通，控制电路处于正常工作状态。

当电机工作不正常，电源输出降低时，触发电路发出触发信号，使控制电路及时保存工作数据；工作数据保存完毕后，控制电路输出信号使开关电路切换导通的电路，让控制电路进入省电空转状态。

本发明用于随钻仪器的后备电源电路，同现有技术相比，其优点在于，本发明设有后备电池，可在有限时间内对随钻仪器供电，保证随钻仪器将监测数据或控制参数完整保存，不会因为突然断电而丢失数据；

本发明后备电源电路的触发电路探测到电源电压下降的速度比控制电路输入端处电源电压的下降速度快得多，可在早期及时检测到停泵事件的发生，触发控制电路进行数据保存；

本发明的后备电源电路元器件少，结构简单且实用性强。

附图说明

图1为本发明用于随钻仪器的后备电源电路的电路图；

图2为本发明用于随钻仪器的后备电源电路的开关电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明说明了一种用于随钻仪器的后备电源电路。该后备电源电路包含稳压电路1、触发电路2、开关电路3和控制电路4。

稳压电路1的输入端电路连接电源RAW-DC，该电源RAW-DC为随钻仪器的发电机输出经过前端整流稳压处理后的电源。

稳压电路1的输入端还连接触发电路2。该触发电路2包含阻值为30K欧姆的串联电阻R1和施密特反相器U1，在电阻R1和施密特反相器U1之间还并联有容值为0.1微法的电容C1和标称值为3.3V的稳压管Z1。该电容C1和稳压管Z1的另一端接地。施密特反相器U1的输出端连接控制电路4，向控制电路4发送触发信号。

稳压电路1的输出端依次串联连接二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2的型号为IN4007。二极管D2的负极连接控制电路4的电源端F-PWR。二极管D1的负极还连接阻值为5.1欧姆的电阻R2，电阻R2的另一端连接大容量后备电容BC，大容量后备电容BC由5个6800微法的电容并联组成，总容量为34000微法，该大容量后备电容BC的另一端接地。大容量后备电容BC在钻井泥浆泵停泵时刻给控制电路4提供短暂的电源。

控制电路4的电源端F-PWR还串接有二极管D3和后备电池BB，后备电池BB为输出电压为3.6伏的高温锂电池，该后备电池BB的负极接地，后备电池BB用于在不能够使用大容量后备电容BC的场合，在停泵时刻给控制电路4供电。

开关电路3（U2），是型号为IRF5852的场效应MOS管，有六个引脚G1、D1、S1、S2、G2和D2。其内部电路如图2所示，G1为D1和S1的控制端，G1为高电平时D1和S1之间导通。G2为D2和S2的控制端，G2为高电平时D2和S2之间导通。

如图1所示，U2的引脚G1连接到电阻R2与电容BC之间，引脚S2连接后备电池BB的负极，引脚G2连接控制电路4的后备电池BB控制端BB-CTRL，引脚D2连接控制电路4的地端F-GND，引脚S1连接后备电池BB的负极，管脚D1连接控制电路4的地端F-GND。

本发明用于随钻仪器的后备电源电路的运作流程如下：

当钻井泥浆正常流动时，发电机经过前端整流稳压后，输出的电源RAW-DC在16~40伏之间。电源RAW-DC输到稳压电路1，该稳压电路1输出一个+5V的直流电源，+5V的直流电源经过二极管D1后降为4.4伏左右，并分为两路。一路通过二极管D2后再降至大约3.8伏，加载在控制电路4的电源端F-PWR。另一路通过电阻R2，给大容量后备电容BC充电。当大容量后备电容BC的正极端达到一定幅值后，即触发开关电路3的G1脚， D1和S1之间导通，使控制电路4的地端F-GND与电源地接通，控制电路正常工作。同时，由于RAW-DC为高电平，触发电路2的施密特反相器U1的输出为低电平门。而后备电池BB由于二极管D2和二极管D3的作用，当发电机正常工作时其输出被阻断，无电能输出。

在泥浆泵停止工作的情况下，电源RAW-DC的输出逐渐降低。当电阻R1和稳压管Z1之间的电压低于施密特反相器U1的低电平门限值，施密特反相器U1的输出即跳为高电平，触发控制电路4立刻保存工程作业时的仪器参数和测量结果。其中，施密特反相器U1负向触发的低电平门限值跟其电源的幅度有直接关系，在停泵过程中随电源电压F_PWR变化，数值=F_PWR*0.67+0.7（伏）。由于施密特反相器U1输入处的电源RAW-DC电压的下降速度要比控制电路4电源端F-PWR的下降速度快很多，所以可以在电源RAW-DC电压下降的早期及时向控制电路4发出触发信号，触发控制电路4保存数据，保证数据能完整保存。

当发电机不工作时，后备电源输出2.7伏左右的电压和10毫安的工作电流，维持系统正常工作，在检测到停泵发电机不工作后，控制电路4有两秒的时间完成现场数据的存储保护工作。

在随钻仪器不需要长时间维持电源的情况下，控制电路4在保存完数据信息后，将BB-CTRL端设为高，接通开关电路3下U2的G2开关，S2和D2 之间导通，给控制电路供电。微控制器在将硬件电路切换到省电模式后，自己即进入休眠状态。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种用于随钻仪器的后备电源电路，其特征在于，该电路包含稳压电路（1）、触发电路（2）、开关电路（3）和控制电路（4）；

所述的稳压电路（1）的输入端连接电源（RAW-DC）和触发电路（2），该稳压电路（1）的输出端分别与所述开关电路（3）和控制电路（4）连接；

所述的控制电路（4）与所述的开关电路（3）连接成回路；

所述触发电路（2）的输出端与所述控制电路（4）连接；

所述的稳压电路（1）与开关电路（3）之间还连接有大容量后备电容（BC）；

所述的控制电路（4）上还设有地端（F-GND）和控制端（BB_CTRL）；

所述的开关电路（3）采用场效应MOS管，其型号为IRF5852，其包含引脚G1、引脚D1、引脚S1、引脚S2、引脚G2和引脚D2；在开关电路（3）内引脚D1电路连接引脚S1，引脚G1为该引脚D1与引脚S1之间的控制端；在开关电路（3）内引脚D2电路连接引脚S2，引脚G2为该引脚D2与引脚S2之间的控制端；

所述的引脚D1与引脚D2分别电路连接控制电路（4）地端（F-GND）；所述的引脚S1和引脚S2分别接地；

所述的引脚G1电路连接大容量后备电容（BC）的正极端；当开泵初期钻井泥浆正常流动时，稳压电路（1）正常输出并对大容量后备电容（BC）充电，在大容量后备电容（BC）的正极端达到控制电路（4）的稳定工作值时，即触发开关电路（3）的引脚G1控制引脚D1和引脚S1之间导通，控制电路（4）地端（F-GND）接地使控制电路（4）启动工作；

所述的引脚G2电路连接控制电路（4）的控制端（BB_CTRL）；在停泵时，稳压电路（1）不输出，通过触发电路（2）触发控制电路（4）保存数据；控制电路（4）的控制端（BB_CTRL）输出触发开关电路（3）的引脚G2，控制引脚S2和引脚D2导通使控制电路（4）地端接地，大容量后备电容（BC）对控制电路（4）短时供电，保证控制电路（4）完整保存数据。

2.如权利要求1所述的用于随钻仪器的后备电源电路，其特征在于，所述的控制电路（4）与所述的开关电路（3）之间的回路中还连接有后备电池（BB）；所述的后备电池（BB）设置在所述控制电路（4）的电源端（F-PWR）。

Images