CN106099843A - 一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法 - Google Patents
一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106099843A CN106099843A CN201610292988.2A CN201610292988A CN106099843A CN 106099843 A CN106099843 A CN 106099843A CN 201610292988 A CN201610292988 A CN 201610292988A CN 106099843 A CN106099843 A CN 106099843A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- voltage
- resistance
- comparator
- pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current additionally responsive to some other abnormal electrical conditions
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
- H02H3/207—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage also responsive to under-voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
本发明创造提供了一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法，通过对电源输出电压的分压比较以及回路电流的采集放大比较，判断电源输出电压和回路电流的状态，避免负载的不正常工作。本发明创造所述的智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法，当电源开启电压逐渐升高、电源关闭电压降低、工具钻进过程中电压波动以及存在冲击电流等情况时，电源系统无输出，用电负载暂时停止工作，待电源系统供电正常后，用电负载再开始工作，从而保护智能钻井工具的电子控制单元等用电负载工作的稳定性和安全性，提高其使用寿命，降低维修成本。
Description
技术领域
本发明创造属于石油、天然气钻井领域，尤其是涉及一种智能钻井工具电源保护电路及方法。
背景技术
采用泥浆涡轮发电机作为供电电源的智能钻井工具，多采用稳压电源技术进行电能转换，由于钻井液泥浆流量波动大，转换出的供电电压变化范围较宽，在额定电压附近波动较大，当泥浆涡轮发电机开始工作和停止工作时，其输出电压有一个上升和下降的过程，当供电电源电压不稳或未达到负载用电需求时，若直接给负载供电，容易造成负载工作异常，甚至造成电子元器件的烧毁，影响智能钻井工具电子控制单元的正常工作，缩短智能钻井工具的使用寿命，增加维修保养成本。因此，在井下电源系统中，有必要增设电压和电流保护电路，防止由于电源电压的波动或冲击电流的影响，造成智能钻井工具电子控制单元的工作异常。
因此，在高温、振动、冲击等恶劣条件的石油钻井环境中，将电压、电流保护电路和方法应用于钻井工具电源系统中，通过监控电源系统的电压、电流，控制稳压电源的电能转换和输出，具有重要的意义和研究价值。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种智能钻井工具电源保护电路及方法，用于在电源启动和停止、电源电压波动以及存在冲击电流的情况下对智能钻井工具的电子控制单元等用电负载进行保护，防止工具负载因供电不稳或电流过大导致的工作异常。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种智能钻井工具电源保护电路，包括整流滤波电路、稳压电路和保护电路；
所述整流滤波电路为三相整流滤波电路，所述稳压电路包括反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈电路和脉宽调制电路，所述保护电路包括分压电路、欠压保护电路、过压保护电路、回路电流采样电路和过流保护电路；
该三相整流滤波电路的输入端连接电源，输出端包括直流电压输出端和回路端；
所述直流电压输出端分为两路，一路接入稳压电路，即与所述反激式变压器的电能输入端电连接，另一路通过分压电路接地，所述分压电路上设有第一分压节点和第二分压节点，所述第一分压节点通过欠压保护电路与所述脉宽调制电路信号连接，第二分压节点通过过压保护电路与所述脉宽调制电路信号连接；
所述回路端通过回路电流采样电路接地，该回路电流采样电路通过过流保护电路与所述脉宽调制电路信号连接；
所述脉宽调制电路与所述反激式变压器的信号输入端电连接，所述反激式变压器的电能输出端与所述半波整流滤波电路的输入端电连接，所述半波整流滤波电路的输出端设有采样节点，所述采样节点通过反馈电路与所述脉宽调制电路信号连接。
进一步的，所述三相整流滤波电路包括并联的全波整流电路和电容滤波电路。
进一步的，所述分压电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的起始端与所述直流电压输出端电连接，所述第三电阻的末端接地，所述第一分压节点位于所述第一电阻和第二电阻之间，所述第二分压节点位于所述第二电阻和第三电阻之间。
进一步的，所述欠压保护电路包括第一比较器、第四电阻、第七二极管和第五电阻，所述第一比较器的同相输入端与所述第一分压节点电连接，该第一比较器的反相输入端接收+5V基准电压，该第一比较器的输出端与所述脉宽调制电路信号连接，所述第四电阻为反馈电阻，与所述第七二极管串联后连接在所述第一比较器的同相输入端和输出端之间，所述第五电阻为上拉电阻，该第五电阻的一端与所述第一比较器的输出端连接，另一端连接+12V直流电源，所述第一比较器为迟滞比较器。
进一步的，所述过压保护电路包括第二比较器、第六电阻、第七电阻、和第五电阻，所述第二比较器的同相输入端经第六电阻与+5V基准电压连接，该第二比较器的反相输入端与所述第二分压节点电连接，该第二比较器的输出端与所述脉宽调制电路信号连接，所述第七电阻为反馈电阻，连接在所述第二比较器的同相输入端和输出端之间，所述第五电阻为上拉电阻，该第五电阻的一端与所述第二比较器的输出端连接，另一端连接+12V直流电源，所述第二比较器为迟滞比较器。
进一步的，所述回路电流采样电路包括第八电阻，所述回路端经第八电阻接地，所述第八电阻的两端分别为采样端和接地端，所述回路端与所述采样端连接，所述接地端接地。
进一步的，所述过流保护电路包括放大电路和过流判定电路，所述放大电路与所述回路电流采样电路连接，所述过流判定电路的输入端与放大电路连接，输出端与脉宽调制电路连接。
进一步的，所述放大电路包括第九电阻、第十电阻、第三运算放大器和第十一电阻，所述第八电阻的采样端经第九电阻与第三运算放大器的反相输入端连接，所述第八电阻的接地端经第十电阻与第三运算放大器的同向输入端连接，所述第十一电阻为反馈电阻，连接在第三运算放大器的反相输入端和输出端之间。
进一步的，所述过流判定电路包括第四比较器、第十二电阻和第五电阻，所述第四比较器的同相输入端与+5V基准电压连接，该第四比较器的反相输入端与第三运算放大器的输出端连接，该第四比较器的输出端与脉宽调制电路信号连接，所述第十二电阻为反馈电阻，连接在第四比较器的同相输入端和输出端之间，所述第五电阻为上拉电阻，该第五电阻一端与所述第四比较器的输出端连接，另一端连接+12V直流电源。
进一步的，所述第八电阻的两端并联有第六滤波电容。
进一步的，所述第三电阻的两端并联有第五滤波电容。
一种智能钻井工具电源的电压和电流保护方法，智能钻井工具电源包括依次连接的整流滤波单元、保护单元和稳压单元，且整流滤波单元输入保护单元的输出电压还输入稳压单元；
保护单元的电压和电流保护方法包括以下步骤：
(1)通过对整流滤波单元的输出电压的分压，得到至少两个分压节点，调整分压节点处分压值，通过不同分压节点处分压与基准电压的比较，实现对输出电压的欠压和过压的同时判断，若输出电压小于欠压保护低阈值，执行步骤(2)，若输出电压大于欠压保护高阈值，执行步骤(3)，若输出电压小于过压保护低阈值，执行步骤(3)，若输出电压大于过压保护高阈值，执行步骤(2)；
(2)稳压单元电压输出中断；
(3)稳压单元电压持续输出，此时启动电流保护过程，实现对该智能钻井工具电源保护电路结合负载构成的电源系统回路进行电流值采样；
(4)将采样电流转换成微小电压信号；
(5)通过运算放大器对微小电压信号进行放大；
(6)将放大后的电压与基准电压比较，若放大后的电压小于基准电压，则执行步骤(7)，若放大后的电压大于基准电压，则执行步骤(8)；
(7)稳压单元电压输出中断；
(8)稳压单元电压持续输出。
进一步的，所述稳压单元包括脉宽调制电路、反激式变压器、半波整流滤波电路和反馈电路，脉宽调制电路接收保护单元的保护信号并向反激式变压器输出脉冲波形，所述反激式变压器接收整流滤波电路的输出电压，同时向半波整流滤波电路输出电能，半波整流滤波电路整流滤波后输出供电电压，同时被反馈电路采集反馈信号，反馈信号输入脉宽调制电路；
基于稳压单元的稳压原理，所述步骤(2)和步骤(7)均包括以下步骤，
(a1)稳压单元的脉宽调制电路关断，脉宽调制电路停止向稳压单元的反激式变压器输出脉冲波形，
(a2)反激式变压器不再进行电能变换，稳压电路无直流电能输出；
所述步骤(8)中的稳压单元电压持续输出过程包括以下步骤，
(b1)稳压单元的脉宽调制电路开启，脉宽调制电路正常向稳压单元的反激式变压器输出脉冲波形，
(b2)反激式变压器正常进行电能的变换，稳压单元输出直流电能。
相对于现有技术，本发明创造所述的智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法具有以下优势：
(1)本发明创造所述的智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法，当电源开启电压逐渐升高、电源关闭电压降低、工具钻进过程中电压波动以及存在冲击电流等情况时，电源系统无输出，用电负载暂时停止工作，待电源系统供电正常后，用电负载再开始工作，从而保护智能钻井工具的电子控制单元等用电负载工作的稳定性和安全性，提高其使用寿命，降低维修成本。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的智能钻井工具电源保护电路原理图；
图2为本发明创造实施例所述的智能钻井工具电源电压和电流保护方法流程图；
图3为本发明创造实施例中欠压保护电路测试数据曲线图。
附图标记说明：
1-泥浆涡轮发电机；2-整流滤波电路；3-稳压电路；31-反激式变压器；32-半波整流滤波电路；33-反馈电路；34-脉宽调制电路；4-保护电路。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1和2所示，本发明创造中的智能钻井工具电源保护电路，包括整流滤波电路2、稳压电路3和保护电路4；
整流滤波电路2为三相整流滤波电路，稳压电路3包括反激式变压器31、半波整流滤波电路32、反馈电路33和脉宽调制电路34，保护电路4包括分压电路、欠压保护电路、过压保护电路、回路电流采样电路和过流保护电路；
该三相整流滤波电路的输入端连接电源，输出端包括直流电压输出端和回路端；
直流电压输出端分为两路，一路接入稳压电路3，即与反激式变压器31的电能输入端电连接，另一路通过分压电路接地，分压电路上设有第一分压节点和第二分压节点，第一分压节点通过欠压保护电路与脉宽调制电路34信号连接，第二分压节点通过过压保护电路与脉宽调制电路34信号连接；
回路端通过回路电流采样电路接地，该回路电流采样电路通过过流保护电路与脉宽调制电路34信号连接；
脉宽调制电路34与反激式变压器31的信号输入端电连接，反激式变压器31的电能输出端与半波整流滤波电路32的输入端电连接，半波整流滤波电路32的输出端设有采样节点，采样节点通过反馈电路33与脉宽调制电路34信号连接。
三相整流滤波电路包括并联的全波整流电路和电容滤波电路。
分压电路包括依次串联的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一电阻R1的起始端与直流电压输出端电连接，第三电阻R3的末端接地，第一分压节点位于第一电阻R1和第二电阻R2之间，第二分压节点位于第二电阻R2和第三电阻R3之间。
欠压保护电路包括第一比较器U1、第四电阻R4、第七二极管D7和第五电阻R5，第一比较器U1的同相输入端与第一分压节点电连接，该第一比较器U1的反相输入端接收+5V基准电压VREF5，该第一比较器U1的输出端与脉宽调制电路34信号连接，第四电阻R4为反馈电阻，与第七二极管D7串联后连接在第一比较器U1的同相输入端和输出端之间，第五电阻R5为上拉电阻，该第五电阻R5的一端与第一比较器U1的输出端连接，另一端连接+12V直流电源，第一比较器U1为迟滞比较器。
过压保护电路包括第二比较器U2、第六电阻R6、第七电阻R7、和第五电阻R5，第二比较器U2的同相输入端经第六电阻R6与+5V基准电压VREF5连接，该第二比较器U2的反相输入端与第二分压节点电连接，该第二比较器U2的输出端与脉宽调制电路34信号连接，第七电阻R7为反馈电阻，连接在第二比较器U2的同相输入端和输出端之间，第五电阻R5为上拉电阻，该第五电阻R5的一端与第二比较器U2的输出端连接，另一端连接+12V直流电源，第二比较器U2为迟滞比较器。
回路电流采样电路包括第八电阻R8，回路端经第八电阻R8接地，第八电阻R8的两端分别为采样端和接地端，回路端与采样端连接，接地端接地。
过流保护电路包括放大电路和过流判定电路，放大电路与回路电流采样电路连接，过流判定电路的输入端与放大电路连接，输出端与脉宽调制电路34连接。
放大电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第三运算放大器U3和第十一电阻R11，第八电阻R8的采样端经第九电阻R9与第三运算放大器U3的反相输入端连接，第八电阻R8的接地端经第十电阻R10与第三运算放大器U3的同向输入端连接，第十一电阻R11为反馈电阻，连接在第三运算放大器U3的反相输入端和输出端之间。
过流判定电路包括第四比较器U4、第十二电阻R12和第五电阻R5，第四比较器U4的同相输入端与+5V基准电压VREF5连接，该第四比较器U4的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端连接，该第四比较器U4的输出端与脉宽调制电路34信号连接，第十二电阻R12为反馈电阻，连接在第四比较器U4的同相输入端和输出端之间，第五电阻R5为上拉电阻，该第五电阻R5一端与第四比较器U4的输出端连接，另一端连接+12V直流电源。
欠压保护电路、过压保护电路和过流判定电路中的第五电阻R5为一端分别与第一比较器U1的输出端、第二比较器U2的输出端和第四比较器U4的输出端连接的同一电阻，该第五电阻R5的另一端连接+12V直流电源。
第八电阻R8的两端并联有第六滤波电容C6。
第三电阻R3的两端并联有第五滤波电容C5。
一种智能钻井工具电源的电压和电流保护方法，智能钻井工具电源包括依次连接的整流滤波单元、保护单元和稳压单元，且整流滤波单元输入保护单元的输出电压还输入稳压单元；
保护单元的电压和电流保护方法包括以下步骤：
(1)通过对整流滤波单元的输出电压的分压，得到至少两个分压节点，调整分压节点处分压值，通过不同分压节点处分压与基准电压的比较，实现对输出电压的欠压和过压的同时判断，若输出电压小于欠压保护低阈值，执行步骤(2)，若输出电压大于欠压保护高阈值，执行步骤(3)，若输出电压小于过压保护低阈值，执行步骤(3)，若输出电压大于过压保护高阈值，执行步骤(2)；
(2)稳压单元电压输出中断；
(3)稳压单元电压持续输出，此时启动电流保护过程，实现对该智能钻井工具电源保护电路结合负载构成的电源系统回路进行电流值采样；
(4)将采样电流转换成微小电压信号；
(5)通过运算放大器对微小电压信号进行放大；
(6)将放大后的电压与基准电压比较，若放大后的电压小于基准电压，则执行步骤(7)，若放大后的电压大于基准电压，则执行步骤(8)；
(7)稳压单元电压输出中断；
(8)稳压单元电压持续输出。
所述稳压单元包括脉宽调制电路、反激式变压器、半波整流滤波电路和反馈电路，脉宽调制电路接收保护单元的保护信号并向反激式变压器输出脉冲波形，所述反激式变压器接收整流滤波电路的输出电压，同时向半波整流滤波电路输出电能，半波整流滤波电路整流滤波后输出供电电压，同时被反馈电路采集反馈信号，反馈信号输入脉宽调制电路；
基于稳压单元的稳压原理，所述步骤(2)和步骤(7)均包括以下步骤，
(a1)稳压单元的脉宽调制电路关断，脉宽调制电路停止向稳压单元的反激式变压器输出脉冲波形，
(a2)反激式变压器不再进行电能变换，稳压电路无直流电能输出；
所述步骤(8)中的稳压单元电压持续输出过程包括以下步骤，
(b1)稳压单元的脉宽调制电路开启，脉宽调制电路正常向稳压单元的反激式变压器输出脉冲波形，
(b2)反激式变压器正常进行电能的变换，稳压单元输出直流电能。
本发明创造中智能钻井工具电源保护电路的工作过程为：泥浆涡轮发电机1作为电源产生的低频三相交流电能由整流滤波电路2的输入端输入整流滤波电路2，整流滤波电路2将输入的电能进行全波整流和电容滤波后，输出粗直流电能Vrec，由于直流电压输出端中一路与反激式变压器31的电能输入端电连接，反激式变压器31根据负载需求，将接收的粗直流电能转换成高频交流电能，稳压电路3中的半波整流电路32对高频交流电能进行半波整流后输出稳定的直流电压Vout，稳压电路3中的反馈电路33对直流电压Vout进行采样后反馈至脉宽调制电路34中，脉宽调制电路34根据反馈电路33的输出调整每个周期内脉冲波形的占空比值，从而控制反激式变压器31的电能转换效率以达到稳定输出直流电压Vout的目的。
保护电路4包括分压电路、欠压保护电路、过压保护电路、回路电流采样电路和过流保护电路，第一比较器U1及其外围电路构成欠压保护电路，第二比较器U2及其外围电路构成过压保护电路，第三运算放大器U3及其外围电路构成放大电路，第四比较器U4及其外围电路构成过流判定电路，过流判定电路与放大电路共同构成过流保护电路。
三相整流滤波电路2的输出电压Vrec经第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3串联分压后接地。
位于第一电阻R1和第二电阻R2之间的第一分压节点与第一比较器U1的同向输入端连接，VREF5为+5V基准电压，输入第一比较器U1的反向输入端，第四电阻R4为反馈电阻，与第七二极管D7串联后由第一比较器U1的输出端连接至第一比较器U1的同向输入端，第五电阻R5为上拉电阻，一端连接第一比较器U1的输出端，另一端接+12V直流电源。当输出电压Vrec>欠压保护高阈值VTLH时，第一比较器U1输出高电平，第七二极管D7截止，第一比较器U1同向输入端电压V1+为：
V1+＝[(R2+R3)/(R1+R2+R3)]*Vrec ①
当输出电压Vrec<欠压保护低阈值VTLL时，第一比较器U1输出低电平，第七二极管D7导通，通过第四电阻R4的电流IR4为：
IR4＝(Vrec-VREF5)/R1-VREF5/(R2+R3) ②
当第一比较器U1输出高电平时，脉宽调制电路34根据反馈电路33的反馈值调整每个周期内脉冲波形的占空比值，从而控制反激式变压器31的电能转换效率，以稳定输出电压，当第一比较器U1输出低电平时，脉宽调制电路34停止工作，无脉冲波形输出，反激式变压器31无电能转换，输出电压Vout等于0。
位于第二电阻R2和第三电阻R3之间的第二分压节点与第二比较器U2的反向输入端连接，+5V基准电压VREF5经电阻R6输入第二比较器U2的同向输入端，第七电阻R7为反馈电阻，由第二比较器U2的输出端连接至第二比较器U2的同向输入端，第二比较器U2的输出端经上拉电阻R5后连接+12V直流电源。当输出电压Vrec<过压保护低阈值VTHL时，第二比较器U2输出高电平，第二比较器U2同向输入端的电压V2+为：
V2+＝[R7/(R6+R7)]*VREF5 ③
当输出电压Vrec>过压保护高阈值VTHH时，第二比较器U2输出低电平，第二比较器U2反向输入端的翻转电压V2+为：
V2-＝[R3/(R1+R2+R3)]*VTHH ④
当第二比较器U2输出高电平时，脉宽调制电路34根据反馈电路33的反馈值调整每个周期内脉冲波形的占空比值，从而控制反激式变压器31的电能转换效率，以稳定输出电压，当第二比较器U2输出低电平时，脉宽调制电路34停止工作，无脉冲波形输出，反激式变压器31无电能转换，输出电压Vout等于0。
电源系统回路电流由作为回路电流采样电路的第八电阻R8采样后转换成微小电压值，第三运算放大器U3的同向输入端经第十电阻R10与第八电阻R8的接地端连接，第三运算放大器U3的反向输入端经第九电阻R9与第八电阻R8的采样端连接，第十一电阻R11为反馈电阻，由第三运算放大器U3的输出端连接至反向输入端，第三运算放大器U3的输出电压Vout3为：
Vout3＝[(R9+R11)/R9]*(Irec*R8) ⑤
其中，Irec为电源系统回路电流。
第四比较器U4的同向输入端连接+5V基准电压VREF5，第四比较器U4的反向输入端接收第三运算放大器U3的输出电压Vout3，R12为反馈电阻，由第四比较器U4的输出端连接至第四比较器U4的反向输入端，当回路电流Irec>过流保护高阈值ITHH时，第四比较器U4输出低电平，当回路电流Irec<过流保护低阈值ITHL时，第四比较器U4输出高电平。
当第四比较器U4输出高电平时，脉宽调制电路34根据反馈电路33的反馈值调整每个周期内脉冲波形的占空比值，从而控制反激式变压器31的电能转换效率，以稳定输出电压，当第四比较器U4输出低电平时，脉宽调制电路34停止工作，无脉冲波形输出，反激式变压器31无电能转换，输出电压Vout等于0。
图3为基于本发明创造的一实施例的欠压保护电路测试数据曲线图，设定额定输入电压为45V，设定欠压保护低阈值VTLL＝44.5V，回差2V，即VTLH＝46.5V，采用三相交流电源模拟泥浆脉冲发生器1供电，稳压电路3输出电压为36±2V，稳压电路3的输出端连接恒流型电子负载，负载电流在0A-2.5A之间间隔0.5A变化，测试数据如表1所示。
表1 欠压保护电路阈值测试试验
图3为根据表1中数据绘制的曲线，可见随着负载的增大，输出电压逐渐降低，欠压保护电路的开启阈值VTLH和关断阈值VTLL在设定阈值范围附近，满足本发明电路的设计要求。
工作时，泥浆涡轮发电机1产生低频三相交流电能，由三相整流滤波电路2进行全桥整流和电容滤波，输出粗直流电能至稳压电路3的反激式变压器31，反激式变压器31在脉宽调制电路34的控制下将粗直流电能转换成高频交流电能，半波整流滤波电路32对高频交流电能进行半波整流和电容滤波后输出稳定的直流电能，反馈电路33采样输出电压值送入脉宽调制电路34中，脉宽调制电路34据此调整每个周期内脉冲波形的占空比值，以达到稳定输出电压的目的。保护电路4中的欠压保护电路和过压保护电路，防止由于泥浆流量波动大导致的泥浆涡轮发电机1产生的电能过低或过高对开关电源造成损害，保护电路4中的过流保护电路防止稳压电源回路电流过大导致的电子元器件烧毁，当保护电路4输出低电平时，脉宽调制电路34停止工作，稳压电路3无输出。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：包括整流滤波电路(2)、稳压电路(3)和保护电路(4)；
所述整流滤波电路(2)为三相整流滤波电路，所述稳压电路(3)包括反激式变压器(31)、半波整流滤波电路(32)、反馈电路(33)和脉宽调制电路(34)，所述保护电路(4)包括分压电路、欠压保护电路、过压保护电路、回路电流采样电路和过流保护电路；
该三相整流滤波电路的输入端连接电源，输出端包括直流电压输出端和回路端；
所述直流电压输出端分为两路，一路接入稳压电路(3)，即与所述反激式变压器(31)的电能输入端电连接，另一路通过分压电路接地，所述分压电路上设有第一分压节点和第二分压节点，所述第一分压节点通过欠压保护电路与所述脉宽调制电路(34)信号连接，第二分压节点通过过压保护电路与所述脉宽调制电路(34)信号连接；
所述回路端通过回路电流采样电路接地，该回路电流采样电路通过过流保护电路与所述脉宽调制电路(34)信号连接；
所述脉宽调制电路(34)与所述反激式变压器(31)的信号输入端电连接，所述反激式变压器(31)的电能输出端与所述半波整流滤波电路(32)的输入端电连接，所述半波整流滤波电路(32)的输出端设有采样节点，所述采样节点通过反馈电路(33)与所述脉宽调制电路(34)信号连接。
2.根据权利要求1所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述分压电路包括依次串联的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，所述第一电阻(R1)的起始端与所述直流电压输出端电连接，所述第三电阻(R3)的末端接地，所述第一分压节点位于所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，所述第二分压节点位于所述第二电阻(R2)和第三电阻(R3)之间。
3.根据权利要求1所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述欠压保护电路包括第一比较器(U1)、第四电阻(R4)、第七二极管(D7)和第五电阻(R5)，所述第一比较器(U1)的同相输入端与所述第一分压节点电连接，该第一比较器(U1)的反相输入端接收+5V基准电压(VREF5)，该第一比较器(U1)的输出端与所述脉宽调制电路(34)信号连接，所述第四电阻(R4)为反馈电阻，与所述第七二极管(D7)串联后连接在所述第一比较器(U1)的同相输入端和输出端之间，所述第五电阻(R5)为上拉电阻，该第五电阻(R5)的一端与所述第一比较器(U1)的输出端连接，另一端连接+12V直流电源，所述第一比较器(U1)为迟滞比较器。
4.根据权利要求1所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述过压保护电路包括第二比较器(U2)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、和第五电阻(R5)，所述第二比较器(U2)的同相输入端经第六电阻(R6)与+5V基准电压(VREF5)连接，该第二比较器(U2)的反相输入端与所述第二分压节点电连接，该第二比较器(U2)的输出端与所述脉宽调制电路(34)信号连接，所述第七电阻(R7)为反馈电阻，连接在所述第二比较器(U2)的同相输入端和输出端之间，所述第五电阻(R5)为上拉电阻，该第五电阻(R5)的一端与所述第二比较器(U2)的输出端连接，另一端连接+12V直流电源，所述第二比较器(U2)为迟滞比较器。
5.根据权利要求1所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述回路电流采样电路包括第八电阻(R8)，所述回路端经第八电阻(R8)接地，所述第八电阻(R8)的两端分别为采样端和接地端，所述回路端与所述采样端连接，所述接地端接地。
6.根据权利要求5所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述过流保护电路包括放大电路和过流判定电路，所述放大电路与所述回路电流采样电路连接，所述过流判定电路的输入端与放大电路连接，输出端与脉宽调制电路(34)连接。
7.根据权利要求6所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述放大电路包括第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第三运算放大器(U3)和第十一电阻(R11)，所述第八电阻(R8)的采样端经第九电阻(R9)与第三运算放大器(U3)的反相输入端连接，所述第八电阻(R8)的接地端经第十电阻(R10)与第三运算放大器(U3)的同向输入端连接，所述第十一电阻(R11)为反馈电阻，连接在第三运算放大器(U3)的反相输入端和输出端之间。
8.根据权利要求7所述的智能钻井工具电源保护电路，其特征在于：所述过流判定电路包括第四比较器(U4)、第十二电阻(R12)和第五电阻(R5)，所述第四比较器(U4)的同相输入端与+5V基准电压(VREF5)连接，该第四比较器(U4)的反相输入端与第三运算放大器(U3)的输出端连接，该第四比较器(U4)的输出端与脉宽调制电路(34)信号连接，所述第十二电阻(R12)为反馈电阻，连接在第四比较器(U4)的同相输入端和输出端之间，所述第五电阻(R5)为上拉电阻，该第五电阻(R5)一端与所述第四比较器(U4)的输出端连接，另一端连接+12V直流电源。
9.一种智能钻井工具电源的电压和电流保护方法，其特征在于：智能钻井工具电源包括依次连接的整流滤波单元、保护单元和稳压单元，且整流滤波单元输入保护单元的输出电压还输入稳压单元；
保护单元的电压和电流保护方法包括以下步骤：
(1)通过对整流滤波单元的输出电压的分压，得到至少两个分压节点，调整分压节点处分压值，通过不同分压节点处分压与基准电压的比较，实现对输出电压的欠压和过压的同时判断，若输出电压小于欠压保护低阈值，执行步骤(2)，若输出电压大于欠压保护高阈值，执行步骤(3)，若输出电压小于过压保护低阈值，执行步骤(3)，若输出电压大于过压保护高阈值，执行步骤(2)；
(2)稳压单元电压输出中断；
(3)稳压单元电压持续输出，此时启动电流保护过程，实现对该智能钻井工具电源保护电路结合负载构成的电源系统回路进行电流值采样；
(4)将采样电流转换成微小电压信号；
(5)通过运算放大器对微小电压信号进行放大；
(6)将放大后的电压与基准电压比较，若放大后的电压小于基准电压，则执行步骤(7)，若放大后的电压大于基准电压，则执行步骤(8)；
(7)稳压单元电压输出中断；
(8)稳压单元电压持续输出。
10.根据权利要求9所述的智能钻井工具电源电压和电流保护方法，其特征在于：所述稳压单元包括脉宽调制电路、反激式变压器、半波整流滤波电路和反馈电路，脉宽调制电路接收保护单元的保护信号并向反激式变压器输出脉冲波形，所述反激式变压器接收整流滤波电路的输出电压，同时向半波整流滤波电路输出电能，半波整流滤波电路整流滤波后输出供电电压，同时被反馈电路采集反馈信号，反馈信号输入脉宽调制电路；
基于稳压单元的稳压原理，所述步骤(2)和步骤(7)均包括以下步骤，
(a1)稳压单元的脉宽调制电路关断，脉宽调制电路停止向稳压单元的反激式变压器输出脉冲波形，
(a2)反激式变压器不再进行电能变换，稳压电路无直流电能输出；
所述步骤(8)中的稳压单元电压持续输出过程包括以下步骤，
(b1)稳压单元的脉宽调制电路开启，脉宽调制电路正常向稳压单元的反激式变压器输出脉冲波形，
(b2)反激式变压器正常进行电能的变换，稳压单元输出直流电能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610292988.2A CN106099843A (zh) | 2016-05-05 | 2016-05-05 | 一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610292988.2A CN106099843A (zh) | 2016-05-05 | 2016-05-05 | 一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106099843A true CN106099843A (zh) | 2016-11-09 |
Family
ID=57229211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610292988.2A Pending CN106099843A (zh) | 2016-05-05 | 2016-05-05 | 一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106099843A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110380608A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-25 | 荣信汇科电气技术有限责任公司 | 一种与功率模块均压电阻串联应用的取能电路 |
| WO2020238864A1 (zh) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 过压保护电路 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008089539A1 (en) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Power Integrations, Inc. | Control arrangement for a pfc-pwm power converter |
| CN102647138A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-08-22 | 中国海洋石油总公司 | 一种井下涡轮发电机整流稳压供电装置 |
| CN202712814U (zh) * | 2012-05-16 | 2013-01-30 | 洛阳隆盛科技有限责任公司 | 关断式输出过欠压保护电路 |
| CN105162331A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-16 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 一种基于并联均流技术的开关电源电路 |
| CN205051580U (zh) * | 2015-09-15 | 2016-02-24 | 上海繁易电子科技有限公司 | 本质安全型电源 |
-
2016
- 2016-05-05 CN CN201610292988.2A patent/CN106099843A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008089539A1 (en) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Power Integrations, Inc. | Control arrangement for a pfc-pwm power converter |
| CN102647138A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-08-22 | 中国海洋石油总公司 | 一种井下涡轮发电机整流稳压供电装置 |
| CN202617058U (zh) * | 2012-04-20 | 2012-12-19 | 中国海洋石油总公司 | 井下涡轮发电机整流稳压供电装置 |
| CN202712814U (zh) * | 2012-05-16 | 2013-01-30 | 洛阳隆盛科技有限责任公司 | 关断式输出过欠压保护电路 |
| CN105162331A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-16 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 一种基于并联均流技术的开关电源电路 |
| CN205051580U (zh) * | 2015-09-15 | 2016-02-24 | 上海繁易电子科技有限公司 | 本质安全型电源 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020238864A1 (zh) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 过压保护电路 |
| CN110380608A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-25 | 荣信汇科电气技术有限责任公司 | 一种与功率模块均压电阻串联应用的取能电路 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105375435B (zh) | 基于三相电流感应取电和跳闸的自供电保护装置及系统 | |
| CN102222984B (zh) | 智能开关柜在线监测感应取电装置 | |
| CN105896622B (zh) | 高可靠性输电线路感应取能电源 | |
| CN103856086B (zh) | 一种电流互感器取电控制方法及系统 | |
| CN204190637U (zh) | 一种电源适配器电路 | |
| CN208226892U (zh) | 一种小型变频电力稳压器 | |
| CN106099843A (zh) | 一种智能钻井工具电源保护电路及电压和电流保护方法 | |
| CN111044871A (zh) | 一种集成式10kV氧化锌避雷器试验系统及方法 | |
| CN102891523B (zh) | 一种电能自循环式大功率充电机老化控制方法及其系统 | |
| CN106227961A (zh) | 一种基于启动电流的取能ct仿真优化方法及装置 | |
| CN202750021U (zh) | 一种将交流电转换成直流电的转换器 | |
| CN205788002U (zh) | 一种电源供电线压降补偿电路 | |
| CN103647447B (zh) | 一种电能表通信模块的电源装置 | |
| CN206314031U (zh) | 一种led驱动电路及led照明装置 | |
| CN202798460U (zh) | 一种用于电压变换器的并联均流线路 | |
| CN105634307B (zh) | 智能钻井工具井下电源实现方法及脉冲驱动方法和电路 | |
| CN113037106B (zh) | 一种负载端恒压整流电源的电流反馈控制方法及系统 | |
| CN208723805U (zh) | 一种供电电源系统 | |
| CN211505780U (zh) | 一种集成式10kV氧化锌避雷器试验系统 | |
| CN104467388B (zh) | 基于pfc的传导型谐波抑制的电源 | |
| CN209613252U (zh) | 一种变频双脉冲电源 | |
| CN204228925U (zh) | 飞机交流发电机调压器 | |
| CN106602904A (zh) | 双输出升降压供电电路 | |
| CN206976251U (zh) | 一种带有保护功能的交流接触器直流运行节能装置 | |
| CN105871234A (zh) | 一种用于智能钻井工具的12v稳压电源电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161109 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |