CN106655082A - 一种用于井下防止电源过压的电路 - Google Patents

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白玉新
张希玉
解庆
罗翔
王恒
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    • 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
    • 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
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Abstract

本发明属于电源监控技术领域，具体涉及一种用于井下防止电源过压的电路；本发明的目的是提供一种适用于井下复杂地质环境下，解决发电机转速高输出电压过大异常情况的用于井下防止电源过压的电路；本发明采用的技术方案是：包括精密电阻分压器及RC低通滤波(1)、高温基准源(2)、mosfet的驱动电路(3)、执行机构(4)、整机供电电源(5)及高速比较器(6)；其中精密电阻分压器及RC低通滤波(1)、高速比较器(6)、mosfet的驱动电路(3)、执行机构(4)依次连通，一条正反馈电路并联于精密电阻分压器及RC低通滤波(1)和mosfet的驱动电路(3)之间的比较器(6)上。

Description

一种用于井下防止电源过压的电路
技术领域
本发明属于电源监控技术领域，具体涉及一种用于井下防止电源过压的电路。
背景技术
井下的供电能源是由发电机系统维持，发电机将动能转化为电能为整个系统工作。但是发电机的输出电压大小是根据流量决定的，流量越大，发电机的转速越高，最终导致输出的电压越大，对于井下的高温器件，普遍价格十分昂贵，一旦过压烧毁将发生无法估计的损失，所以此电路就显得很必要；为了防止发电机转速过高时，输出电压过大损坏并烧毁负载，就需要一种过压保护电路在电压较大的时候断开发电机和负载的连接。而井下工具处于一个密封狭窄的环境，所以电路必须具备耐高温、小体积、低功耗等优点才可以长时间正常工作。
本专利有2个保护点：
1、整个电路功耗小，所需电流不过uA级，设备正常工作时此电路在低功耗模式工作，并且电路的输入电压范围宽，能够在宽的输入电压范围还能够正常工作。在低功耗工作的同时还能实时监控进入系统的电压大小，一旦发生过压行为，会以uS级的时间做出反应，断开和负载的连接。
2、电路采用电压基准加mosfet的形式实现了过压保护功能，照比传统的利用TVS实现过压保护的方法，此方案精度更高，温漂更小，排除了TVS制作工艺的误差，并且有一定的滞回区间，防止过压的时候发生振荡行为，并且滞回区间的大小可调，更具有灵活性。
可广泛应用在垂直钻井工具、旋转导向钻井工具、连续管钻井工具等石油钻井工具中，在井下复杂地质条件下，具备高耐温、小体积、低功耗等优点，可长时间监控电压大小。不仅在石油钻井领域有着广泛的应用，同时在交通运输、航空航天和水下也能创造巨大的经济和社会效益。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种适用于井下复杂地质环境下，解决发电机转速高输出电压过大异常情况的用于井下防止电源过压的电路。
本发明的技术方案是：
一种用于井下防止电源过压的电路，包括精密电阻分压器及RC低通滤波、高温基准源、mosfet的驱动电路、执行机构、整机供电电源及高速比较器；其中精密电阻分压器及RC低通滤波、高速比较器、mosfet的驱动电路、执行机构依次连通，一条正反馈电路并联于精密电阻分压器及RC低通滤波和mosfet的驱动电路之间的比较器上，所述高温基准源与高速比较器相连通，所述整机供电电源分别与mosfet的驱动电路和高速比较器相连通；所述精密电阻分压器及RC低通滤波连接高速比较器正极，高温基准源连接高速比较器负极。
所述精密电阻分压器和RC低通滤波中，精密电阻采集发电机发出的整流滤波电压，利用电阻的串联分压功能实现高电压到低电压的实现，在送至到电压比较器前经过一级无源RC滤波器。
所述高温基准源采用了TI的TL431，工作温度上限为125℃，最高输出电压为100mA。
所述mosfet的驱动电路采用三极管射随的方式进行驱动，对电流进行放大，实现了快速的mosfet开启，并且在输出端加了稳压管防止mos的Vgs过压击穿。
所述整机供电电源采用传统的稳压管加三极管扩流的形式组成线性电源，电源输出端加上大电容以实现储能和滤波作用，大电流回路上串联电流检测电阻，当电流过大时候烧毁电阻断开后面电路。
所述高速比较器采用TI的LM2904。
本发明的有益效果是：
附图说明
图1是光电自准直仪结构图；
图中：1.精密电阻分压器+RC低通滤波；2.高温精密基准源；3.Mosfet的驱动电路；4.执行机构；5.整机供电电源；6.高速比较器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明提出的一种用于井下防止电源过压的电路进行进一步的介绍：
一种用于井下防止电源过压的电路，包括精密电阻分压器及RC低通滤波1、高温基准源2、mosfet的驱动电路3、执行机构4、整机供电电源5及高速比较器6；其中精密电阻分压器及RC低通滤波1、高速比较器6、mosfet的驱动电路3、执行机构4依次连通，一条正反馈电路并联于精密电阻分压器及RC低通滤波1和mosfet的驱动电路3之间的比较器6上，所述高温基准源2与高速比较器6相连通，所述整机供电电源5分别与mosfet的驱动电路3和高速比较器6相连通；所述精密电阻分压器及RC低通滤波1连接高速比较器6正极，高温基准源2连接高速比较器6负极。
所述精密电阻分压器和RC低通滤波1中，精密电阻采集发电机发出的整流滤波电压，利用电阻的串联分压功能实现高电压到低电压的实现，在送至到电压比较器前经过一级无源RC滤波器。
所述高温基准源2采用了TI的TL431，工作温度上限为125℃，最高输出电压为100mA。
所述mosfet的驱动电路3采用三极管射随的方式进行驱动，对电流进行放大，实现了快速的mosfet开启，并且在输出端加了稳压管防止mos的Vgs过压击穿。
所述整机供电电源5采用传统的稳压管加三极管扩流的形式组成线性电源，电源输出端加上大电容以实现储能和滤波作用，大电流回路上串联电流检测电阻，当电流过大时候烧毁电阻断开后面电路。
所述高速比较器6采用TI的LM2904。
本发明所采用的技术指标为：
1.输入电压：18V—450V；
2.输出电压：15V；
3.消耗电流:110uA；
4.工作温度：-25℃—150℃；
5.反应时间：100uS；
具备监测井下电源电压系统的电路由多部分组成，全部利用分类元件实现，实现了小型化，PCB布局上考虑了大信号的走向和小信号的走向，最终实现了单点接地，以防止电路部分受干扰。决定监控电压精度的部分都采用了千分之1的电阻来保证高的精度要求。并且具备过流保护，当过流时断开电路和电源的连接。采样部分通过加入无源滤波器实现了高频差模信号和共模信号的滤除。并且整机在高温箱中做了高温试验，整个过程都能实现电压的精确监控。并且关键部分都用了稳压管做保护，防止过压时关键部分受损害；电源部分也加入限流电阻，防止过流时整个电路烧毁。
本发明所述的具备监测电源电压的电路由下面6部分组成，如图1所示，第一部分是精密电阻分压器和RC低通滤波，精密电阻采集发电机发出的整流滤波电压，利用电阻的串联分压功能实现高电压到低电压的实现，在送至到电压比较器之前经过一级无源RC滤波器，用以滤除产生的高频干扰信号，以防止高速比较器误动作，这里RC滤波器的时间常数尽可能大，以滤除除直流信号以外的一切干扰，但是也不要太大，否则影响实时速度，以调试结果为准；第二部分是高温基准源，此部分是电路的关键，其的精度高低和稳定性决定了整个电路的性能指标，所以基准源采用了TI的TL431，其的工作温度范围可以达到125度，并且内部具有温度补偿电路，能够将电压准确的稳定在要求电压点，精度可以达到0.5％，输出电流可以达到100mA，完全满足要求，并且外接高频滤波电容以实现去除高频干扰的作用；第三部分是mosfet的驱动电路，因为电压比较器是开漏输出，所以必须外接驱动电路才可以实现mosfet的驱动，因为系统的实时性要求较高，所以需要驱动电路有快速的驱动能力，所以采用了三极管射随的方式进行驱动，对电流进行放大即实现了快速的mosfet开启，并且在输出端加了稳压管防止mos的Vgs过压击穿；第四部分是执行机构，通过mosfet当开关实现了发电机端和负载端的连接，如果过压发生立即控制mosfet动作，断开两者的连接；第五部分是整机供电电源，因为此电路供电范围宽，并且电流消耗很小，所以采用线性电源比较合适，如果是开关电源则所用器件增多，不能实现小型化，性价比不高，这里采用传统的稳压管加三极管扩流的形式组成线性电源，电源输出端加上大电容以实现储能和滤波作用，并且大电流回路串上了电流检测电阻，当电流过大时候即烧毁电阻断开后面电路；第六部分是高速比较器部分，此比较器采用TI的LM2904，其具有低的失调电流和ns级的反应速度，工作温度可以达到125度，对于这种电压监控应用十分适合，并且比较器加入正反馈环节，防止在过压临近点发生波动，影响精度，具体的滞回区间根据自己的要求计算，此电路也可以用于其他电路的电压监测，只需要更改少数电阻即可以更改监测电压的大小，方便快捷，并且精度高，稳定性好。

Claims (6)

1.一种用于井下防止电源过压的电路，其特征在于：包括精密电阻分压器及RC低通滤波(1)、高温基准源(2)、mosfet的驱动电路(3)、执行机构(4)、整机供电电源(5)及高速比较器(6)；其中精密电阻分压器及RC低通滤波(1)、高速比较器(6)、mosfet的驱动电路(3)、执行机构(4)依次连通，一条正反馈电路并联于精密电阻分压器及RC低通滤波(1)和mosfet的驱动电路(3)之间的比较器(6)上，所述高温基准源(2)与高速比较器(6)相连通，所述整机供电电源(5)分别与mosfet的驱动电路(3)和高速比较器(6)相连通；所述精密电阻分压器及RC低通滤波(1)连接高速比较器(6)正极，高温基准源(2)连接高速比较器(6)负极。
2.如权利要求1所述的一种用于井下防止电源过压的电路，其特征在于：所述精密电阻分压器和RC低通滤波(1)中，精密电阻采集发电机发出的整流滤波电压，利用电阻的串联分压功能实现高电压到低电压的实现，在送至到电压比较器前经过一级无源RC滤波器。
3.如权利要求1所述的一种用于井下防止电源过压的电路，其特征在于：所述高温基准源(2)采用了TI的TL431，工作温度上限为125℃，最高输出电压为100mA。
4.如权利要求1所述的一种用于井下防止电源过压的电路，其特征在于：所述mosfet的驱动电路(3)采用三极管射随的方式进行驱动，对电流进行放大，实现了快速的mosfet开启，并且在输出端加了稳压管防止mos的Vgs过压击穿。
5.如权利要求1所述的一种用于井下防止电源过压的电路，其特征在于：所述整机供电电源(5)采用传统的稳压管加三极管扩流的形式组成线性电源，电源输出端加上大电容以实现储能和滤波作用，大电流回路上串联电流检测电阻，当电流过大时候烧毁电阻断开后面电路。
6.如权利要求1所述的一种用于井下防止电源过压的电路，其特征在于：所述高速比较器(6)采用TI的LM2904。
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