CN107579663A - 一种随钻高速脉冲器用36v升60v电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随钻高速脉冲器用36V升60V电源，包括，中央控制器、小功率DC/DC变换器、二个半桥控制器、四场效应管全桥、平面变压器、高频桥式整流电路和调试主机JTAG SW和TTL串口，中央控制器根据本电源的60V输出电压，通过控制二个半桥控制器进一步控制四场效应管全桥，通过平面变压器与高频桥式整流电路电连接提供本电源的60V输出电压。有益效果是，本升压电源大大简化了随钻高速脉冲器用36V升60V电源结构和电路设计，减少外围元器件的使用，成本低，使温度和振动的影响降到最低，提高系统可靠性，比传统随钻井下仪器用电源的兼容性强、效率高，具有良好的稳定性和扩展性，具有很高的实用价值。

Description

一种随钻高速脉冲器用36V升60V电源

技术领域

本发明涉及升压电源技术领域，特别涉及一种油气钻井随钻井下仪器的高速脉冲器用36V升60V电源。

背景技术

升压电源广泛地应用于生产生活的各个方面，同时，也已应用于油气钻井随钻电源领域，通常采取集成化的方式，提供低电压、小电流、低功率的电源供给。

随钻井下仪器电源是整个系统重要的组成部分，其主要通过线性稳压电路，或者DC/DC开关稳压电路来给系统提供稳定的电压。在油气钻井随钻仪器领域，为实现高温、高振动环境下的稳定大功率、高电压的电源供给，传统的电路结构复杂、元器件多、故障率高和设计难度大，同时，成本也很高。

目前，市场上迫切需求结构简单、可靠性高、低成本的随钻高速脉冲器用36V升60V电源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种随钻高速脉冲器用36V升60V电源。

本发明所采用的技术方案是，一种随钻高速脉冲器用36V升60V电源，包括，中央控制器、小功率DC/DC变换器、二个半桥控制器、四场效应管全桥、平面变压器、高频桥式整流电路和调试主机JTAG SW和TTL串口，所述的调试主机JTAG SW和TTL串口与中央控制器相互电连接，本电源的36V输入，通过小功率DC/DC变换器为中央控制器和二个半桥控制器提供电力，中央控制器根据本电源的60V输出电压，通过控制二个半桥控制器进一步控制四场效应管全桥， 本电源的36V输入还与四场效应管全桥电连接，受控的四场效应管全桥通过平面变压器与高频桥式整流电路电连接提供本电源的60V输出电压。

所述的中央控制器采用的集成电路U1是STM32F303，小功率DC/DC变换器采用的集成电路U4型号是LTC3639MPMSE，U5是型号LTM8020MPV，二个半桥控制器采用的集成电路U2、U3型号是IR2113S，四场效应管全桥采用的效应管Q20、Q21、Q30和Q31的型号是SQM35N30-97，高频桥式整流电路采用的高频整流二极管T0-T3的型号是VS-10CDH06-M3。

本发明的有益效果是，本升压电源核心部件采用中央控制器控制输出电压，大大简化了随钻高速脉冲器用36V升60V电源结构和电路设计，减少外围元器件的使用，成本低，使温度和振动的影响降到最低，提高系统可靠性，比传统随钻井下仪器用电源的兼容性强、效率高，具有良好的稳定性和扩展性，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明随钻高速脉冲器用36V升60V电源的组成框图；

图2为本发明随钻高速脉冲器用36V升60V电源的全桥开关电源拓扑图；

图3为本发明随钻高速脉冲器用36V升60V电源的电原理图。

图中：

1、中央控制器 2、小功率DC/DC变换器

3、二个半桥控制器 4、四场效应管全桥

5、平面变压器 6、高频桥式整流电路

7、调试主机JTAG SW和TTL串口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明随钻高速脉冲器用36V升60V电源的组成框图；如图1所示，本发明的随钻高速脉冲器用36V升60V电源，包括，中央控制器1、小功率DC/DC变换器2、二个半桥控制器3、四场效应管全桥4、平面变压器 5、高频桥式整流电路6和调试主机JTAG SW和TTL串口7，所述的调试主机JTAG SW和TTL串口7与中央控制器1相互电连接，本电源的36V输入，通过小功率DC/DC变换器2为中央控制器1和二个半桥控制器3提供电力，中央控制器1根据本电源的60V输出电压，通过控制二个半桥控制器3进一步控制四场效应管全桥4，本电源的36V输入还与四场效应管全桥4电连接，受控的四场效应管全桥4通过平面变压器 5与高频桥式整流电路6电连接，提供本电源的60V输出电压。

中央控制器1和二个半桥控制器3都是由小功率DC/DC变换器2来提供电源，小功率DC/DC变换器2由高耐压的DC/DC控制器和小功率电感组成，由于需求两个电压15V和3.3V，所以，由两个集成电路U4和U5组成，此部分电路需求的功率较小，所以输出电流小于150mA。中央控制器1上电后，内部的ADC检测60V输出电压，中央控制器1比较输入/输出的电压值后，经过PID计算，并控制中央控制器1的TIM内部定时器的PWM脉宽输出的占空比，此占空比波形，经二半桥控制器3整形放大后，控制四场效应管全桥4的导通时间，从而，在平面变压器5的初级产生一定占空比的定频率波形。平面变压器5的次级产生相同形状不同幅度的波形，再经过高频桥式整流电路6整流后输出60V稳定电压。平面变压器5具有功率密度大、外形扁平易于控制整个电源的尺寸和布局。

图2为本发明随钻高速脉冲器用36V升60V电源的全桥开关电源拓扑图；如图2所示，在全桥开关电源拓扑图中，中央控制器1根据本电源的60V输出电压，通过控制二个半桥控制器3进一步控制四场效应管全桥4（在本发明中由场效应管Q1-Q4组成），受控的四场效应管全桥4通过平面变压器 5与高频桥式整流电路6（在本发明中由大功率高频整流二极管D1-D4组成）电连接，提供本电源的60V输出电压。

图3为本发明随钻高速脉冲器用36V升60V电源的电原理图；如图3所示，本发明基于中央控制器1采用的集成电路是STM32F303，32位ARM控制器，该集成电路为32位闪存微控制器，基于ARM Cortex-M3 内核，大幅度提高的中断响应，并且低功耗、低电压，利用其片内外围模块（ADC，TIME等）的全桥PWM控制方式，以实现对随钻高速脉冲器的电源供给和保护。

中央控制器1芯片具有良好的耐温性能，能够稳定工作在150℃以上，72MHz的工作频率，以及丰富的片内资源，使电源的器件减少，可靠性得到提高。其内部的高速12位AD转换器满足各种电压、电流的采集，小功率DC/DC变换器2采用的集成电路U4型号是LTC3639MPMSE，U5型号是LTM8020MPV，二个半桥控制器3采用的集成电路U2、U3型号是IR2113S，强大的PWM控制定时器可以轻松控制四场效应管全桥4的4个桥臂，四场效应管全桥4采用的效应管Q20、Q21、Q30和Q31的型号是SQM35N30-97，高频桥式整流电路6采用的高频整流二极管T0-T3的型号是VS-10CDH06-M3。调试主机通过JTAG SW和TTL串口7与中央控制器1建立联系，可以从容调试并读取参数。

本升压电源核心部件采用中央控制器控制输出电压，大大简化了随钻高速脉冲器用36V升60V电源结构和电路设计，减少外围元器件的使用，成本低，使温度和振动的影响降到最低，提高系统可靠性，比传统随钻井下仪器用电源的兼容性强、效率高，具有良好的稳定性和扩展性，具有很高的实用价值。

值得指出的是，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种随钻高速脉冲器用36V升60V电源，其特征在于，包括，中央控制器（1）、小功率DC/DC变换器（2）、二个半桥控制器（3）、四场效应管全桥（4）、平面变压器 （5）、高频桥式整流电路（6）和调试主机JTAG SW和TTL串口（7），所述的调试主机JTAG SW和TTL串口（7）与中央控制器（1）相互电连接，本电源的36V输入，通过小功率DC/DC变换器（2）为中央控制器（1）和二个半桥控制器（3）提供电力，中央控制器（1）根据本电源的60V输出电压，通过控制二个半桥控制器（3）进一步控制四场效应管全桥（4）， 本电源的36V输入还与四场效应管全桥（4）电连接，受控的四场效应管全桥（4）通过平面变压器 （5）与高频桥式整流电路（6）电连接提供本电源的60V输出电压。

2.根据权利要求1所述的随钻高速脉冲器用36V升60V电源，其特征在于，所述的中央控制器（1）采用的集成电路U1是STM32F303，小功率DC/DC变换器（2）采用的集成电路U4型号是LTC3639MPMSE，U5是型号LTM8020MPV，二个半桥控制器（3）采用的集成电路U2、U3型号是IR2113S，四场效应管全桥（4）采用的效应管Q20、Q21、Q30和Q31的型号是SQM35N30-97，高频桥式整流电路（6）采用的高频整流二极管T0-T3的型号是VS-10CDH06-M3。