CN210225275U - 一种大功率直流稳压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率直流稳压电源，包括整流模块、主电源模块、辅助电源模块、调控模块、高频逆变模块和稳压输出模块，其中，所述整流模块连接所述主电源模块和所述辅助电源模块，所述辅助电源模块连接所述主电源模块和所述调控模块，所述主电源模块连接所述高频逆变模块，所述高频逆变模块连接所述稳压输出模块。通过采用开关模块串并联的方式，解决单一开关电源模块输出功率不足问题，实现了300W以上大功率电源的设计。通过设计负载均衡电路和保护电路，通过负载均衡电路对四路36V/2.5A并联电源进行调节，使各路电源均匀承载，通过设置过压、欠压和负载保护电路，实现智能钻井工具在井下工作时的安全和稳定。

Description

一种大功率直流稳压电源

技术领域

本实用新型涉及油气开采技术，具体涉及一种大功率直流稳压电源。

背景技术

在油气开采领域，随着计算机技术、精密测量与控制技术、大规模集成电路等技术的广泛应用，旋转导向、垂直钻井等智能钻井工具得到了大量的应用与推广。此类工具通过远程无线通信技术建立地面与井底双向数据通信，将井底的方位、姿态、压力、温度等信息上传至地面，地面操作人员根据钻井设计和井底工况实时调整工具的工作状态，将指令由地面下传至井底智能钻井工具中，智能钻井工具的指令接收系统解调、分析地面传输的指令，驱动执行机构完成响应的操作。整个过程均需要为智能钻井工具提供稳定、持久的电能供应，且为实现对控制执行机构的驱动及功率型负载的携带，对井下大功率供电电源的研制需求日益迫切。

目前的井下电源大致可分为两种，一种是采用泥浆脉冲进行交流-直流-直流变换的方式进行供电，该供电方式可提供稳定、持续的直流电能，满足智能钻井工具核心器件的用电需求，但该种电源实现方式单电源模块难以实现大功率供电需求，采用多电源模块组合工作方式，各模块间的负载均衡问题又难以解决；另一种方式为采用电池供电，高温锂电池组在MWD、电子压力计等功耗较低的测量类井下工具中获得了广泛应用，但对于旋转导向、垂直钻井等含有驱动执行模块的智能钻井工具，电池供电方式受限于容量与体积，难以在智能钻井工具中获得实际应用。

此外，智能钻井工具通常由多个功能短接组成，不同短接之间的供电、通信通常采用有线方式，这在短接的装配连接、使用过程中的安全性和稳定性方面都存在着诸多缺陷和隐患。

因此，研究一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，解决旋转导向、垂直钻井等智能钻井工具对大功率井下电源的需求，同时实现智能钻井工具不同短接间的无线电能传输，具有重要的意义和应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大功率直流稳压电源，以解决技术中的上述不足之处。以实现智能钻井工具钻进过程中持续、稳定的电能供应。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种大功率直流稳压电源，包括整流模块、主电源模块、辅助电源模块、调控模块、高频逆变模块和稳压输出模块，其中，所述整流模块连接所述主电源模块和所述辅助电源模块，所述辅助电源模块连接所述主电源模块和所述调控模块，所述主电源模块连接所述高频逆变模块，所述高频逆变模块连接所述稳压输出模块。

所述整流模块用于将泥浆涡轮发电机产生的三相交流电能转换为粗直流电能，所述主电源模块用于将所述整流模块输出的粗直流电能转换成稳定的36V/10A直流电能输出，所述辅助电源模块用于将所述整流模块输出的粗直流电能转换成10V/2A的稳定直流电能输出，所述调控模块由所述辅助电源模块提供所需的直流电能，所述调控模块用于对所述主电源模块和所述辅助电源模块进行过压、欠压保护并实现所述主电源模块的负载均衡，所述高频逆变模块的原边绕组和副边绕组分别安装于智能钻井工具的相邻短接上，用于直流电能的无线传输，所述稳压输出模块用于将所述高频逆变模块副边线圈输出的高频交变电能转换为稳定的36V直流电能输出。

上述的大功率直流稳压电源，

所述主电源模块还包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块、第六开关模块、第七开关模块、第八开关模块、第一变压器模块、第二变压器模块、第三变压器模块、第四变压器模块、第五变压器模块、第六变压器模块、第七变压器模块以及第八变压器模块，各开关模块与各变压器模块一一对应成组，其中，所述第一开关模块、所述第一变压器模块和所述第二开关模块、所述第二变压器模块串联连接，所述第三开关模块、所述第三变压器模块和所述第四开关模块、所述第四变压器模块串联连接，所述第五开关模块、所述第五变压器模块和所述第六开关模块、所述第六变压器模块串联连接，所述第七开关模块、所述第七变压器模块和所述第八开关模块、所述第八变压器模块串联连接，所述第一开关模块、所述第一变压器模块、所述第二开关模块、所述第二变压器模块与所述第三开关模块、所述第三变压器模块、所述第四开关模块、所述第四变压器模块与所述第五开关模块、所述第五变压器模块、所述第六开关模块、所述第六变压器模块以及所述第七开关模块、所述第七变压器模块、所述第八开关模块、所述第八变压器模块并联连接。

上述的大功率直流稳压电源，

所述调控模块包括：第一负载均衡模块、第二负载均衡模块、第三负载均衡模块、第四负载均衡模块以及保护模块，所述第一负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中的所述第一开关模块、第一变压器模块和第二开关模块、第二变压器模块的串联输出端，所述第二负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第三开关模块、第三变压器模块和第四开关模块、第四变压器模块的串联输出端，所述第三负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第五开关模块、第五变压器模块和第六开关模块、第六变压器模块的串联输出端，所述第四负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第七开关模块、第七变压器模块和第八开关模块、第八变压器模块的串联输出端，所述第一负载均衡模块、第二负载均衡模块、第三负载均衡模块、第四负载均衡模块的LS端口均相连，所述第一负载均衡模块、第二负载均衡模块、第三负载均衡模块、第四负载均衡模块与所述保护模块连接，所述保护模块与所述主电源模块连接。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，所述整流模块10包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，其中，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极连接，所述第一二极管D1的负极连接所述整流模块10的输出端Vrec，所述第二二极管D2的正极接地，所述第三二极管D3的正极与所述第四二极管D4的负极连接，所述第三二极管D3的负极连接所述整流模块10的输出端Vrec，所述第四二极管D4的正极接地，所述第五二极管D5的正极与所述第六二极管D6的负极连接，所述第五二极管D5的负极连接所述整流模块10的输出端Vrec，所述第六二极管D6的正极接地，泥浆涡轮发电机的三相电能输出端U、V、W分别连接所述第五二极管D5、所述第三二极管D3、所述第一二极管D1的正极。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，所述辅助电源模块30包括电阻R1～R3，电容C1～C3、二极管D7～D8和功率器件Q1，其中，所述功率期间Q1选用IFR450N沟道MOSFET管，所述第七二极管D7选用1N5250B稳压二极管，所述第八二极管D8选用1N5347B稳压二极管，所述第一电容C1一端连接所述整流模块10的输出端Vrec，另一端接地，所述第一电阻R1一端连接所述整流模块10的输出端Vrec，另一端连接所述第二电阻R2，所述第二电阻R2另一端连接所述功率器件Q1的栅极，所述第七二极管D7的正极接地，所述第七二极管D7的负极连接所述功率器件Q1的栅极，所述第三电阻R3一端连接所述功率器件Q1的源极，另一端连接所述第八二极管D8的负极，所述第八二极管D8的正极接地，所述第二电容C2一端连接所述第八二极管D8的负极，一端接地，所述第三电容C3的一端连接所述功率器件Q1的漏极，另一端接地。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，其中，所述主电源模块20中的第一开关模块和第一变压器模块包括第一集成电路U1及其外围电路，第二集成电路U2及其外围电路、第三集成电路U3及其外围电路、第二功率器件Q2和第一变压器T1，其中，所述第一集成电路U1选用REF01+5V参考电压芯片，所述第二集成电路U2选用HV9110脉宽调制芯片，所述第三集成电路U3选用TSC427双电源MOSFET驱动器，所述第二功率器件Q2选用IFR450N沟道MOSFET管，所述第一集成电路U1的NC引脚均悬空设置，所述集成电路U1的VIN引脚连接所述辅助电源模块30输出的+10V直流电能，所述第四电容C4一端连接所述集成电路U1的VIN引脚，另一端接地，所述第一集成电路U1的GND引脚接地，所述第一集成电路U1的TRIM引脚悬空设置，所述第一集成电路U1的VOUT引脚为输出引脚，连接所述第二集成电路U2的VREF引脚，所述第五电容C5的一端连接所述第二集成电路U2的VREF引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的RESET引脚悬空设置，所述第二集成电路U2的SHUTDOWN引脚连接所述调控模块04，低电平有效，所述第二集成电路U2的COMP引脚连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，所述第二集成电路U2的+VIN引脚悬空设置，所述第七电阻R7的一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，另一端连接所述第六电容C6，所述第六电容C6的另一端连接所述第二集成电路U2的COMP引脚，所述第八电阻R8的一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，另一端连接所述调控模块40，所述第九电阻R9一端连接所述主电源模块20的输出电压+18V，另一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，所述第十电阻R10一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的-VIN引脚和DISCHARGE引脚接地，所述第二集成电路U2的BIAS引脚通过所述第五电阻R5接地，所述第二集成电路U2的晶振输入引脚OSC IN引脚通过所述第四电阻R4连接晶振输出引脚OSC OUT，所述第二集成电路U2的VCC引脚连接所述辅助电源模块30输出的+10V直流电能，所述第七电容C7一端连接所述第二集成电路U2的VCC引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的SENSE引脚连接所述第九电容C9的一端，所述第九电容C9的另一端接地，所述第二集成电路U2的OUTPUT引脚为输出引脚，连接所述第三集成电路U3的输入端，所述第三集成电路U3的电源正引脚连接所述辅助电源模块30输出的+10V直流电能，所述第八电容C8的一端连接所述第三集成电路U3的电源正引脚，另一端接地，所述第三集成电路U3的电源负引脚接地，所述第九二极管D9的正极接地，负极连接所述第三集成电路U3的输出端，所述第十一电阻R11的一端连接所述第三集成电路U3的输出端，另一端连接所述第二功率器件Q2的栅极，所述第十二电阻R12的一端连接所述第二功率器件Q2的栅极，另一端接地，所述第十三电阻R13的一端连接所述第二功率器件Q2的源极，另一端连接所述第二集成电路U2的SENSE引脚，所述第十四电阻R14一端连接所述第二功率器件Q2的源极，另一端接地，所述第二功率器件Q2的漏极连接所述第一变压器T1的原边绕组，所述整流模块10的输出端Vrec连接所述第一变压器T1的原边绕组，所述第十电容C10的一端连接整流模块10的输出端Vrec，另一端接地，所述第十二极管D10的正极连接所述第一变压器T1的副边绕组，另一端为所述主电源模块20的输出端，输出稳定的+18V直流电能，所述第十一电容C11一端连接所述第十二极管D10的负极，另一端接地。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，其中，所述调控模块40中的第四负载均衡模块01包括第七集成电路U7及其外围电路、第八集成电路U8及其外围电路、第三功率器件Q3及其外围电路以及第四功率器件Q4及其外围电路，所述第七集成电路U7选用UC1840负载均衡芯片，所述第八集成电路U8选用TPS2412电源控制器芯片，所述第三功率器件Q3选用2N2007MOSFET管，所述第四功率器件Q4选用CSD16403Q5A N沟道功率型MOSFET管，所述第三功率器件Q3的栅极通过第十五电阻R15接地，所述第三功率器件Q3的源极接地，所述第三功率器件Q3的漏极通过所述第十六电阻R16连接所述第七集成电路U7的CS+引脚，所述第十七电阻R17一端连接所述第七集成电路U7的CS+引脚，另一端接地，所述第十八电阻R18一端连接所述第七集成电路U7的CS+引脚，另一端连接所述主电源模块20输出的+18V直流电能，所述第十九电阻R19、第二十电阻R20一端均连接所述主电源模块20输出的+18V直流电能，另一端均连接所述第二十一电阻R21的一端，所述第二十一电阻R21的另一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，第二十二电阻R22和第十二电容C12一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，另一端连接所述第七集成电路U7的CSO引脚，所述第十二电容C12一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，另一端连接所述第七集成电路U7的CSO引脚，所述第七集成电路U7的VDD引脚连接所述第十九电阻R19的一端，所述第十三电容C13的一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，另一端接地，所述第十四电容C14的一端连接所述第七集成电路U7的VDD引脚，另一端接地，所述第七集成电路U7的GND引脚接地，所述第七集成电路U7的ADJ引脚通过所述主电源模块20中的所述第八电阻R8连接所述第二集成电路U2的FB引脚，所述第七集成电路U7的EAO引脚连接所述第十五电容C15的一端，所述第十五引脚C15的另一端通过所述第二十三电阻R23接地，所述第七集成电路U7的LS引脚为所述第四负载均衡模块01～404的公共引脚，所述第四负载均衡模块01～404的各LS引脚连接，所述第七集成电路U7的ADJ引脚连接所述第四功率器件Q4的源极，所述第四功率器件Q4的源极连接所述第八集成电路U8的A引脚，所述第四功率器件Q4的栅极连接所述第八集成电路U8的GATE引脚，所述第四功率器件Q4的漏极连接所述第八集成电路U8的C引脚，所述第八集成电路的BYP引脚连接所述第十七电容C17的一端，所述第十七电容C17的另一端连接第二十四电阻R24的一端，所述第二十四电阻R24的另一端连接所述第四功率器件Q4的源极，所述第十六电容C16的一端连接所述第二十四电阻R24的一端，另一端接地，所述第八集成电路U8的RSET引脚通过所述第二十五电阻R25接地，所述第八集成电路U8的RSVD引脚和GND引脚接地，所述第八集成电路U8的C引脚连接所述第十八电容C18和所述第二十六电阻R26的一端，所述第十八电容C18和所述第二十六电阻R26的另一端接地。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，其中，所述调控模块40中的保护模块405包括第九集成电路U9及其外围电路、第十集成电路U10及其外围电路、第十一集成电路U11及其外围电路，所述第九集成电路U9、所述第十集成电路U10和所述第十一集成电路U11均选用OP07运算放大器，所述第二十七电阻R27一端连接所述整流模块10的输出端Vrec，另一端同时连接所述第九集成电路U9的同相输入端和所述第十集成电路的反相输入端，所述第二十八电阻R28一端同时连接所述第九集成电路U9的同相输入端和所述第十集成电路的反相输入端，另一端接地，所述第九集成电路U9的反相输入端为设定的欠压保护阈值电压VL，所述第十集成电路U10的同相输入端为设定的过压保护阈值电压VH，所述第十一集成电路U11的同相输入端为设定的负载过载阈值电压VOL，所述第十一集成电路U11的反相输入端连接大功率负载，所述第二十九电阻R29一端连接所述第十一集成电路U11的反相输入端，另一端接地，所述第九集成电路U9、所述第十集成电路U10、所述第十一集成电路U11的输出端相连，连接所述主电源模块20中所述第二集成电路U2的SHUTDOWN引脚，所述第三十电阻R30一端连接所述第九集成电路U9的输出端，一端连接所述辅助电源模块的+10V直流电能输出端。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，其中，所述高频逆变模块50包括第五功率器件Q5～第八功率器件Q8，第十一二极管D11～第十四二极管D14和第二变压器T2，其中，所述第五功率器件Q5至所述第八功率器件Q8组成高频逆变电路，均选用IRF320MOSFET管，所述第五功率器件Q5至所述第八功率器件Q8的栅极均连接SG3525PWM控制芯片，所述第五功率器件Q5和所述第七功率器件Q7的漏极、所述第十一二极管D11和所述第十三二极管D13的负极均连接所述主电源模块20的输出端，所述第五功率器件Q5的源极、所述第十一二极管D11的正极和所述第十二二极管D12的负极均连接所述第六功率器件Q6的漏极，所述第六功率器件Q6和所述第八功率器件Q8的源极、所述第十二二极管D12和所述第十四二极管D14的正极均接地，所述第七功率器件Q7的源极、所述第十三二极管D13的正极、所述第十四二极管D14的负极均连接所述第八功率器件Q8的漏极，所述第六功率器件Q6的漏极和所述第八功率器件Q8的漏极分别连接所述变压器T2原边绕组的两端。

一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，其中，所述稳压输出模块60包括第十五二极管D15～第十八二极管D18、第十九电容C19和第二十电容C20，其中，所述第十九电容C19和所述第十八二极管D18的负极分别连接所述变压器T2副边绕组的两端，所述第十九电容C19的负极同时连接所述第十五二极管D15的正极和所述第十六二极管D16的负极，所述第十五二极管D15的负极为所述稳压输出模块60的输出端，输出稳定的36V/10A直流电能，所述第二十电容C20一端连接所述第十五二极管D15的负极，另一端同时连接所述第十八二极管D18和所述第十六二极管D16的正极，所述第十七二极管D17的负极连接所述第十五二极管D15的负极。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)通过采用开关模块串并联的方式，解决单一开关电源模块输出功率不足问题，实现了300W以上大功率电源的设计。

(2)通过设计负载均衡电路和保护电路，通过负载均衡电路对四路36V/2.5A并联电源进行调节，使各路电源均匀承载，通过设置过压、欠压和负载保护电路，实现智能钻井工具在井下工作时的安全和稳定。

(3)通过设计高频逆变模块和稳压输出模块，实现智能钻井工具短接之间电能的无线传输，提高了短接间电能传输的安全性、稳定性，简化了短接安装步骤，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源结构框图。

图2为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源主电源模块结构框图。

图3为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源调控模块结构框图。

图4为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源整流模块电路图。

图5为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源辅助电源模块电路图。

图6为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源主电源模块电路图。

图7为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源负载均衡模块电路图。

图8为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源保护模块电路图。

图9为本实用新型实施例所述一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源高频逆变模块和稳压输出模块电路图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种用于智能钻井工具的大功率直流稳压电源，包括整流模块10、主电源模块20、辅助电源模块30、调控模块40、高频逆变模块50和稳压输出模块60。其中，所述整流模块10连接所述主电源模块20和所述辅助电源模块30，所述辅助电源模块30连接所述主电源模块20和所述调控模块40，所述主电源模块20连接所述高频逆变模块50，所述高频逆变模块50连接所述稳压输出模块60。所述整流模块10用于将泥浆涡轮发电机产生的三相交流电能转换为粗直流电能，所述主电源模块20用于将所述整流模块10输出的粗直流电能转换成稳定的36V/10A直流电能输出，所述辅助电源模块30用于将所述整流模块10输出的粗直流电能转换成10V/2A的稳定直流电能输出，所述调控模块40由所述辅助电源模块30提供所需的直流电能，所述调控模块40用于对所述主电源模块20和所述辅助电源模块进行过压、欠压保护并实现所述主电源模块20的负载均衡，所述高频逆变模块50中变压器的原边绕组和副边绕组分别安装于智能钻井工具的相邻短接上，用于直流电能的无线传输，所述稳压输出模块60用于将所述高频逆变模块50副边线圈输出的高频交变电能转换为稳定的36V直流电能输出。

如图2所示为主电源模块结构框图，所述主电源模块包括所述第一开关模块～第八开关模块，所述第一变压器模块～第八变压器模块，每个开关模块和变压器模块作为一组，采用相同的电路结构，其中，所述第一开关模块～第八开关模块分别与所述所述第一变压器模块～第八变压器模块连接，所述第一开关模块、所述第一变压器模块和所述第二开关模块、所述第二变压器模块串联连接，所述第三开关模块、所述第三变压器模块和所述第四开关模块、所述第四变压器模块串联连接，所述第五开关模块、所述第五变压器模块和所述第六开关模块、所述第六变压器模块串联连接，所述第七开关模块、所述第七变压器模块和所述第八开关模块、所述第八变压器模块串联连接，所述第一开关模块、所述第一变压器模块、所述第二开关模块、所述第二变压器模块与所述第三开关模块、所述第三变压器模块、所述第四开关模块、所述第四变压器模块与所述第五开关模块、所述第五变压器模块、所述第六开关模块、所述第六变压器模块以及所述第七开关模块、所述第七变压器模块、所述第八开关模块、所述第八变压器模块并联连接。

如图3所示为调控模块结构框图，所述调控模块40包括：第一负载均衡模块～第四负载均衡模块和保护模块5，所述第一负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第一开关模块、第一变压器模块和第二开关模块、第二变压器模块的串联输出端，所述第二负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第三开关模块、第三变压器模块和第四开关模块、第四变压器模块的串联输出端，所述第三负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第五开关模块、第五变压器模块和第六开关模块、第六变压器模块的串联输出端，所述第四负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第七开关模块、第七变压器模块和第八开关模块、第八变压器模块的串联输出端，所述第一负载均衡模块～第四负载均衡模块的LS端口均相连，所述第一负载均衡模块～第四负载均衡模块与所述保护模块连接，所述保护模块与所述主电源模块20连接。

如图4所示，所述整流模块10包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，其中，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极连接，所述第一二极管D1的负极连接所述整流模块10的输出端Vrec，所述第二二极管D2的正极接地，所述第三二极管D3的正极与所述第四二极管D4的负极连接，所述第三二极管D3的负极连接所述整流模块10的输出端Vrec，所述第四二极管D4的正极接地，所述第五二极管D5的正极与所述第六二极管D6的负极连接，所述第五二极管D5的负极连接所述整流模块10的输出端Vrec，所述第六二极管D4的正极接地，泥浆涡轮发电机的三相电能输出端U、V、W分别连接所述第五二极管D5、所述第三二极管D3、所述第一二极管D1的正极。

如图5所示，所述辅助电源模块30包括电阻R1～R3，电容C1～C3、二极管D7～D8和功率器件Q1，其中，所述功率期间Q1选用IFR450N沟道MOSFET管，所述第七二极管D7选用1N5250B稳压二极管，所述第八二极管D8选用1N5347B稳压二极管，所述第一电容C1一端连接所述整流模块10的输出端Vrec，另一端接地，所述第一电阻R1一端连接所述整流模块10的输出端Vrec，另一端连接所述第二电阻R2，所述第二电阻R2另一端连接所述功率器件Q1的栅极，所述第七二极管D7的正极接地，所述第七二极管D7的负极连接所述功率器件Q1的栅极，所述第三电阻R3一端连接所述功率器件Q1的源极，另一端连接所述第八二极管D8的负极，所述第八二极管D8的正极接地，所述第二电容C2一端连接所述第八二极管D8的负极，一端接地，所述第三电容C3的一端连接所述功率器件Q1的漏极，另一端接地。

如图6所示，其中，所述主电源模块20中的第一开关模块和第一变压器模块包括第一集成电路U1及其外围电路，第二集成电路U2及其外围电路、第三集成电路U3及其外围电路、第二功率器件Q2和第一变压器T1，其中，所述第一集成电路U1选用REF01+5V参考电压芯片，所述第二集成电路U2选用HV9110脉宽调制芯片，所述第三集成电路U3选用TSC427双电源MOSFET驱动器，所述第二功率器件Q2选用IFR450N沟道MOSFET管，所述第一集成电路U1的NC引脚均悬空设置，所述集成电路U1的VIN引脚连接所述辅助电源模块30输出的+10V直流电能，所述第四电容C4一端连接所述集成电路U1的VIN引脚，另一端接地，所述第一集成电路U1的GND引脚接地，所述第一集成电路U1的TRIM引脚悬空设置，所述第一集成电路U1的VOUT引脚为输出引脚，连接所述第二集成电路U2的VREF引脚，所述第五电容C5的一端连接所述第二集成电路U2的VREF引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的RESET引脚悬空设置，所述第二集成电路U2的SHUTDOWN引脚连接所述调控模块04，低电平有效，所述第二集成电路U2的COMP引脚连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，所述第二集成电路U2的+VIN引脚悬空设置，所述第七电阻R7的一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，另一端连接所述第六电容C6，所述第六电容C6的另一端连接所述第二集成电路U2的COMP引脚，所述第八电阻R8的一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，另一端连接所述调控模块40，所述第九电阻R9一端连接所述主电源模块20的输出电压+18V，另一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，所述第十电阻R10一端连接所述第二集成电路U2的FB引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的-VIN引脚和DISCHARGE引脚接地，所述第二集成电路U2的BIAS引脚通过所述第五电阻R5接地，所述第二集成电路U2的晶振输入引脚OSC IN引脚通过所述第四电阻R4连接晶振输出引脚OSC OUT，所述第二集成电路U2的VCC引脚连接所述辅助电源模块30输出的+10V直流电能，所述第七电容C7一端连接所述第二集成电路U2的VCC引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的SENSE引脚连接所述第九电容C9的一端，所述第九电容C9的另一端接地，所述第二集成电路U2的OUTPUT引脚为输出引脚，连接所述第三集成电路U3的输入端，所述第三集成电路U3的电源正引脚连接所述辅助电源模块30输出的+10V直流电能，所述第八电容C8的一端连接所述第三集成电路U3的电源正引脚，另一端接地，所述第三集成电路U3的电源负引脚接地，所述第九二极管D9的正极接地，负极连接所述第三集成电路U3的输出端，所述第十一电阻R11的一端连接所述第三集成电路U3的输出端，另一端连接所述第二功率器件Q2的栅极，所述第十二电阻R12的一端连接所述第二功率器件Q2的栅极，另一端接地，所述第十三电阻R13的一端连接所述第二功率器件Q2的源极，另一端连接所述第二集成电路U2的SENSE引脚，所述第十四电阻R14一端连接所述第二功率器件Q2的源极，另一端接地，所述第二功率器件Q2的漏极连接所述第一变压器T1的原边绕组，所述整流模块10的输出端Vrec连接所述第一变压器T1的原边绕组，所述第十电容C10的一端连接整流模块10的输出端Vrec，另一端接地，所述第十二极管D10的正极连接所述第一变压器T1的副边绕组，另一端为所述主电源模块20的输出端，输出稳定的+18V直流电能，所述第十一电容C11一端连接所述第十二极管D10的负极，另一端接地。

如图7所示，其中，所述调控模块40中的第四负载均衡模块01包括第七集成电路U7及其外围电路、第八集成电路U8及其外围电路、第三功率器件Q3及其外围电路以及第四功率器件Q4及其外围电路，所述第七集成电路U7选用UC1840负载均衡芯片，所述第八集成电路U8选用TPS2412电源控制器芯片，所述第三功率器件Q3选用2N2007MOSFET管，所述第四功率器件Q4选用CSD16403Q5A N沟道功率型MOSFET管，所述第三功率器件Q3的栅极通过第十五电阻R15接地，所述第三功率器件Q3的源极接地，所述第三功率器件Q3的漏极通过所述第十六电阻R16连接所述第七集成电路U7的CS+引脚，所述第十七电阻R17一端连接所述第七集成电路U7的CS+引脚，另一端接地，所述第十八电阻R18一端连接所述第七集成电路U7的CS+引脚，另一端连接所述主电源模块20输出的+18V直流电能，所述第十九电阻R19、第二十电阻R20一端均连接所述主电源模块20输出的+18V直流电能，另一端均连接所述第二十一电阻R21的一端，所述第二十一电阻R21的另一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，第二十二电阻R22和第十二电容C12一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，另一端连接所述第七集成电路U7的CSO引脚，所述第十二电容C12一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，另一端连接所述第七集成电路U7的CSO引脚，所述第七集成电路U7的VDD引脚连接所述第十九电阻R19的一端，所述第十三电容C13的一端连接所述第七集成电路U7的CS-引脚，另一端接地，所述第十四电容C14的一端连接所述第七集成电路U7的VDD引脚，另一端接地，所述第七集成电路U7的GND引脚接地，所述第七集成电路U7的ADJ引脚通过所述主电源模块20中的所述第八电阻R8连接所述第二集成电路U2的FB引脚，所述第七集成电路U7的EAO引脚连接所述第十五电容C15的一端，所述第十五引脚C15的另一端通过所述第二十三电阻R23接地，所述第七集成电路U7的LS引脚为所述第四负载均衡模块01～404的公共引脚，所述第四负载均衡模块01～404的各LS引脚连接，所述第七集成电路U7的ADJ引脚连接所述第四功率器件Q4的源极，所述第四功率器件Q4的源极连接所述第八集成电路U8的A引脚，所述第四功率器件Q4的栅极连接所述第八集成电路U8的GATE引脚，所述第四功率器件Q4的漏极连接所述第八集成电路U8的C引脚，所述第八集成电路的BYP引脚连接所述第十七电容C17的一端，所述第十七电容C17的另一端连接第二十四电阻R24的一端，所述第二十四电阻R24的另一端连接所述第四功率器件Q4的源极，所述第十六电容C16的一端连接所述第二十四电阻R24的一端，另一端接地，所述第八集成电路U8的RSET引脚通过所述第二十五电阻R25接地，所述第八集成电路U8的RSVD引脚和GND引脚接地，所述第八集成电路U8的C引脚连接所述第十八电容C18和所述第二十六电阻R26的一端，所述第十八电容C18和所述第二十六电阻R26的另一端接地。

如图8所示，其中，所述调控模块40中的保护模块405包括第九集成电路U9及其外围电路、第十集成电路U10及其外围电路、第十一集成电路U11及其外围电路，所述第九集成电路U9、所述第十集成电路U10和所述第十一集成电路U11均选用OP07运算放大器，所述第二十七电阻R27一端连接所述整流模块10的输出端Vrec，另一端同时连接所述第九集成电路U9的同相输入端和所述第十集成电路的反相输入端，所述第二十八电阻R28一端同时连接所述第九集成电路U9的同相输入端和所述第十集成电路的反相输入端，另一端接地，所述第九集成电路U9的反相输入端为设定的欠压保护阈值电压VL，所述第十集成电路U10的同相输入端为设定的过压保护阈值电压VH，所述第十一集成电路U11的同相输入端为设定的负载过载阈值电压VOL，所述第十一集成电路U11的反相输入端连接大功率负载，所述第二十九电阻R29一端连接所述第十一集成电路U11的反相输入端，另一端接地，所述第九集成电路U9、所述第十集成电路U10、所述第十一集成电路U11的输出端相连，连接所述主电源模块20中所述第二集成电路U2的SHUTDOWN引脚，所述第三十电阻R30一端连接所述第九集成电路U9的输出端，一端连接所述辅助电源模块的+10V直流电能输出端。

如图9所示，其中，所述高频逆变模块50包括第五功率器件Q5～第八功率器件Q8，第十一二极管D11～第十四二极管D14和第二变压器T2，其中，所述第五功率器件Q5至所述第八功率器件Q8组成高频逆变电路，均选用IRF320MOSFET管，所述第五功率器件Q5至所述第八功率器件Q8的栅极均连接SG3525PWM控制芯片，所述第五功率器件Q5和所述第七功率器件Q7的漏极、所述第十一二极管D11和所述第十三二极管D13的负极均连接所述主电源模块20的输出端，所述第五功率器件Q5的源极、所述第十一二极管D11的正极和所述第十二二极管D12的负极均连接所述第六功率器件Q6的漏极，所述第六功率器件Q6和所述第八功率器件Q8的源极、所述第十二二极管D12和所述第十四二极管D14的正极均接地，所述第七功率器件Q7的源极、所述第十三二极管D13的正极、所述第十四二极管D14的负极均连接所述第八功率器件Q8的漏极，所述第六功率器件Q6的漏极和所述第八功率器件Q8的漏极分别连接所述变压器T2原边绕组的两端。所述稳压输出模块60包括第十五二极管D15～第十八二极管D18、第十九电容C19和第二十电容C20，其中，所述第十九电容C19和所述第十八二极管D18的负极分别连接所述变压器T2副边绕组的两端，所述第十九电容C19的负极同时连接所述第十五二极管D15的正极和所述第十六二极管D16的负极，所述第十五二极管D15的负极为所述稳压输出模块60的输出端，输出稳定的36V/10A直流电能，所述第二十电容C20一端连接所述第十五二极管D15的负极，另一端同时连接所述第十八二极管D18和所述第十六二极管D16的正极，所述第十七二极管D17的负极连接所述第十五二极管D15的负极。

本实用新型智能钻井工具钻进的时候，钻井液冲刷泥浆涡轮发电机的转子，泥浆涡轮发电机产生三相低频交流电能，由整流模块10将三相低频交流电能转换成粗直流电能输出至主电源模块20和辅助电源模块30中，辅助电源模块30将整流模块10输出的粗直流电能转换成10V/2A的稳定直流电能，用于供给主电源模块20和调控模块40，主电源模块20采用串并联开关电源结构，将整流模块10输出的粗直流电能转换成36V/10A的稳定直流电能，高频逆变模块50实现智能钻井工具相邻两短接之间的无线电能传输，由稳压输出模块60对无线传输后的直流电能进行整形后供给智能钻井工具的其它用电负载完成测量、控制和驱动功能，调控模块40完成主电源模块20中各开关模块的负载均衡并对过压、欠压、过载情况进行保护，从而实现了300W大功率电源的设计，提高了智能钻井工具井下工作的安全性、稳定性。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (3)

1.一种大功率直流稳压电源，其特征在于，包括整流模块(10)、主电源模块(20)、辅助电源模块(30)、调控模块(40)、高频逆变模块(50)和稳压输出模块(60)，其中，所述整流模块(10)连接所述主电源模块(20)和所述辅助电源模块(30)，所述辅助电源模块(30)连接所述主电源模块(20)和所述调控模块(40)，所述主电源模块(20)连接所述高频逆变模块(50)，所述高频逆变模块(50)连接所述稳压输出模块(60)。

2.根据权利要求1所述的大功率直流稳压电源，其特征在于，

所述主电源模块(20)还包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块、第六开关模块、第七开关模块、第八开关模块、第一变压器模块、第二变压器模块、第三变压器模块、第四变压器模块、第五变压器模块、第六变压器模块、第七变压器模块以及第八变压器模块，各开关模块与各变压器模块一一对应成组，其中，所述第一开关模块、所述第一变压器模块和所述第二开关模块、所述第二变压器模块串联连接，所述第三开关模块、所述第三变压器模块和所述第四开关模块、所述第四变压器模块串联连接，所述第五开关模块、所述第五变压器模块和所述第六开关模块、所述第六变压器模块串联连接，所述第七开关模块、所述第七变压器模块和所述第八开关模块、所述第八变压器模块串联连接，所述第一开关模块、所述第一变压器模块、所述第二开关模块、所述第二变压器模块与所述第三开关模块、所述第三变压器模块、所述第四开关模块、所述第四变压器模块与所述第五开关模块、所述第五变压器模块、所述第六开关模块、所述第六变压器模块以及所述第七开关模块、所述第七变压器模块、所述第八开关模块、所述第八变压器模块并联连接。

3.根据权利要求2所述的大功率直流稳压电源，其特征在于，

所述调控模块(40)包括：第一负载均衡模块、第二负载均衡模块、第三负载均衡模块、第四负载均衡模块以及保护模块(405)，所述第一负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中的所述第一开关模块、第一变压器模块和第二开关模块、第二变压器模块的串联输出端，所述第二负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第三开关模块、第三变压器模块和第四开关模块、第四变压器模块的串联输出端，所述第三负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第五开关模块、第五变压器模块和第六开关模块、第六变压器模块的串联输出端，所述第四负载均衡模块的输入端连接所述主电源模块中所述第七开关模块、第七变压器模块和第八开关模块、第八变压器模块的串联输出端，所述第一负载均衡模块、第二负载均衡模块、第三负载均衡模块、第四负载均衡模块的LS端口均相连，所述第一负载均衡模块、第二负载均衡模块、第三负载均衡模块、第四负载均衡模块与所述保护模块(405)连接，所述保护模块(405)与所述主电源模块(20)连接。

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