CN218301258U - 一种电机驱动系统及测井仪器推靠系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机驱动系统和测井仪器推靠系统，涉及电机领域，用于实现电机的驱动，该电机驱动系统包括：驱动电路，保护电路和控制器，其中驱动电路的第一开关管导通时，控制器可向驱动电路发出信号以使驱动电路为电机供电从而驱动电机，此时保护电路实现对驱动电路的过流保护，当比较采样电阻的采样电压超过参考电压时控制第一开关管关断，从而避免电机过流损坏。

Description

一种电机驱动系统及测井仪器推靠系统

技术领域

本实用新型涉及电机领域，特别涉及一种电机驱动系统及测井仪器推靠系统。

背景技术

在油气勘探开发过程中，测井仪器需要可靠的推靠系统。近年来，随着钻井技术的发展，深井、超深井的普及，井眼尺寸越来越小，环境温度越来越高，对于推靠系统的可靠性提出了更高的要求。

常规推靠系统主要包括驱动电路、电机、传动系统和推靠臂，由于环境空间和高温的限制，针对电机的保护措施较少，主要依靠人工监测供电电流进行电机保护，电机损坏的几率较大。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可靠性较高、对电机进行保护的电机驱动系统及测井仪器推靠系统。其具体方案如下：

一种电机驱动系统，包括：驱动电路，保护电路和控制器，其中：

所述驱动电路包括第一开关模块和第二开关模块，所述第一开关模块包括采样电阻和第一开关管，所述采样电阻的第一端与主电源连接，所述采样电阻的第二端与所述第一开关管的第一端连接；

所述第二开关模块的电源端与所述第一开关管的第二端连接，所述第二开关模块的第一输入端和第二输入端分别与所述控制器的第一输出端和第二输出端连接，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端分别连接电机的两个供电端；

所述保护电路的第一输入端和第二输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述保护电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述保护电路用于比较所述采样电阻的采样电压与参考电压的大小并在所述采样电压不大于所述参考电压时控制所述第一开关管导通；

所述控制器的第一输出端和第二输出端分别与所述第二开关模块的第一输入端和第二输入端连接，所述控制器用于根据用户指令通过所述控制器的第一输出端和所述第二输出端分别输出两个不同电平的信号以驱动所述电机。

优选的，所述保护电路包括电流-电压转换器、比较器和第二开关管，其中：

所述电流-电压转换器的第一输入端和第二输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述电流-电压转换器的输出端与所述比较器的反相输入端连接；

所述比较器的同相输入端接收所述参考电压，所述比较器的输出端与所述第二开关管的控制端连接；

所述第二开关管的第一端连接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的第二端接地。

优选的，所述保护电路还包括第一保护电阻、和/或第一保护电容、和/ 或第二保护电阻，其中：

所述电流-电压转换器的输出端通过所述第一保护电阻与所述比较器的反相输入端连接；

和/或，所述第一保护电容连接于所述比较器的输出端与所述比较器的反相输入端之间；

和/或，所述第二开关管的第一端通过所述第二保护电阻与所述第一开关管的控制端连接。

优选的，所述保护电路还包括参考电压调节单元，所述参考电压调节单元的输入端接收控制指令，输出端与所述比较器的同相输入端连接，所述参考电压调节单元用于根据所述控制指令向所述比较器的同相输入端输出所述参考电压。

优选的，所述参考电压调节单元具体为多输入单输出的电阻矩阵，所述电阻矩阵的多个输入端口分别接受所述控制指令，并根据所述控制指令接入或断开所述电阻矩阵中对应的电阻。

优选的，所述第二开关模块包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电阻单元和第二电阻单元，其中：

所述第四开关管的第一端与所述第七开关管的第一端连接后的公共端作为所述第二开关模块的电源端；

所述第四开关管的控制端通过所述第一电阻单元与所述电源端连接，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第一输出端；

所述第三开关管的第一端通过所述第一电阻单元与所述电源端连接；

所述第三开关管的控制端与所述第八开关管的控制端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第一输入端；

所述第五开关管的控制端与所述第六开关管的控制端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第二输入端；

所述第六开关管的第一端通过所述第二电阻单元与所述电源端连接；

所述第七开关管的控制端通过所述第二电阻单元与所述电源端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第二输出端；

所述第三开关管的第二端、所述第五开关管的第二端、所述第六开关管的第二端和所述第八开关管的第二端均接地。

优选的，所述第一电阻单元包括串联于所述电源端和所述第三开关管的第一端之间的第一驱动电阻和第二驱动电阻，所述第一驱动电阻和所述第二驱动电阻连接的公共端与所述第四开关管的控制端连接；

所述第二电阻单元包括串联于所述电源端和所述第六开关管的第一端之间的第三驱动电阻和第四驱动电阻，所述第三驱动电阻和所述第四驱动电阻连接的公共端与所述第七开关管的控制端连接。

优选的，所述第二开关模块还包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，其中：

所述第一稳压二极管的阴极和所述第二稳压二极管的阴极均连接所述电源端；

所述第一稳压二极管的阳极连接所述第四开关管的控制端；

所述第二稳压二极管的阳极连接所述第七开关管的控制端。

优选的，所述第一开关模块还包括第三稳压二极管、电压跟随器、第一匹配电阻和第二匹配电阻，其中：

所述第三稳压二极管的阴极连接所述主电源，所述第三稳压二极管的阳极连接所述电压跟随器的反相输入端；

所述第一匹配电阻与所述第三稳压二极管并联；

所述电压跟随器的同相输入端与所述电压跟随器的输出端连接，并通过所述第二匹配电阻与所述第一开关管的控制端连接。

相应的，本申请还公开了一种测井仪器推靠系统，包括：

如上文任一项所述的电机驱动系统；

与所述电机驱动系统连接的电机。

本申请公开了一种电机驱动系统，包括：驱动电路，保护电路和控制器，其中驱动电路的第一开关管导通时，控制器可向驱动电路发出信号以使驱动电路为电机供电从而驱动电机，此时保护电路实现对驱动电路的过流保护，当比较采样电阻的采样电压超过参考电压时控制第一开关管关断，从而避免电机过流损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中一种电机驱动系统的结构分布图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种电机驱动系统，参见图1所示，包括：驱动电路，保护电路B和控制器，其中：

驱动电路包括第一开关模块A01和第二开关模块A02，第一开关模块A01 包括采样电阻R01和第一开关管Q1，采样电阻R01的第一端与主电源ADC连接，采样电阻R01的第二端与第一开关管Q1的第一端连接；

第二开关模块A02的电源端与第一开关管Q1的第二端连接，第二开关模块A02的第一输入端和第二输入端分别与控制器的第一输出端和第二输出端连接，第二开关模块A02的第一输出端和第二输出端分别连接电机motor的两个供电端；

保护电路B的第一输入端和第二输入端分别连接采样电阻R01的两端，保护电路B的输出端连接第一开关管Q1的控制端，保护电路B用于比较采样电阻 R01的采样电压与参考电压的大小并在采样电压不大于参考电压时控制第一开关管Q1导通；

控制器的第一输出端和第二输出端分别与第二开关模块A02的第一输入端和第二输入端连接，控制器用于根据用户指令通过控制器的第一输出端和第二输出端分别输出两个不同电平的信号以驱动电机motor。

可以理解的是，驱动电路中采样电阻R01的采样电压决定了第一开关管Q1 是否导通，当其采样电压不大于参考电压，第一开关管Q1导通，为电机motor 驱动提供电源，控制器向第二开关模块A02发出两个不同电平的信号，使得第二开关模块A02形成主电源ADC到电机motor到接地端之间的通路，从而驱动电机motor。当电机motor为堵转状态，通过电机motor的电流增大，该电流相应通过采样电阻R01，从而采样电阻R01的采样电压升高，当该采样电压大于参考电压时，第一开关管Q1关断，第二开关单元A02失去电源，电机motor停转，从而实现对电机motor的过流保护。其中第一开关管Q1通常选择为PMOS 管。

在一些具体的实施例中，保护电路B包括电流-电压转换器U1、比较器U2 和第二开关管Q2，其中：

电流-电压转换器U1的第一输入端和第二输入端分别连接采样电阻R01的两端，电流-电压转换器U1的输出端与比较器U2的反相输入端连接；

比较器U2的同相输入端接收参考电压，比较器U2的输出端与第二开关管 Q2的控制端连接；

第二开关管Q2的第一端连接第一开关管Q1的控制端，第二开关管Q2的第二端接地。

在一些具体的实施例中，保护电路B还包括第一保护电阻R11、和/或第一保护电容C11、和/或第二保护电阻R12，其中：

电流-电压转换器U1的输出端通过第一保护电阻R11与比较器U2的反相输入端连接；

和/或，第一保护电容C11连接于比较器U2的输出端与比较器U2的反相输入端之间；

和/或，第二开关管Q2的第一端通过第二保护电阻R12与第一开关管Q1的控制端连接。

在一些具体的实施例中，保护电路B还包括参考电压调节单元B01，参考电压调节单元B01的输入端接收控制指令，输出端与比较器U2的同相输入端连接，参考电压调节单元B01用于根据控制指令向比较器U2的同相输入端输出参考电压。

在一些具体的实施例中，参考电压调节单元B01具体为多输入单输出的电阻矩阵，电阻矩阵的多个输入端口分别接受控制指令，并根据控制指令接入或断开电阻矩阵中对应的电阻。

可以理解的是，保护电路B的主要作用是获取采样电阻R01的采样电压并将其与参考电压比较，从而控制第一开关管Q1导通或关断。根据电机过流情况的设定需求，参考电压可相应进行调整，也即调整参考电压调节单元B01 连接到比较器U2的同相输入端的参考电压的值，例如图1所示的四输入单输出的电阻矩阵，包括如图1中连接关系的电阻R1-RX1，其中四个输入端口分别为 set1-set4，可接入不同电平的控制指令，从而根据控制指令接入或断开电阻矩阵中对应的电阻，最后输出一个参考电压，为了提高参考电压的稳定程度，可在电阻矩阵的输出端增加一个接地电容C1进行滤波。

可以理解的是，此处控制指令一般由控制器发出，也即该参考电压调节单元B01的输入端与控制器连接。当然，除了图1所示的电阻矩阵外，也可以选择其他结构的电阻矩阵来实现本实施例中参考电压调节单元B01的效果，还可以通过非电阻矩阵的其他电路结构来实现参考电压调节单元B01，具体的电路结构可根据实际需求进行设计，此处不作限制。

可以理解的是，保护电路B还可将采样电压与参考电压的比较结果发送给控制器，以提醒控制器不要驱动电机motor，此时比较器U2的输出端与控制器的信号接收端limit连接，连接时可串联一个电阻R13，使得比较器U2输出一个电流状态信号给控制器，当该电流状态信号为采样电压大于参考电压，控制器收到对应的电流状态信号后停止向第二开关模块A02发送高电平信号，控制器的第一输出端和第二输出端均为低电平，第二开关模块A02停止为电机 motor供电。

可以理解的是，第二开关模块A02包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第一电阻单元和第二电阻单元，其中：

第四开关管Q4的第一端与第七开关管Q7的第一端连接后的公共端作为第二开关模块A02的电源端；

第四开关管Q4的控制端通过第一电阻单元与电源端连接，第四开关管Q4 的第二端与第五开关管Q5的第一端连接后的公共端作为第二开关模块A02的第一输出端；

第三开关管Q3的第一端通过第一电阻单元与电源端连接；

第三开关管Q3的控制端与第八开关管Q8的控制端连接后的公共端作为第二开关模块A02的第一输入端motoctrl+；

第五开关管Q5的控制端与第六开关管Q6的控制端连接后的公共端作为第二开关模块A02的第二输入端motoctrl-；

第六开关管Q6的第一端通过第二电阻单元与电源端连接；

第七开关管Q7的控制端通过第二电阻单元与电源端连接，第七开关管Q7 的第二端与第八开关管Q8的第一端连接后的公共端作为第二开关模块A02的第二输出端；

第三开关管Q3的第二端、第五开关管Q5的第二端、第六开关管Q6的第二端和第八开关管Q8的第二端均接地。

可以理解的是，根据第二开关模块A02中连接关系，当控制器输出不同电平的信号，如第一输入端motoctrl+为高、第二输入端motoctrl-为低时，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第八开关管Q8导通，第五开关管Q5、第六开关管 Q6和第七开关管Q7不导通，从而电机motor开始转动另一种情况下，即第一输入端motoctrl+为低、第二输入端motoctrl-为高时，第三开关管Q3、第四开关管 Q4和第八开关管Q8不导通，第五开关管Q5、第六开关管Q6和第七开关管Q7 导通，从而电机motor按另一个方向转动。当电机motor在一个方向打开或关闭到最大程度时，会出现电机motor，此时通过电机motor的电流增大，从而触发保护电路B。

可以理解的是，第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8通常选择功率MOS管，其中第四开关管Q4和第七开关管Q7为PMOS管，其余根据需求设定，通常为NMOS管。

进一步的，第一电阻单元包括串联于电源端和第三开关管Q的第一端之间的第一驱动电阻R21和第二驱动电阻R22，第一驱动电阻R21和第二驱动电阻 R22连接的公共端与第四开关管Q4的控制端连接；

第二电阻单元包括串联于电源端和第六开关管Q6的第一端之间的第三驱动电阻R23和第四驱动电阻R24，第三驱动电阻R23和第四驱动电阻R24连接的公共端与第七开关管Q7的控制端连接。

进一步的，第二开关模块A02还包括第一稳压二极管CR1和第二稳压二极管CR2，其中：

第一稳压二极管CR1的阴极和第二稳压二极管CR2的阴极均连接电源端；

第一稳压二极管CR1的阳极连接第四开关管Q4的控制端；

第二稳压二极管CR2的阳极连接第七开关管Q7的控制端。

可以理解的是，第一稳压二极管CR1和第二稳压二极管CR2为第二开关模块A02提供了放电保护。

在一些具体的实施例中，第一开关模块A01还包括第三稳压二极管CR3、电压跟随器U3、第一匹配电阻R31和第二匹配电阻R32，其中：

第三稳压二极管CR3的阴极连接主电源ADC，第三稳压二极管CR3的阳极连接电压跟随器U3的反相输入端；

第一匹配电阻R31与第三稳压二极管CR3并联；

电压跟随器U3的同相输入端与电压跟随器U3的输出端连接，并通过第二匹配电阻R32与第一开关管Q1的控制端连接。

其中，电压跟随器U3一般通过一个运算放大器实现，运算放大器与其他电阻的连接关系实现了电压跟随的效果。

可以理解的是，本实施例的图1中省略了对于电流-电压转换器U1、比较器U2和电压跟随器U3的供电电源部分的描述，具体的供电电源连接关系可根据实际情况进行设置，此处不作限制。

具体的，电机驱动系统上电后，控制器默认向第二开关模块A02输出两个低电平的信号，此时第二开关模块A02的开关管均不导通，使得采样电阻R01 的电压基本为零，使得比较器U2的反相输入端的采样电压小于同相输入端的参考电压，比较器U2输出高电平，第二开关管Q2导通；第二开关管Q2导通状态下，会使得电压跟随器U3的同相输入端电压低于主电源电压，第一开关管 Q1导通；如果控制器不调整向第二开关模块A02的输出信号，则电机驱动系统始终保持该状态，即待机状态；当控制器向第二开关模块A02输出两个不同电平的信号时，第二开关模块A02中相应的开关管导通为电机供电，电机开始转动；若转动过程中电机堵转，导致驱动电流增大，采样电阻R01的电流增大，进而采样电压增大，当采样电压超过参考电压，比较器U2输出低电平，第二开关管Q2不导通，此时第一开关管Q1的门极电压约等于源极电压，第一开关管Q1不导通，电机的供电主线断开；同时控制器检测到limit的信号下降沿，将向第二开关模块A02的第一输入端motoctrl+、第二输入端motoctrl-的信号均设为低电平，此时由于第一开关管Q1不导通，采样电阻R01上电流趋近于零，电机驱动系统再次回到待机状态，等待下次控制器想第二开关模块A02发送信号。

相应的，本申请还公开了一种测井仪器推靠系统，包括：

如上文任一项所述的电机驱动系统；

与所述电机驱动系统连接的电机。

可以理解的是，本实施例中具体有关电机驱动系统的细节可以参照上文实施例中的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，测井仪器推靠系统中，除了已提到的电机驱动系统和电机外，还可以包括传动系统、推靠臂等结构模块，此处不再赘述。

可以理解的是，本实施例中测井仪器推靠系统的环境温度较高，可达 175℃，因此在系统元件的实际选型时可选择耐高温元件。

本实施例中测井仪器推靠系统具有与上文实施例中电机驱动系统相同的技术效果，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电机驱动系统，其特征在于，包括：驱动电路，保护电路和控制器，其中：

所述驱动电路包括第一开关模块和第二开关模块，所述第一开关模块包括采样电阻和第一开关管，所述采样电阻的第一端与主电源连接，所述采样电阻的第二端与所述第一开关管的第一端连接；

所述第二开关模块的电源端与所述第一开关管的第二端连接，所述第二开关模块的第一输入端和第二输入端分别与所述控制器的第一输出端和第二输出端连接，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端分别连接电机的两个供电端；

所述保护电路的第一输入端和第二输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述保护电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述保护电路用于比较所述采样电阻的采样电压与参考电压的大小并在所述采样电压不大于所述参考电压时控制所述第一开关管导通；

所述控制器的第一输出端和第二输出端分别与所述第二开关模块的第一输入端和第二输入端连接，所述控制器用于根据用户指令通过所述控制器的第一输出端和所述第二输出端分别输出两个不同电平的信号以驱动所述电机。

2.根据权利要求1所述电机驱动系统，其特征在于，所述保护电路包括电流-电压转换器、比较器和第二开关管，其中：

所述电流-电压转换器的第一输入端和第二输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述电流-电压转换器的输出端与所述比较器的反相输入端连接；

所述比较器的同相输入端接收所述参考电压，所述比较器的输出端与所述第二开关管的控制端连接；

所述第二开关管的第一端连接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的第二端接地。

3.根据权利要求2所述电机驱动系统，其特征在于，所述保护电路还包括第一保护电阻、和/或第一保护电容、和/或第二保护电阻，其中：

所述电流-电压转换器的输出端通过所述第一保护电阻与所述比较器的反相输入端连接；

和/或，所述第一保护电容连接于所述比较器的输出端与所述比较器的反相输入端之间；

和/或，所述第二开关管的第一端通过所述第二保护电阻与所述第一开关管的控制端连接。

4.根据权利要求2所述电机驱动系统，其特征在于，所述保护电路还包括参考电压调节单元，所述参考电压调节单元的输入端接收控制指令，输出端与所述比较器的同相输入端连接，所述参考电压调节单元用于根据所述控制指令向所述比较器的同相输入端输出所述参考电压。

5.根据权利要求4所述电机驱动系统，其特征在于，所述参考电压调节单元具体为多输入单输出的电阻矩阵，所述电阻矩阵的多个输入端口分别接受所述控制指令，并根据所述控制指令接入或断开所述电阻矩阵中对应的电阻。

6.根据权利要求1所述电机驱动系统，其特征在于，所述第二开关模块包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电阻单元和第二电阻单元，其中：

所述第四开关管的第一端与所述第七开关管的第一端连接后的公共端作为所述第二开关模块的电源端；

所述第四开关管的控制端通过所述第一电阻单元与所述电源端连接，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第一输出端；

所述第三开关管的第一端通过所述第一电阻单元与所述电源端连接；

所述第三开关管的控制端与所述第八开关管的控制端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第一输入端；

所述第五开关管的控制端与所述第六开关管的控制端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第二输入端；

所述第六开关管的第一端通过所述第二电阻单元与所述电源端连接；

所述第七开关管的控制端通过所述第二电阻单元与所述电源端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接后的公共端作为所述第二开关模块的第二输出端；

所述第三开关管的第二端、所述第五开关管的第二端、所述第六开关管的第二端和所述第八开关管的第二端均接地。

7.根据权利要求6所述电机驱动系统，其特征在于，

所述第一电阻单元包括串联于所述电源端和所述第三开关管的第一端之间的第一驱动电阻和第二驱动电阻，所述第一驱动电阻和所述第二驱动电阻连接的公共端与所述第四开关管的控制端连接；

所述第二电阻单元包括串联于所述电源端和所述第六开关管的第一端之间的第三驱动电阻和第四驱动电阻，所述第三驱动电阻和所述第四驱动电阻连接的公共端与所述第七开关管的控制端连接。

8.根据权利要求7所述电机驱动系统，其特征在于，所述第二开关模块还包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，其中：

所述第一稳压二极管的阴极和所述第二稳压二极管的阴极均连接所述电源端；

所述第一稳压二极管的阳极连接所述第四开关管的控制端；

所述第二稳压二极管的阳极连接所述第七开关管的控制端。

9.根据权利要求1至8任一项所述电机驱动系统，其特征在于，所述第一开关模块还包括第三稳压二极管、电压跟随器、第一匹配电阻和第二匹配电阻，其中：

所述第三稳压二极管的阴极连接所述主电源，所述第三稳压二极管的阳极连接所述电压跟随器的反相输入端；

所述第一匹配电阻与所述第三稳压二极管并联；

所述电压跟随器的同相输入端与所述电压跟随器的输出端连接，并通过所述第二匹配电阻与所述第一开关管的控制端连接。

10.一种测井仪器推靠系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述的电机驱动系统；

与所述电机驱动系统连接的电机。

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