專利名稱：一種井下儀用高溫電源模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源，具體涉及一種井下儀用高溫電源模塊。
背景技術：
在對油井進行測量的各種儀器中，其所使用的電源始終起著很大的作用，其電源 性能的穩定性之間影響整個儀器的測井成功率。由于井下環境惡劣，因此對儀器的電源有 著很高的要求。本設計正是制作了一種高效、穩定、智能的先進電源，以提高整個測井儀器 的性能。井下儀器所用電源都是專用高溫電源，制作要求較高。目前，井下電源多采用線性 電源，主要采用分離元器件和工頻變壓器的構成方式，其電源的體積大，重量大，效率低，噪 聲大，穩定精度差，響應速度慢，并且無完善的保護系統，正在被逐步淘汰。目前對井下電源 的基本要求是高可靠性、高效率、智能化。伴隨著電源技術的發展，高頻變換的開關電源正 逐步替代落后的工頻硅整流的線性電源。與傳統的電源相比，開關電源取消了傳統電源采 用的笨重的工頻變壓器，使得電源的體積大大縮小，電源中的電力電子器件工作在開關狀 態，使整機效率很高，由于器件的開關頻率一般大于20KHz，所以基本上聽不到噪音，正因為 高頻開關電源具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、性能穩定高等優點。因此根據開關電源 的原理和所具有的優點，研制井下用高溫電源，使其具有高頻開關電源的特點，并結合井下 實際使用環境，制備高效、穩定、智能的井下儀用高溫電源模塊，近而推動井下用測井儀器 的向前發展。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種井下儀用高溫電源模塊，其具備高效、穩定、智能 的特點，并且體積小、重量輕，解決了背景技術中現有井下儀用高溫電源模塊的技術缺陷。本實用新型的技術方案是一種井下儀用高溫電源模塊，包括主電路和控制電路，所述主電路包括低壓全橋 輸入整流濾波電路、高頻逆變開關電路和輸出整流電路；所述控制電路包括主控單元和 PWM單元；其特殊之處在于所述高頻逆變開關電路采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開 關管；以UC3875全橋軟開關控制器為核心構成，包括信號檢測電路、控制、驅動和保護電路。上述低壓全橋輸入整流濾波電路采用單相橋式整流，在整流器輸出端接有將脈動 電流變成平滑直流的LC 一階濾波網絡。上述高頻逆變開關電路具體采用移相全橋零電壓軟開關PWM電路；該電路中的功 率開關管變換器中開關管采用IGBT模塊；該電路中的整流二極管采用快速恢復二極管；該 電路中的輸出濾波電路采用LC濾波器，其中電容要選用開關電源專用電容。上述控制電路采用UC3875。[0011]上述控制電路與驅動電路的隔離以EXB系列驅動電路模塊實現。上述保護單元以保護電路實現，所述保護電流的取樣取自逆變器的輸入電流，當 檢測到過流時，其過流信號直接接入UC3875的電流檢測信號輸入端，使其封鎖輸出開關管 的驅動信號，實現對電源和負載的保護。上述低壓全橋整流濾波電路的輸入整流回路內還串入一合閘浪涌電流抑制電路。該電源由功率變換主回路和控制回路兩大部分構成，功率變換回路采用高頻變 換，使整個電源具有體積小、重量輕、效率高、噪音低的特點，主要包括輸入整流橋、LC濾波 器、開關變換器、輸出整流濾波器等等。在控制回路里，包括驅動電路、保護電路、UC3875外 圍電路。在主回路里市電經過三相整流濾波后，再經電感和電容濾波，然后將比較平滑的 直流經過DC-DC高頻變換后，得到所要求的直流輸出，并且經過二級LC濾波電路變為直流 輸出。在控制回路里，以UC3875全橋軟開關控制器為核心構成，包括信號檢測電路、驅 動和保護電路。移相諧振控制器UC3875是用于全橋變換電路的控制器。它采用恒頻脈寬調制、諧 振零電壓軟開關技術，開關頻率可以達到1MHz。具有4個2A圖騰柱輸出、欠壓鎖定和軟啟 動控制、全周期再啟動過流比較門限及可調基準等。本系統采用電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器來檢測整流電路和負載兩端的電 壓和電流。保護電路，通過檢測高頻變壓器前級電流，當峰值超過設計的極限時，鎖定UC3875 的輸出。其檢測信號送入UC3875過流比較器的正輸入端，當發生過流時可以使UC3875過 流比較器置位，封鎖移相PWM脈沖的輸出，從而起到保護的作用。本實用新型具有多種直流輸出可供方便選擇，具有短路、過壓、過流保護功能；系 統靜態誤差小，動態響應迅速的優點。
圖1為本實用新型結構示意框圖。
具體實施方式
跟據井下儀使用環境對供電電源的要求以及現代電源技術的發展，確定了用于井 下儀電源的系統結構。整個系統由主電路和控制電路兩部分組成。主回路包括低壓全橋整 流濾波電路、高頻逆變開關電路、和輸出整流電路四部分，逆變電路核心部件采用絕緣柵雙 極型晶體管IGBT作為開關管，控制電路包括主控單元和PWM單元兩部分，以UC3875全橋軟 開關控制器為核心構成，主要有信號檢測電路、控制和保護單元。本電源具有多種直流輸出 可供方便選擇，具有短路、過壓、過流保護功能。系統靜態誤差小，動態響應迅速。其主要技 術指標輸入電壓34-50V輸出電流1A，輸出電壓士5V，士 12V，士 15V，輸出功率50W，效率 彡90%。該電源的部分設計特點為以下幾點1)輸入整流電路的設計采用單相橋式整流，在整流器輸出端接有LC 一階濾波網 絡，將脈動電流變成平滑直流。為了抑制模塊投入時電解電容充電所產生的合閘浪涌電流，在輸入整流回路內串入合閘浪涌電流抑制電路。2)逆變電路的設計逆變電路是整個電源設計的核心，它主要包括逆變電路的拓撲 形式的選擇、功率開關管的選擇、高頻變壓器的設計、輸出整流二極管的選擇和輸出濾波器 的設計。逆變電路的拓撲根據技術要求電源的輸出功率大故本設計采用移相全橋零電壓 軟開關PWM電路，這種軟開關變換的思想是將PWM控制和諧振變換結合起來，既實現恒頻控 制，又能實現開關管的軟開關，可以減少開關管和諧振電感、諧振電容的電壓和電流應力， 適合于大功率應用。它在硬開關全橋電路的基礎上并沒有增加輔助開關元件，因此，電路結 構較為簡單。采用移相控制技術，在左右兩橋臂的驅動信號脈沖之間保持一定的相位差，只 要改變這個相位差，就可以使占空比改變，從而完成對輸出電壓電流的控制。功率開關管的 選擇功率開關管變換器中開關管的選擇要保證是其足夠的額定電壓和電流，本設計采用 IGBT模塊，其具有耐壓高過電流大的特點。高頻變壓器的設計高頻變壓器是大多數開關變換器件設計中的難點，它不像其 它電子元件那樣可以選擇現成的成品，而是要根據實際的電路結構和參數來設計，其設計 的主要方法可采用面積乘積法。整流二極管采用快速恢復二極管。輸出濾波電路采用LC 濾波器，其中電容要選用開關電源專用電容。3)脈寬調制PWM模塊電路的設計逆變器的控制電路是逆變器的核心，它的功能是 實現對逆變器主回路的控制和調節，保持輸出電壓和電流的穩定，同時具有一定的保護功 能。本設計選擇尤尼創Unitrode公司的產品UC3875，它是一種固定頻率移相PWM軟開關電 源集成控制電路，其主要特點為實用的開關頻率可達2MHZ，占空比0-100%可調，軟啟動 控制功能，適應電壓拓撲和電流拓撲，四個2A圖騰柱輸出極，過流保護和欠壓鎖定。4) IGBT驅動電路為了使控制電路盡量避免受到高壓的功率部分影響，要求控制電 路與驅動電路隔離，隔離的方法可采用光電耦合器或脈沖變壓器隔離。本設計中采用EXB 系列驅動電路模塊。5)保護電路當開關電源的負載超過設定值或短路時，對電源必須提供過電流保 護。當輸出電壓高于允許額定電壓時，應對負載設過壓保護電路。保護電流的取樣取自逆變 器的輸入電流，這樣不僅對負載提供保護，同時對開關管和高頻變壓器也提供了過流保護。 當檢測到過流時，其過流信號直接接入開關電源控制器UC3875的電流檢測信號輸入端，使 其封鎖輸出開關管的驅動信號，實現對電源和負載的保護。本實用電源設計經過現場使用，其性能得到好評，其體積小、重量輕、效率高、噪音 低、性能穩定的優點，對測井儀器的穩定工作起了很大的作用。
權利要求一種井下儀用高溫電源模塊，包括主電路和控制電路，所述主電路包括低壓全橋輸入整流濾波電路、高頻逆變開關電路和輸出整流電路；所述控制電路包括主控單元和PWM單元；其特征在于所述高頻逆變開關電路采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開關管；以UC3875全橋軟開關控制器為核心構成，包括信號檢測電路、控制、驅動和保護電路。
2.根據權利要求1所述井下儀用高溫電源模塊，其特征在于所述低壓全橋輸入整流 濾波電路采用單相橋式整流，在整流器輸出端接有將脈動電流變成平滑直流的LC 一階濾 波網絡。
3.根據權利要求1所述井下儀用高溫電源模塊，其特征在于所述高頻逆變開關電路 具體采用移相全橋零電壓軟開關PWM電路；該電路中的功率開關管變換器中開關管采用 IGBT模塊；該電路中的整流二極管采用快速恢復二極管；該電路中的輸出濾波電路采用LC 濾波器，其中電容要選用開關電源專用電容。
4.根據權利要求1所述井下儀用高溫電源模塊，其特征在于所述控制電路采用 UC3875。
5.根據權利要求1所述井下儀用高溫電源模塊，其特征在于所述控制電路與驅動電 路的隔離以EXB系列驅動電路模塊實現。
6.根據權利要求1所述井下儀用高溫電源模塊，其特征在于所述保護單元以保護電 路實現，所述保護電流的取樣取自逆變器的輸入電流，當檢測到過流時，其過流信號直接接 入UC3875的電流檢測信號輸入端，使其封鎖輸出開關管的驅動信號，實現對電源和負載的 保護。
7.根據權利要求2所述井下儀用高溫電源模塊，其特征在于所述低壓全橋整流濾波 電路的輸入整流回路內還串入一合閘浪涌電流抑制電路。
專利摘要一種井下儀用高溫電源模塊，包括主電路和控制電路，主電路包括低壓全橋輸入整流濾波電路、高頻逆變開關電路和輸出整流電路；控制電路包括主控單元和PWM單元；高頻逆變開關電路采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開關管；以UC3875全橋軟開關控制器為核心構成，包括信號檢測電路、控制、驅動和保護電路。本實用新型具備高效、穩定、智能的特點，并且體積小、重量輕。
文檔編號H02M7/219GK201639503SQ20092027492
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者李斌 申請人:西安思坦儀器股份有限公司