一種穩壓電源消振電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于石油、天然氣鉆井技術領域，特別是涉及一種穩壓電源消振電路。
【背景技術】
[0002]采用泥漿渦輪發電機進行供電的智能鉆井工具，通過穩壓電源將泥漿渦輪發電機產生的寬范圍三相低頻交流電能轉換成符合不同負載需求的穩定直流電能。
[0003]泥漿渦輪發電機的定子磁極和轉子磁極之間可看成由具有彈性的磁力線相互聯系，當負載增加時，功角增大，相當于磁力線拉長，當負載減小時，功角減小，相當于磁力線縮短，當負載突然發生變化時，由于轉子的慣性，轉子功角不能立即穩定在新的數值，而是在新的穩定值附近經過若干次擺動，產生振蕩。如果振蕩的幅度越來越大，功角不斷增大，直至脫出穩定范圍，將會造成泥漿渦輪發電機的失步，從而嚴重影響智能鉆井工具電子控制單元的正常工作，甚至造成電子元器件的燒毀。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種穩壓電源消振電路。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供的穩壓電源消振電路包括:三相整流濾波電路、η個穩壓電源和消振電路，其中:三相整流濾波電路的輸入端與泥漿渦輪發電機連接、三相整流濾波電路的輸出端同時與η個穩壓電源的輸入端連接，η個穩壓電源的輸出端分別與η個負載相連接，消振電路與三相整流濾波電路的輸出端相連接。
[0006]所述的消振電路包括信號提取電路、低通濾波電路、閾值比較電路和電阻消振電路;所述的信號提取電路包括:電阻Rl-R5、電容Cl和差分運算放大器Ul;三相整流濾波電路輸出的粗直流電壓Vin，第一路經電阻Rl和電阻R2分壓后輸入差分運算放大器Ul的同向輸入端，電容Cl用于濾除粗直流電壓Vin中的高頻成分，第二路由電阻R3和電阻R4分壓后，經電容C2得到其交流成分并輸入差分運算放大器Ul的反向輸入端，經差分放大后輸出至低通濾波電路，R5為差分運算放大器Ul的反饋電阻，由差分運算放大器Ul的輸出端連接至反向輸入端;低通濾波電路采用2個Shl I en-Key低通濾波器串聯結構，SPk = 2，其包括:電阻R6-R9、電容C3-C6、運算放大器U2、U3;其中，運算放大器U2、電阻R6、電阻R7、電容C3和電容C4組成第一Sal Ien-Key低通濾波器，運算放大器U3、電阻R8、電阻R9、電容C5和電容C6組成第二Sallen-Key低通濾波器，對信號提取電路輸出電壓低通濾波后，輸出至閾值比較電路;閾值比較電路采用差分運算放大器結構，其包括:電阻RlO-Rl1、電容C7和差分運算放大器U4;其中:直流參考電壓VDDl經電阻RlO輸入差分運算放大器U4的同向輸入端，直流偏置電壓VDD2經電阻Rll輸入差分運算放大器U4的反向輸入端，閾值電壓Vt由VDDl和VDD2的值決定，低通濾波電路的輸出電壓經電容C7后輸入差分運算放大器U4的反向輸入端，記為VT1，R12為反饋電阻，由差分運算放大器U4的輸出端連接至同向輸入端，當電壓VT1>VT時，差分運算放大器U4輸出高電平，當電壓Vn <Vt時，差分運算放大器U4輸出低電平；電阻消振電路由功率器件Q1、消振電阻RO和電阻R13組成，其中:功率器件Ql的柵極與差分運算放大器U4的輸出端連接、漏極通過消振電阻RO與三相整流濾波電路的輸出端連接、源極通過電阻R13與接地端連接，當閾值電路輸出高電平時，電阻消振電路的功率器件Ql導通，三相整流濾波電路輸出的粗直流電壓Vin經消振電路R0、功率器件Ql和電阻R13流入接地端，當閾值電路輸出低電平時，電阻消振電路的功率器件Ql關斷，消振電路RO不工作。
[0007]本發明提供的穩壓電源消振電路的有益效果在于，通過在三相整流濾波電路的輸出端增設消振電路，可有效消除由于負載變化引起的泥漿渦輪發電機振蕩和失步造成的穩壓電源輸出電壓波動，可保證用電負載的安全、穩定運行，有效提升智能鉆井工具的整體工作性能。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明提供的穩壓電源消振電路結構示意圖。
[0009]圖2為本穩壓電源消振電路消振原理圖。
[0010]圖3為本穩壓電源消振電路引腳輸出的示波器波形圖。
[0011 ]圖4為本穩壓電源消振電路在不同測試條件下的示波器波形圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的穩壓電源消振電路進行詳細說明。
[0013]如圖1所示，本發明提供的穩壓電源消振電路包括:
[0014]三相整流濾波電路21、η個穩壓電源31和消振電路51，其中:三相整流濾波電路21的輸入端與泥漿渦輪發電機11連接、三相整流濾波電路21的輸出端同時與η個穩壓電源31的輸入端連接，η個穩壓電源31的輸出端分別與η個負載41相連接，消振電路51與三相整流濾波電路21的輸出端相連接。
[0015]所述的三相整流濾波電路21用于將泥漿渦輪發電機11產生的低頻交流電能轉換成粗直流電能；
[0016]所述的η個穩壓電源31用于將寬變化范圍的粗直流電能轉換成適合不同負載需求的穩定的直流電能，η為大于I的自然數；
[0017]所述的消振電路51用于消除泥漿渦輪發電機11產生的振蕩和失步，其內部設有消振電阻；
[0018]本發明提供的穩壓電源消振電路的工作是:泥漿渦輪發電機11產生的低頻交流電能經三相整流濾波電路21轉換成粗直流電能，然后由穩壓電源31根據不同用電負載41需求轉換成穩定的直流電能輸出，消振電路51采用大功率電阻消振模式，從三相整流濾波電路21的輸出電壓中提取交流波動成分，由消振電路51內部的消振電阻吸收滿足閾值條件的電壓波動。
[0019]所述的消振電路51包括信號提取電路511、低通濾波電路512、閾值比較電路513和電阻消振電路514，信號提取電路511從三相整流濾波電路21的輸出電壓中提取交流波動成分，經低通濾波電路512后在閾值比較電路513中判定是否滿足消振條件，若條件滿足，則電阻消振電路514中的消振電阻工作，以消除泥漿渦輪發電機11產生的振蕩。
[0020]在所述的穩壓電源消振電路中，消振電路51中的信號提取電路511采用差分運算放大器結構，所述的差分放大器的第一端接收三相整流濾波電路21輸出電壓中的直流成分，所述的差分放大器的第二端接收三相整流濾波電路21輸出電壓中的交流波動成分，所述的差分放大器的第一端為同向輸入端，第二端為反向輸入端。
[0021]在所述的穩壓電源消振電路中，消振電路51中的低通濾波電路512采用k個二階Sallen-Key低通濾波器串聯的結構，用于濾除信號提取電路511輸出的交流波動電壓中的高頻成分，k為大于等于I的自然數。
[0022]在所述的穩壓電源消振電路中，消振電路51中的閾值比較電路513采用差分運算放大器結構，差分放大器的第一端接收直流參考電壓，差分放大器的第二端為加法器結構，由直流偏置電壓和消振電路的低通濾波電路512的輸出電壓組成，若滿足閾值條件，閾值比較電路513輸出高電平，否則輸出低電平，所述的差分放大器的第一端為同向輸入端，第二端為反向輸入端。
[0023]在所述的穩壓電源消振電路中，電阻消振電路514為由功率器件和消振電阻組成的消振控制回路，由功率器件控制消振電阻實現消振，功率器件的控制輸入端與閾值比較電路513的輸出端相連接;在功率器件導通時間內，由泥漿渦輪發電機11振蕩和失步引起的波動電壓由消振電阻吸收，在功率器件關斷時間內，消振電阻停止工作。
[0024]泥漿渦輪發電機11產生的交流電能經三相整流濾波電路21進行三相全波整流和電容濾波后，輸出至穩壓電源31，穩壓電源31由η個穩壓電源組成，每個穩壓電源又可能由m個穩壓電源并聯組成，其中η為大于等于I的自然數，m為大于I的自然數，η和m的數值根據負載功率需求確定，消振電路51的輸入取自三相整流濾波電路21的輸出端，由信號提取電路511，低通濾波電路512，閾值比較電路513和電阻消振電路514組成，其中信號提取電路511用于提取三相整流濾波電路21輸出電壓中的交流波動成分，由低通濾波電路512進行二階低通濾波后輸出至閾值比較電路513，當泥漿渦輪發電機11存在振蕩或失步時，閾值比較電路513輸出高電平，電阻消振電路514中的功率器件導通，由泥漿渦輪發電機11振蕩和失步而引起的交流波動電壓由消振電阻吸收，當渦輪發電機11正常工作時，電阻消振電路514中的功率器件關斷，消振電阻停止工作。
[0025]如圖2所示，所述的信號提取電路511包括:電阻R1-R5、電容Cl和差分運算放大器Ul;三相整流濾波電路21輸出的粗直流電壓Vin，第一路經電阻Rl和電阻R2分壓后輸入差分運算放大器Ul的同向輸入端，電容Cl用于濾除粗直流電壓Vin中的高頻成分，第二路由電阻R3和