專利名稱：潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電源；特別是涉及一種采油廠油井井下數(shù)據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)的井下檢測裝置電源。
背景技術(shù)：
RDM系列實時井下多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)是采油廠油井井下數(shù)據(jù)實時監(jiān)測的一種潛油電泵機(jī)組多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，由井下檢測裝置、地面智能控制屏、上位機(jī)程序、地面扼流(限流)控制屏等幾部分組成。其中，地面智能控制屏中的傳送電源為輸出電壓140V直流電源，其作用是為井下檢測裝置供電，同時完成井下到井上的數(shù)據(jù)傳送。近年來，IR公司推出了一系列利用自舉升壓原理工作的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路，IR21531就是其中最具代表性的一款。IR21531可直接驅(qū)動半橋中的高端和低端場效應(yīng)管，使半橋驅(qū)動電路簡化。圖1是單片機(jī)集成電路IR21531引腳排列圖；IR21531由低端功率晶體管驅(qū)動級、高端功率晶體管驅(qū)動級、電平轉(zhuǎn)換電路及內(nèi)部定時振蕩電路組成，其輸出可直接驅(qū)動半橋高側(cè)和低側(cè)MOSFET (或IGBT)各一路，該集成電路芯片設(shè)有死區(qū)時間控制，死區(qū)時間通常設(shè)為1.2us，(2153是1.2而21531是0.6)避免高低側(cè)功率管在交替導(dǎo)通時刻產(chǎn)生直通。IR21531的直流偏置電壓高達(dá)600V，適用于大部分開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用。該集成電路芯片具有自振蕩或外接同步振蕩功能，振蕩頻率f的設(shè)置和CM0S555定時器芯片類似，由外接定時元件RT和CT決定:
_5] f ~ 1.4x(RT + 75Q)xCT式中，75 歐姆為芯片內(nèi)部定時電阻。單片機(jī)集成電路IR21531根據(jù)自舉原理工作，電路外圍元件少，電路非常簡單、實用。當(dāng)集成電路的芯片電源電壓超過低壓閾值時，集成電路IR21531自動啟動，投入運行，且具有輸出關(guān)斷功能，輸出關(guān)斷滯后時間為660ns。集成電路IR21531主要技術(shù)參數(shù):V offset 600VmaxDuty cycle 50%Tr/Tf 80/40nsDeadtime 0.6us圖2是單片機(jī)集成電路IR21531控制芯片內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示，集成電路IR21531驅(qū)動器的輸出帶有緩沖器單元，具有換向死區(qū)時間，防止橋路中的兩只功率開關(guān)管直通。高、低端管子具有延時匹配，適用于占空比為50%的場合。圖3是單片機(jī)集成電路IR21531的典型應(yīng)用原理圖，如圖3所示，接到集成電路IR21531的CT端電容和RT端的電阻構(gòu)成振蕩器的外接元件；shut-down場效應(yīng)管用于箝位CT端電壓，使振蕩器停振；VS、VB端之間的電容和VB、VCC之間的二極管構(gòu)成自舉電源供電電路。因MOS器件的柵極具有容性輸入特性，即它們是通過提供一些電荷給柵極而導(dǎo)通，開關(guān)所需的控制能量不大，可以利用集成電路IR21531的VB、VS間的外接電容和VB腳的二極管構(gòu)成自舉電路的上管驅(qū)動電源。當(dāng)VCC低于規(guī)定值時，欠壓自鎖會關(guān)斷柵極驅(qū)動電路。當(dāng)選擇CT = lnF,RT = 8K ohm，從集成電路IR21531的振蕩頻率特性圖對應(yīng)的曲線中可查得芯片的工作頻率大約在20KHz IOOKHz之間。圖4是開關(guān)電源的雙端推挽電路拓?fù)湓砜驁D；如圖4所示，開關(guān)電源的雙端推挽電路拓?fù)湓?，可以看成是兩個單端正激型電源的合并，變壓器工作在第1、III象限，提高了磁芯的利用率。圖5是開關(guān)電源的推挽式變換器電路基本電路原理及及其工作波形；如圖5所示，開關(guān)管VTl、VT2在PWM控制器的控制下交替導(dǎo)通，給變壓器原邊一個交變的電壓波形，變壓器將初級電壓和電流傳遞到次級，經(jīng)整流濾波后輸出直流電壓。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種采油廠油井井下數(shù)據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)的井下檢測裝置電源。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源，包括，驅(qū)動級電路、半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路1C、降壓變壓器電路、高頻整流電路和穩(wěn)壓電路，所述的驅(qū)動級電路與所述的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸入端電連接，所述半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出通過·降壓變壓器電路與所述的高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。所述的降壓變壓器電路包括降壓變壓器原邊電路和降壓變壓器副邊電路，所述降壓變壓器原邊電路與所述半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出電連接，所述降壓變壓器副邊電路與所述高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。所述的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的型號是IR21531，其輸出分別驅(qū)動高端功率MOS管Ql和低端功率MOS管Q2，功率MOS管Ql和Q2的型號是BSP88，所述輸出穩(wěn)壓電路采用的集成電路IC的型號是0PA140。本實用新型的有益效果是，本實用新型采用電源半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC可直接驅(qū)動半橋中的高端和低端場效應(yīng)管，使半橋驅(qū)動電路極為簡化，另外，因本實用新型電源的負(fù)載采用了并聯(lián)穩(wěn)壓器來穩(wěn)定+5V直流電壓，不需要次級輸出電感，使得正激變換器的成本降低，體積減?。粷M足了系統(tǒng)對+5V電源精度有較高的要求，整體電源電路結(jié)構(gòu)簡
單，可靠性高。

圖1是單片機(jī)集成電路IR21531引腳排列圖；圖2是單片機(jī)集成電路IR21531的典型應(yīng)用原理圖；圖3是單片機(jī)集成電路IR21531的典型應(yīng)用原理圖；圖4是本實用新型井下檢測裝置電源的電原理圖；圖5是本實用新型井下檢測裝置電源的并聯(lián)穩(wěn)壓器的電原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明:本實用新型潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源，包括，驅(qū)動級電路、半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路1C、降壓變壓器電路、高頻整流電路和穩(wěn)壓電路，所述的驅(qū)動級電路與所述的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸入端電連接，所述半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出通過降壓變壓器電路與所述的高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。所述的降壓變壓器電路包括降壓變壓器原邊電路和降壓變壓器副邊電路，所述降壓變壓器原邊電路與所述半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出電連接，所述降壓變壓器副邊電路與所述高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。所述的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的型號是IR21531，其輸出分別驅(qū)動高端功率MOS管Ql和低端功率MOS管Q2，功率MOS管Ql和Q2的型號是BSP88，所述輸出穩(wěn)壓電路采用的集成電路IC的型號是0PA140。圖4是本實用新型井下檢測裝置電源的電原理圖；如圖4所示，考慮到井下高溫度、高壓強(qiáng)及強(qiáng)腐蝕的特性，必須選用性能非常可靠的電源結(jié)構(gòu)。經(jīng)多方對比分析，考慮到單片機(jī)集成電路IR21531使用外圍元件少，性能穩(wěn)定可靠，決定使用單片機(jī)集成電路IR21531芯片?；趩纹瑱C(jī)集成電路IR21531的結(jié)構(gòu)和特點的DC-DC井下裝置電源主要由驅(qū)動級電路、降壓變壓器、高頻整流回路、穩(wěn)壓電路等組成。從圖中可看出，這是一個典型的半橋拓?fù)潆娐罚彩菃纹瑱C(jī)集成電路IR21531的典型應(yīng)用。驅(qū)動控制回路由單片機(jī)集成電路IR21531完成，其輸出分別驅(qū)動高端功率MOS管Ql和低端功率MOS管Q2。變壓器Tl為降壓變壓器，其副邊輸出占空比為50%的5V方波。高頻整流電路輸出正、負(fù)5V直流電壓，或O到IOV直流電壓。通過對電阻R5和電容C14的參數(shù)選擇，可以控制單片機(jī)集成電路IR21531芯片的振蕩頻率設(shè)定為IOOKHz。圖5是本實用新型井下檢測裝置電源的并聯(lián)穩(wěn)壓器的電原理圖；如圖5所示，作為傳感器的供電電源，系統(tǒng)對5V電源精度有較高的要求。因此采用了并聯(lián)穩(wěn)壓器來穩(wěn)定+5V直流電壓，輸出穩(wěn)壓電路采用的集成電路IC的型號是0PA140。升壓變壓器是DC-DC變換的重要元件，主要技術(shù)參數(shù)是初次級匝數(shù)比(n = NP/NS)和初次級的電感量(LP、LS)。根據(jù)工作頻率、輸出功率、輸入輸出電壓等參數(shù)設(shè)計變壓器并優(yōu)化，使設(shè)計的變壓器在滿足輸出電參數(shù)及發(fā)熱要求的同時，體積最小。電阻R5與電容C14決定了逆變電路的工作頻率，其參數(shù)的選定是通過查閱IR21531芯片的數(shù)據(jù)手冊得到的。逆變電路工作頻率通常取IOOkHz，為此可以選擇電阻R5與電容C14的值分別為20K ohm和330pF。在高溫、高沖擊等惡劣環(huán)境下，確保電源的可靠工作關(guān)系到整個井下測試系統(tǒng)的可靠性。在完成電源、檢測等電路的焊接、調(diào)試等工作后，就可以將電路板放入保護(hù)筒中進(jìn)行真空灌封，將電路板與保護(hù)筒凝固為一體，這樣可有效防止電路板在高溫、高沖擊的環(huán)境中發(fā)生破裂、斷線等一系列的物理損害，避免影響電路正常工作?？煽啃灾饕菍﹄娐分械墓β试骷M(jìn)行降額設(shè)計和合理的熱設(shè)計。元器件的降額使用，可參照產(chǎn)品使用手冊，保證其參數(shù)的合理應(yīng)用，如電壓、電流參數(shù)的選用應(yīng)留有一定的余量，這對可靠性指標(biāo)的保證有很大好處；器件經(jīng)老化帥選，具有耐高溫特點。溫度適應(yīng)范圍150度。熱設(shè)計可在設(shè)計過程中應(yīng)用合理有效的措施使電源的溫升降至最低，提高其可靠性，而在低溫的環(huán)境下，對器件的溫度級別進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，對電容、磁芯等器件在滿足輸出指標(biāo)的低溫特性問題上也進(jìn)行適當(dāng)?shù)目紤]，確保電源的可靠工作。本實用新型采用電源半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC可直接驅(qū)動半橋中的高端和低端場效應(yīng)管，使半橋驅(qū)動電 路極為簡化，另外，因本實用新型電源的負(fù)載采用了并聯(lián)穩(wěn)壓器來穩(wěn)定+5V直流電壓，不需要次級輸出電感，使得正激變換器的成本降低，體積減小；滿足了系統(tǒng)對+5V電源精度有較高的要求，整體電源電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。電源系統(tǒng)由單片機(jī)控制，具有功耗小、調(diào)整靈活度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等特點，是檢測系統(tǒng)最佳選擇的通訊電源 。
權(quán)利要求1.一種潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源，其特征在于，包括，驅(qū)動級電路、半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路1C、降壓變壓器電路、高頻整流電路和穩(wěn)壓電路，所述驅(qū)動級電路與所述的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸入端電連接，所述半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出通過降壓變壓器電路與所述的高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源，其特征在于，所述的降壓變壓器電路包括降壓變壓器原邊電路和降壓變壓器副邊電路，所述降壓變壓器原邊電路與所述半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出電連接，所述降壓變壓器副邊電路與所述高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源，其特征在于，所述的半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的型號是IR21531，其輸出分別驅(qū)動高端功率MOS管Ql和低端功率MOS管Q2，功率MOS管Ql和Q2的型號是BSP88，所述輸出穩(wěn)壓電路采用的集成電路IC的型號是0PA140?！?br> 專利摘要本實用新型公開一種潛油電泵機(jī)組的井下檢測裝置電源，包括，驅(qū)動級電路、半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC、降壓變壓器電路、高頻整流電路和穩(wěn)壓電路，驅(qū)動級電路與半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸入端電連接，半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC的輸出通過降壓變壓器電路與高頻整流電路和穩(wěn)壓電路電連接。有益效果是，本實用新型采用電源半橋驅(qū)動單片機(jī)集成電路IC可直接驅(qū)動半橋中的高端和低端場效應(yīng)管，使半橋驅(qū)動電路極為簡化，另外，因本實用新型電源的負(fù)載采用了并聯(lián)穩(wěn)壓器來穩(wěn)定+5V直流電壓，不需要次級輸出電感，使得正激變換器的成本降低，體積減??；滿足了系統(tǒng)對+5V電源精度有較高的要求，整體電源電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
文檔編號H02M3/337GK203104295SQ201320057948
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者尹漢斌, 梁建奎 申請人:天津領(lǐng)航電氣制造有限公司