本實用新型涉及單片機及儲能裝置技術領域，具體的說是一種基于單片機的井下大容量儲能裝置。

背景技術：

由于石油與地層水的電阻率有著明顯的差異，井中電法和電磁法是定量評價儲層含油氣性的直接和可靠的方法，同時為了降低勘探成本，目前國內(nèi)大多油田采用電磁法過套管測電阻率的儀器設備動態(tài)監(jiān)測油田剩余油量，實現(xiàn)電磁法過套管測電阻率的關鍵又落到電磁脈沖場源的設計上。金屬套管對高頻電磁信號有很強的衰減作用，為了在金屬套管井中探測管外地層電阻率，只能采用低頻源或直流源。

井下大容量儲能裝置能否根據(jù)需求積蓄充足的能量，直接決定井下大功率場源能否正常工作。所以，大功率儲能裝置參數(shù)的優(yōu)劣直接影響了過套管測電阻率儀器的整體性能。井下大功率儲能裝置的研究對提高過套管測電阻率儀器將起到積極的推動作用，過套管電阻率測井將會成為解決重點老井和開發(fā)過程中油藏動態(tài)監(jiān)測的重要手段。早期實驗室傳統(tǒng)的充電裝置是由晶閘管整流裝置、變壓器及高壓整流橋組成，這種高壓充電裝置效率低、體積大、穩(wěn)定性差、充電時間長，無法滿足目前對場源的需求。

因此，為克服上述技術的不足而設計出一款結(jié)構(gòu)簡單、體積小、充電效率高、諧波分量少、穩(wěn)定性好、可智能控制的一種基于單片機的井下大容量儲能裝置，正是發(fā)明人所要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種基于單片機的井下大容量儲能裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，充電效率高，諧波分量少，穩(wěn)定性好，可智能控制。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于單片機的井下大容量儲能裝置，其包括微處理器、升壓裝置、IPM模塊、整流濾波電路、超級電容電路，所述微處理器通過脈寬調(diào)制電路與IPM模塊連接，所述IPM模塊分別通過電流檢測模塊、電壓檢測模塊與微處理器連接，所述IPM模塊通過三相變壓器與升壓裝置連接，所述升壓裝置通過整流濾波電路與超級電容電路連接。

進一步，所述微處理器采用STM32單片機。

進一步，所述電流檢測模塊采用INA122運算放大器與STM32單片機的AD引腳連接，所述電壓檢測模塊采用OPA340單電源運算放大器與STM32單片機的AD引腳連接，所述STM32單片機的AD引腳連接有穩(wěn)壓二極管。

進一步，所述IPM模塊采用IKCS17F60F2C芯片。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、體積小，利用脈寬調(diào)制電路結(jié)合IPM模塊，并選用超級電容，使用STM32單片機作為微控制器，實現(xiàn)智能控制，將脈寬調(diào)制電路及IPM模塊運用于井下大功率場源儲能裝置，能提高充電效率，諧波分量少，穩(wěn)定性高。

附圖說明

圖1是本實用新型整體系統(tǒng)框圖。

圖2是本實用新型IPM驅(qū)動及保護電路示意圖。

圖3是本實用新型電流檢測電路原理圖。

圖4是本實用新型電壓檢測電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型，應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在申請所附權利要求書所限定的范圍。

參見圖1是本實用新型整體系統(tǒng)框圖，該結(jié)構(gòu)一種基于單片機的井下大容量儲能裝置，包括微處理器、升壓裝置、IPM模塊、整流濾波電路、超級電容電路，微處理器通過脈寬調(diào)制電路與IPM模塊連接，IPM模塊分別通過電流檢測模塊、電壓檢測模塊與微處理器連接，IPM模塊通過三相變壓器與升壓裝置連接，升壓裝置通過整流濾波電路與超級電容電路連接，微處理器采用STM32單片機，電流檢測模塊采用INA122運算放大器與STM32單片機的AD引腳連接，電壓檢測模塊采用OPA340單電源運算放大器與STM32單片機的AD引腳連接，STM32單片機的AD引腳連接有穩(wěn)壓二極管，IPM模塊采用IKCS17F60F2C芯片。

參見圖1是本實用新型整體系統(tǒng)框圖，STM32單片機內(nèi)部的捕獲/比較單元通過恰當?shù)乃绤^(qū)時間控制和輸出調(diào)制，可以高效地產(chǎn)生三相PWM信號。按照空間矢量調(diào)制配合捕獲/比較單元輸出6路PWM調(diào)制信號，驅(qū)動IPM模塊使之輸出三相交流電壓，經(jīng)濾波后為后級變壓器提供品質(zhì)良好的三相電源。單片機內(nèi)部10位精度AD同時采集直流母線電流，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，最終使電容器在充電過程中電流達到穩(wěn)定。逆變器輸出的三相電壓經(jīng)過三相變壓器升壓后通過三相全橋整流為高壓直流脈動電源，然后給超級電容器充電，將電能儲存在超級電容器中。

參見圖2是本實用新型IPM驅(qū)動及保護電路示意圖，IPM為智能功率模塊，不僅把6個功率開關器件以及其驅(qū)動電路集成在一個芯片當中，而且自帶有過電壓，過電流和過熱等檢測電路，散熱效果好。采用IKCS17F60F2C集成芯片，使得儀器產(chǎn)品體積變小，成本降低，穩(wěn)定性更好，更適合于井下的應用。

參見圖3是本實用新型電流檢測電路原理圖，裝置采用直接檢測直流母線電流，雖然精度較霍爾低，但電路簡單體積小且占用較少單片機資源，為開發(fā)帶來便利。選用精密儀表放大器INA122，具有輸入漂移低和很高的共模抑制比的特點同時，其增益可在5～10000倍內(nèi)可調(diào)。電流經(jīng)采樣電阻后產(chǎn)生微小壓降供給INA122進行放大后送到STM32單片機的AD引腳提供電流采集，STM32單片機支持多通道的多方式輪詢采樣并可對采樣結(jié)果進行中值濾波，減少噪聲產(chǎn)生的影響。

參見圖4是本實用新型電壓檢測電路原理圖，電壓檢測電路采用單電源運放OPA340芯片作為隔離保護并對電壓信號起到低通濾波的作用，防止外部電壓突變對單片機構(gòu)成損傷。芯片為軌對軌輸入輸出單運放集成電路，適用于低電壓單電源供電的場合，特別適合于作為AD采集的前端采樣電路。電路通過搭配電阻電容構(gòu)成簡單的低通濾波器，Uout直接通過電阻分壓并通過電位器微調(diào)好分壓確定倍數(shù)后供給AD腳采集，在該引腳處接一穩(wěn)壓二極管來保障系統(tǒng)安全可靠工作，可防止AD引腳過壓對單片機造成危害。

儲能裝置選擇三相變壓器搭配三相全橋加超級電容器，逆變器輸出的三相電壓經(jīng)過三相變壓器升壓后通過三相全橋整流為高壓直流脈動電源，然后給超級電容器充電，將電能儲存在超級電容器中。超級電容器是一種電化學元件，儲能過程并不發(fā)生化學反應且是可逆的，因此超級電容器可以多次反復充放電，且不會造成環(huán)境污染。另外，它具有高功率密度、充放電循環(huán)壽命很長、充電時間短、貯存壽命長、高可靠性的特點。