一種穩(wěn)壓電源消振電路的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于石油、天然氣鉆井技術(shù)領域，特別是涉及一種穩(wěn)壓電源消振電路。
【背景技術(shù)】
[0002]采用泥漿渦輪發(fā)電機進行供電的智能鉆井工具，通過穩(wěn)壓電源將泥漿渦輪發(fā)電機產(chǎn)生的寬范圍三相低頻交流電能轉(zhuǎn)換成符合不同負載需求的穩(wěn)定直流電能。
[0003]泥漿渦輪發(fā)電機的定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間可看成由具有彈性的磁力線相互聯(lián)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(fā)生變化時，由于轉(zhuǎn)子的慣性，轉(zhuǎn)子功角不能立即穩(wěn)定在新的數(shù)值，而是在新的穩(wěn)定值附近經(jīng)過若干次擺動，產(chǎn)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(wěn)定范圍，將會造成泥漿渦輪發(fā)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(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種穩(wěn)壓電源消振電路。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型提供的穩(wěn)壓電源消振電路包括:三相整流濾波電路、η個穩(wěn)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(fā)電機連接、三相整流濾波電路的輸出端同時與η個穩(wěn)壓電源的輸入端連接，η個穩(wěn)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(lián)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(jīng)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(jīng)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(jīng)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VT1〈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(jīng)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(guān)斷，消振電路RO不工作。
[0007]本實用新型提供的穩(wěn)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(fā)電機振蕩和失步造成的穩(wěn)壓電源輸出電壓波動，可保證用電負載的安全、穩(wěn)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為本實用新型提供的穩(wěn)壓電源消振電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本穩(wěn)壓電源消振電路消振原理圖。
[0010]圖3為本穩(wěn)壓電源消振電路引腳輸出的示波器波形圖。
[0011 ]圖4為本穩(wěn)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(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提供的穩(wěn)壓電源消振電路進行詳細說明。
[0013]如圖1所示，本實用新型提供的穩(wěn)壓電源消振電路包括:
[0014]三相整流濾波電路21、η個穩(wěn)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(fā)電機11連接、三相整流濾波電路21的輸出端同時與η個穩(wěn)壓電源31的輸入端連接，η個穩(wěn)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(fā)電機11產(chǎn)生的低頻交流電能轉(zhuǎn)換成粗直流電能；
[0016]所述的η個穩(wěn)壓電源31用于將寬變化范圍的粗直流電能轉(zhuǎn)換成適合不同負載需求的穩(wěn)定的直流電能，η為大于I的自然數(shù)；
[0017]所述的消振電路51用于消除泥漿渦輪發(fā)電機11產(chǎn)生的振蕩和失步，其內(nèi)部設有消振電阻；
[0018]本實用新型提供的穩(wěn)壓電源消振電路的工作是:泥漿渦輪發(fā)電機11產(chǎn)生的低頻交流電能經(jīng)三相整流濾波電路21轉(zhuǎn)換成粗直流電能，然后由穩(wěn)壓電源31根據(jù)不同用電負載41需求轉(zhuǎn)換成穩(wěn)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(nèi)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(jīng)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(fā)電機11產(chǎn)生的振蕩。
[0020]在所述的穩(wěn)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(jié)構(gòu)，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(wěn)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(lián)的結(jié)構(gòu)，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(shù)。
[0022]在所述的穩(wěn)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(wěn)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(xiàn)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(nèi)，由泥漿渦輪發(fā)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(guān)斷時間內(nèi)，消振電阻停止工作。
[0024]泥漿渦輪發(fā)電機11產(chǎn)生的交流電能經(jīng)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(wěn)壓電源31，穩(wěn)壓電源31由η個穩(wěn)壓電源組成，每個穩(wěn)壓電源又可能由m個穩(wěn)壓電源并聯(lián)組成，其中η為大于等于I的自然數(shù)，m為大于I的自然數(shù)，η和m的數(shù)值根據(jù)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(fā)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(fā)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(fā)電機11正常工作時，電阻消振電路514中的功率器件關(guān)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(jīng)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