一种智能钻井工具电源管理电路的制作方法

本实用新型涉及电源技术领域，特别涉及一种用于智能钻井工具电源系统的电压转换、控制电路。

背景技术：

石油钻井领域中，智能钻井工具作为机、电、液一体化的石油钻井装备，由井下控制单元完成井下参数的测量、采集、分析、决策，以及与地面设备间的远程通信，同时，井下控制单元根据测量结果，接收到的地面指令驱动液压单元、执行机构完成指定的动作，使井下动力钻具沿着设计的轨迹钻进。当前的智能钻井工具，普遍采用泥浆涡轮发电机/高温锂电池组作为井下动力电源，然而，智能钻井工具各单元要完成各自的工作，需为其提供满足工作要求的、多样化的稳定直流电能，仅靠目前成熟的直流-直流转换模块难以满足各单元模块对电压、电流、功率及稳定性、安全性的要求，且井下高温、振动、冲击等恶劣工作条件，对电源管理系统提出了更高的要求。

因此，市场迫切需求一种智能钻井工具电源管理电路，用于将从泥浆涡轮发电机转换得到的，高温锂电池组输出的直流电能，转换成智能钻井工具各模块所需要的稳定的直流电能，满足其对电压、电流、功率的要求，同时保证各路电压的稳定性、可靠性，具有重要的意义和实用价值。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种智能钻井工具电源系统安全稳定的电压转换、控制电路。

本实用新型所采用的技术方案是，一种智能钻井工具电源管理电路，包括，+36V直流稳压电源、多通道电源管理单元、井下控制执行供电单元，所述的+36V直流稳压电源通过多通道电源管理单元与井下控制执行供电单元电连接；所述的+36V直流稳压电源由泥浆涡轮发电机转换/高温锂电池输出，为整套智能钻井工具提供稳定的直流电能，多通道电源管理单元将所述+36V直流稳压电源输出的+36V直流电能转换成井下控制执行供电单元所需电压值不同的稳定直流电能。

所述的多通道电源管理单元，包括，+36V直流稳压电能开关控制输出、+24V直流稳压电能限流转换输出、+15V直流稳压电能限流转换输出、带监控+5V直流稳压电能转换输出、信号+36MOUT输出、信号+24MOUT输出和信号+25MOUT输出；井下控制执行供电单元，包括，与多通道电源管理单元的输出端相连接的接线端子、信号+36MOUT、信号+24MOUT和信号+25MOUT的接线端子；所述的多通道电源管理单元的输出端，分别与井下控制执行供电单元中的各接线端子电连接。

所述的多通道电源管理单元中采用的集成电路型号分别为，集成电路U1: 固态继电器的型号是HHG1-0/032F-20 5A、U2: L78S24、U3 ：LM317KC 、U4: LM317KC、U5: L78S15、U6: LT1019和U7: HT7027， 采用稳压管Z1、Z2和Z3的型号为1N4732。

本实用新型的有益效果是，本电路实现了对+36V直流稳压电能到+24V、+15V、+5V直流稳压电能的转换，同时，根据智能钻进工具各单元模块对电压、电流、功率及安全性要求的不同，实现了大电流驱动、限流控制、低电压检测功能，与常规电源转换模块比较，稳定性、可靠性高，提高了智能钻井工具电源系统的性能，具有重要的意义和实用价值。

附图说明

图1是本实用新型智能钻井工具电源管理电路的结构框图；

图2为本实用新型智能钻井工具电源管理电路结构图。

图中：

100、+36V直流稳压电源

200、多通道电源管理单元井下控制执行供电单元

201、+36V直流稳压电能开关控制输出

202、+24V直流稳压电能限流转换输出

203、+15V直流稳压电能限流转换输出

204、带监控+5V直流稳压电能转换输出。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型智能钻井工具电源管理电路的结构框图；如图1所示，一种智能钻井工具电源管理电路，包括，+36V直流稳压电源100、多通道电源管理单元200、井下控制执行供电单元300，所述的+36V直流稳压电源100通过多通道电源管理单元200与井下控制执行供电单元300电连接；所述的+36V直流稳压电源100由泥浆涡轮发电机转换/高温锂电池输出，为整套智能钻井工具提供稳定的直流电能，多通道电源管理单元200将+36V直流稳压电源100输出的+36V直流电能转换成井下控制执行供电单元300所需电压值不同的稳定直流电能，满足其对电压、电流、功率及安全要求，用于控制智能钻井工具完成指定的动作。

多通道电源管理单元200，包括，+36V直流稳压电能开关控制输出201、+24V直流稳压电能限流转换输出202、+15V直流稳压电能限流转换输出203、带监控+5V直流稳压电能转换输出204、信号+36MOUT输出、信号+24MOUT输出和信号+25MOUT输出；井下控制执行供电单元300，包括，与多通道电源管理单元的输出端相连接的接线端子、信号+36MOUT、信号+24MOUT和信号+25MOUT的接线端子；所述的多通道电源管理单元200的输出端，分别与井下控制执行供电单元300中的各接线端子电连接。其中，所述+36V直流稳压电能开关控制输出201用于为所述井下控制执行供电单元300提供+36V直流稳压电能，满足大电流驱动需求，所述+24V直流稳压电能限流转换输出202用于将+36V直流稳压电能转换为+24V直流稳压电能，提供给井下控制执行供电单元300，同时满足电流需求，所述+15V直流稳压电能限流转换输出203用于将+24V直流稳压电能转换为+15V直流稳压电能，同时满足电流需求，所述带监控+5V直流稳压电能转换输出204用于将+15V直流稳压电能转换为+5V直流稳压电能，提供给井下控制执行供电单元300，同时进行低电压监控。

图2为本实用新型智能钻井工具电源管理电路结构图；如图2所示，多通道电源管理单元200中的+36V直流稳压电能开关控制输出201，包括，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、二极管D1、稳压管Z1、功率开关三极管Q1，集成电路U1，其中，功率开关三极管Q1，选用PNP型半导体开关三极管，集成电路U1选用固态继电器，型号是HHG1-0/032F-20 5A，二极管选用1N4007，稳压管选用1N4732，电阻R1的一端连接SIGNAL信号输出端，另一端连接功率开关三极管Q1的基极，功率开关三极管Q1的发射极连接所述+5V直流稳压电能限流转换输出204，功率开关三极管Q1的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接集成电路U1的引脚4，集成电路U1的引脚1连接所述36V直流稳压电源100，集成电路U1的引脚2连接二极管D1的正极，集成电路U1的引脚3连接功率开关三极管Q1的集电极，集成电路U1的引脚4接地，二极管D1的负极为+36V直流电能输出端，电阻R3一端连接二极管D1的负极，另一端分别与电阻R4的一端、电容C1的一端、稳压管Z1的负极连接，电阻R4的另一端、电容C1的另一端、稳压管Z1的正极均接地，电阻R3与电阻R4连接端为信号+36MOUT输出引脚，与所述井下控制执行供电单元300连接。

多通道电源管理单元200中的+24V直流稳压电能限流转换输出202，包括，集成电路U2、集成电路U3、二极管D2、稳压管Z2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2，其中，集成电路U2选用L78S24芯片，集成电路U3选用LM317KC芯片，二极管D2选用1N4007、稳压管Z2选用1N4732，集成电路U2的Vin引脚连接所述36V直流稳压电源100，集成电路U2的GND引脚接地，集成电路U2的Vout引脚为输出端，输出+24V直流稳压电能，连接集成电路U3的IN引脚，集成电路U3的OUT引脚连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接集成电路U3的ADJ引脚，二极管D2的正极连接电阻R5的一端，负极为+24V直流电能输出端，电阻R6一端连接二极管D2的负极，另一端分别与电阻R7的一端、电容C2的一端、稳压管Z2的负极连接，电阻R7的另一端、电容C2的另一端和稳压管Z2的正极均接地，电阻R6与电阻R7连接端为信号+24MOUT输出引脚，与所述井下控制执行供电单元300连接。

其中，集成电路U3对输出电流的大小控制可通过如下公式计算：

Ilimit1 = 1.2 / R5 （公式1）

其中，Ilimit1为集成电路U3输出电流值，本实施例中R5 = 5.6Ω/2W，则Ilimit1≈ 0.214A。

多通道电源管理单元200中的+15V直流稳压电能限流转换输出203，包括，集成电路U4、集成电路U5、二极管D3、稳压管Z3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3，其中，集成电路U4选用LM317KC芯片，集成电路U5选用L78S15芯片，二极管D3选用1N4007，稳压管Z3选用1N4732，集成电路U4的IN引脚连接集成电路U2的Vout引脚，集成电路U4的OUT引脚连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接集成电路U4的ADJ引脚，二极管D3的正极连接电阻R8的一端，负极连接集成电路U5的Vin引脚，集成电路U5的GND引脚接地，集成电路U5的Vout引脚为+15V直流稳压电能输出引脚，电阻R9的一端连接集成电路U5的Vout引脚，另一端分别与电阻R10的一端、电容C3的一端、稳压管Z3的负极连接，电阻R10的另一端、电容C3的另一端、稳压管Z3的正极均接地，电阻R9与电阻R10连接端为信号+15MOUT输出引脚，与所述井下控制执行供电单元300连接。

其中，集成电路U4对输出电流的大小控制可通过如下公式计算：

Ilimit2 = 1.2 / R8 （公式2）

其中，Ilimit2为集成电路U4输出电流值，本实施例中R8 = 5.6Ω/2W，则Ilimit2≈ 0.214A。

多通道电源管理单元200中的带监控+5V直流稳压电能转换输出204，包括，集成电路U6及其外围电路、集成电路U7及其外围电路，其中，集成电路U6选用LT1019芯片，集成电路U7选用HT7027芯片，集成电路U6的IN输入引脚连接二极管D3的负极，二极管D4的负极、电容C4的正极和电容C5的一端连接集成电路U6的IN输入引脚，二极管D4的正极、电容C4的负极和电容C5的另一端均接地，集成电路U6的GND引脚接地，集成电路U6的OUT引脚为+5V直流稳压电能输出引脚，电容C6的正极、电容C7的一端均与集成电路U6的OUT引脚连接，通过电容C6、C7滤波后输出为+5V直流稳压电能输出引脚，集成电路U7的VDD引脚连接集成电路U6的OUT引脚，电容C8一端连接集成电路U6的OUT引脚，另一端接地，电阻R11一端连接集成电路U7的VDD引脚，另一端连接集成电路U7的OUT引脚，集成电路U7的OUT引脚通过电容C9接地，电阻R12的一端连接集成电路U7的OUT引脚通过电容C10接地，电阻R13的一端连接电阻R12的一端，另一端连接RESET信号端，即，连接所述井下控制执行供电单元300，当+5V电压低于+2.7V时，该引脚控制所述井下控制执行供电单元300中的单片机进行复位操作。

值得指出的是，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，都包括在本发明的保护范围之内。