一种基于并联均流技术的开关电源电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于智能钻井工具的井下电源电路，特别是涉及一种基于并联均 流技术的反激式开关电源电路，属于石油天然气钻井领域。
【背景技术】
[0002] 电源是电子设备的心脏，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性能，而且设备 故障的60%都与电源有着直接的关系。现在电子产品使用的电源大致分为线性稳压电源 和开关稳压电源，线性稳压电源的功率器件工作在放大区，缺点是变换效率低，一般只有 30% -60%，开关稳压电源的功率器件工作在开关状态，变换效率可达70% -95%。
[0003] 根据负载对供电可靠性要求不同，开关稳压电源有三种运行工作模式：集中式单 机运行模式，此种方式只有一个电源给负载供电；并联运行模式，此种方式利用多台电源并 联给负载供电，每个电源平均承载负载功率；并联冗余运行模式，采用多台稳压模块并联给 负载供电，另有n台并联电源作为后备电源，当前工作模块出现故障时，后备模块即可投入 运行。集中式单机运行模式结构简单，成本低，但可靠性差；并联运行模式和并联冗余运行 模式可靠性较高，但成本也较高。并联运行是电源技术的发展方向之一，也是实现组合大功 率电源系统的关键。
[0004] 采用泥浆涡轮发电机进行供电的智能钻井工具，具有钻井液流量波动大、泥浆涡 轮发电机产生的交流电压波动范围宽以及用电负载功率较大等特点，采用反激式开关电源 技术可获得稳定的直流电能输出，但单块稳压电源仅能获得50W左右的电能输出，无法满 足大功率用电负载的需求，因此基于并联均流技术，根据智能钻井工具电子控制单元需求， 将多块反激式开关稳压电源并联起来，获得较大的输出功率，增强智能钻井工具携带负载 的能力，提高工具井下工作时的稳定性和安全性，具有重要的理论意义和应用价值。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于并联均流技术的开关电源电 路。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路包括：三相 整流滤波电路和多个并联的稳压电源；其其三相整流滤波电路包括三相全桥整流电路和电 容滤波电路，与泥浆涡轮发电机相连接，用于将泥浆涡轮发电机产生的三相低频交流电能 转换成粗直流电能，输出至各并联稳压电源；稳压电源的输出与电子控制单元连接；稳压 电源包括反激式变压器、高频整流滤波电路、采样反馈电路、PWM控制电路和均流电路，其 中：反激式变压器的输入端为并联的稳压电源的输入端，与三相整流滤波电路连接，反激式 变压器的输出端与高频整流滤波电路的输入端连接，高频整流滤波电路的输出端为稳压电 源的输出端，与电子控制单元连接，采样反馈电路的输入端与反激式变压器和高频整流滤 波电路连接，采样反馈电路的输出端与PWM控制电路连接，均流电路的采样输入端与高频 整流电路的输出回路连接，均流电路具有均流信号端，各并联的稳压电源中均流电路的均 流信号端均通过均流母线LS相互连接，均流电路的输出端与采样反馈电路连接，PffM控制 电路的输出端与反激式变压器连接。
[0007] 所述的均流电路包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、 第二电容C2、第三电容C3和均流芯片Ul ;其中：第八电阻R8的一端与高频整流滤波电路的 输出端连接，另一端与电子控制单元310连接；第九电阻R9的一端与高频整流滤波电路的 输出端连接，另一端与均流芯片Ul的第二引脚连接；第十电阻RlO的一端与电子控制单元 连接，另一端与均流芯片Ul的第一引脚连接；第十一电阻Rll的一端与均流芯片Ul的第五 引脚连接，另一端与采样反馈电路13连接；第二电容C2的一端与均流芯片Ul的第一引脚 连接，另一端与均流芯片Ul的第八引脚连接；第三电容C3的一端与均流芯片Ul的第四引 脚连接，另一端与均流芯片Ul的第六引脚连接；均流芯片Ul的第三引脚为电源端，与+5V 电源连接，第四引脚为地线端，第七引脚为均流信号输入端，与均流母线LS连接。
[0008] 所述的均流芯片Ul采用UC29002D芯片。
[0009] 所述的三相整流滤波电路包括由整流二极管D1-D6组成的三相全桥整流电路 2101和第一至第四电解电容E1-E4组成的滤波电路；三相全桥整流电路的输入端与泥浆涡 轮发电机的三相低频交流电能输出端U、V、W连接，三相全桥整流电路的输出端与滤波电路 连接，在滤波电路中，第一电解电容El与第二电解电容E2串联连接后，与第三电解电容E3 和第四电解电容E4串联连接后再相互并联连接，用于滤除三相全桥整流电路输出直流电 能中的纹波成分，滤波电路的输出电压记为V in，其输出端与各并联的稳压电源连接。
[0010] 所述的反激式变压器包括原边绕组、副边绕组、功率器件Ql及外围电路；三相整 流滤波电路输出的粗直流电能入反激式变压器的原边绕组，在功率器件Qi导通的时 间内，反激式变压器将粗直流电能V in转换成高频交流电能，存储在原边绕组中，在功率器 件Ql关断的时间内，存储在原边绕组中的高频交流电能传递到副边绕组中，电容Cl和二极 管D7组成峰值保持电路，电阻Rl为电容Cl提供放电回路，反激式变压器的副边绕组为反 激式变压器的输出端。
[0011] 所述的高频整流滤波电路包括半波整流电路和电容滤波电路；半波整流电路的输 入端为高频整流滤波电路的输入端，与反激式变压器的输出端连接，半波整流电路由二极 管D8组成，用于在功率器件Ql关断的时间内对反激式变压器输出的高频交流电压进行半 波整流，电容滤波电路由电容E5组成，用于滤除半波整流电路输出电压中的纹波成分；高 频整流滤波电路的输出端与电子控制单元连接，二极管D9用于限制反向电压。
[0012] 所述的采样反馈电路包括电流采样反馈电路和电压采样反馈电路，电流反馈采样 电路由第四电阻R4采样功率器件Ql的源级电流，经第五电阻R5后与PffM控制电路中误差 放大器的输出信号进行比较，电压采样反馈电路从高频整流滤波电路的电容滤波电路输出 端采样，经第六电阻R6和第七电阻R7分压后与PffM控制电路中的参考电压进行比较，与电 流反馈采样电路组成双环控制系统，用于调节PWM控制电路输出脉冲信号在一个周期内的 占空比值。
[0013] 本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路的效果：可应用于采用电子控制 单元的智能钻井工具的供电系统中，根据负载需求，提供稳定的直流电能，解决了单块开关 电源电路输出功率较低，难以满足大功率负载需求的不足，以及多块开关电源电路并联运 行负载不均衡的问题，增强智能钻井工具携带负载的能力，提高工具井下工作时的稳定性、 安全性和使用寿命。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路构成框图。
[0015] 图2为本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路中并联均流电路图。
[0016] 图3为本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路中三相整流滤波电路原 理图。
[0017] 图4为本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路中稳压电源一实施例电 路原理图。
[0018] 图5为本发明基于并联均流技术的开关电源电路一实施例的均流效果测试曲线 图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路 进行详细说明。
[0020] 本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路基于脉宽调制开关电源理论，将 泥浆涡轮发电机产生的三相交流电能转换成稳定的直流电能输出，根据负载需求，采用并 联运行模式，将多个稳压电源并联起来给负载供电，利用均流技术实现每个电源平均承载 负载功率，用于智能钻井工具电子控制单元供电。
[0021] 如图1所示，本发明提供的基于并联均流技术的开关电源电路包括：
[0022] 三相整流滤波电路210和多个并联的稳压电源1 ;其中三相整流滤波电路210包 括三相全桥整流电路和电容滤波电路，与泥浆涡轮发电机110相连接，用于将泥浆涡轮发 电机110产生的三相低频交流电能转换成粗直流电能，输出至各并联稳压电源1 ;稳压电源