石油测井用高温电源的制作方法

文档序号:13250769阅读:749来源:国知局
技术领域本发明创造属于开关电源技术领域,尤其是涉及一种可以工作在125℃环境温度下的开关电源。

背景技术:
开关电源应用广泛,适用于各行各业,但是在石油、钢铁等工业领域,很多时候会遇到过一个普遍性的问题,就是工业领域很多现场情况是高温环境,即温度范围在85℃至125℃,例如石油工业领域的油井内部。而目前石油测井中还在大量使用用分立元器件搭建的线性电源,其电源体积大,效率低,稳定性差,可靠性低,无法保证整个系统的稳定。并且现有的普通开关电源,受限于元器件和变压器等原因,均无法工作在85℃至125℃的工业环境中。

技术实现要素:
本发明创造要解决的问题是现有开关电源的工作温度范围一般均在-40℃至+85℃之间,无法满足一些特定工业领域如石油、钢铁等行业的高温应用,即无法用于+85℃至+125℃的高温环境中,提供一种石油测井用高温电源,通过采用军工级温度标准PWM调制芯片和高温元器件(主要是X7R材质的贴片电容),以及耐高温的变压器,可以应用在+125℃高温环境下。为解决上述技术问题,本发明创造采用的技术方案是:石油测井用高温电源,包括输入滤波电路、PWM主控制器电路、反激式变压器电路、功率开关管电路、输出整流滤波电路和反馈电路,所述反激式变压器电路分别与所述输入滤波电路、开关功率管电路、PWM主控制器电路、输出整流滤波电路相连,所述开关功率管电路还与所述PWM主控制器电路相连,所述反馈电路分别与所述输出整流滤波电路、PWM主控制器电路相连。进一步,所述PWM主控制器电路采用芯片型号为UC1844。进一步,所述反激式变压器电路由变压器TRAN1、二极管D4、D10、D11、稳压电二极管Z1、电容C11、C12、C25、电阻R5、R7、R8构成,所述变压器TRAN1的初级线圈与所述输出整流滤波电路相连,所述变压器TRAN1的第一次级线圈的1端接所述二极管D10的正极,所述二极管D10的负极接所述二极管D11的正极,所述电容C25和电阻R8并联在所述变压器TRAN1的第一次级线圈的2端和所述二极管D11的负极两端,所述变压器TRAN1的第二次级线圈的5端接所述二极管D4的正极,所述二极管D4的负极分别接电阻R5、电容C11、电容C12的一端,所述电阻R5的另一端接电阻R7的一端,所述电阻R7的另一端接所述变压器TRAN1的第一次级线圈的2端,所述变压器TRAN1的第一次级线圈的2端输出VIN信号,所述VIN信号与所述输入滤波电路相连,所述电容C11、电容C12的另一端分别接所述变压器TRAN1的第二次级线圈的6端和所述稳压电二极管Z1的正极,所述稳压电二极管Z1的负极分别接所述二极管D4的负极和接VDD,所述稳压电二极管Z1的正极还接DC-。进一步,所述反馈电路包括光耦U1、运算放大器U4A、U4B和基准源U3,所述光耦U1的输出正端接所述PWM主控制器电路,所述光耦U1的输出负端接DC-,所述光耦U1的输入正端分别接电阻R64、615的一端,所述电阻R64另一端接+24V,所述光耦U1的输入负端分别接电阻615的另一端、所述运算放大器U4A的1脚和电容C13、C29的一端,所述运算放大器U4A的3脚接电阻R23一端,所述运算放大器U4A的2脚分别接所述电阻R1、R17的一端和所述电容C13的另一端,所述电阻R17接所述电容C29的另一端,所述电阻R1另一端分别接所述运算放大器U4B的7脚和5脚,所述电阻R23的另一端分别接基准源U3的1脚和电阻R3、R22的一端,所述基准源U3的2脚、3脚均接GND,所述基准源U3的8脚分别接所述电阻R22另一端和电阻R2一端,所述基准源U3的7脚、6脚均接所述电阻R2的另一端,所述电阻R3的另一端分别接+24V和电容C5一端,所述电容C5另一端分别接所述电阻R2另一端和接GND,所述运算放大器U4B的4脚接GND,所述运算放大器U4B的5脚分别接电阻R24、R25的一端,所述电阻R24另一端接+24V,所述电阻R25另一端接电阻R26一端,所述电阻R26另一端接GND。进一步,所述光耦U1型号为TLP183,所述运算放大器U4A和所述运算放大器U4B型号均为LM2904,所述基准源U3型号为TL431。本发明创造具有的优点和积极效果是:石油测井用高温电源,可以将开关电源应用到石油、钢铁等工业领域的高温环境,为这些领域的各种测量仪器提供了根本保证,不但可以解决工业领域高温现场环境的稳定可靠性问题,而且也为开关电源的应用开辟了一个全新的广阔空间。本发明创造之所以能够应用在高达+125℃的高温环境中,是因为每一个组成部分、每一个元器件,都能够工作在+125℃的环境条件下。PWM主控制器电路等IC都是军品级芯片,反激式变压器电路是采用耐高温漆包线和耐高温磁芯加工而成。电阻、电感、电容这三类主要元器件中,电阻和电感由于自身的特性,本身就可以耐受+125℃以上的高温;对于电容,本发明创造全部采用X7R材质的表面贴装瓷片式电容器,可以保证在-55℃至+125℃的温度范围内正常工作。本发明创造的主要功能是完成在+125℃高温环境下输出电源的稳定,本高温电源经过现场高温环境的测试,体现出其体积小、效率高、高性价比、高可靠性的优势,对石油井下测井系统的稳定起到很大作用。附图说明图1是本发明创造功能框图;图2是输入滤波电路示意图;图3是PWM主控制器电路示意图;图4是反激式变压器电路示意图;图5是开关功率管电路示意图;图6是反馈电路示意图;图7是输出整流滤波电路示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。如图1-7所示,石油测井用高温电源,包括输入滤波电路、PWM主控制器电路、反激式变压器电路、功率开关管电路、输出整流滤波电路和反馈电路,所述反激式变压器电路分别与所述输入滤波电路、开关功率管电路、PWM主控制器电路、输出整流滤波电路相连,所述开关功率管电路还与所述PWM主控制器电路相连,所述反馈电路分别与所述输出整流滤波电路、PWM主控制器电路相连。所述PWM主控制器电路采用芯片型号为UC1844。所述反激式变压器电路由变压器TRAN1、二极管D4、D10、D11、稳压电二极管Z1、电容C11、C12、C25、电阻R5、R7、R8构成,所述变压器TRAN1的初级线圈与所述输出整流滤波电路相连,所述变压器TRAN1的第一次级线圈的1端接所述二极管D10的正极,所述二极管D10的负极接所述二极管D11的正极,所述电容C25和电阻R8并联在所述变压器TRAN1的第一次级线圈的2端和所述二极管D11的负极两端,所述变压器TRAN1的第二次级线圈的5端接所述二极管D4的正极,所述二极管D4的负极分别接电阻R5、电容C11、电容C12的一端,所述电阻R5的另一端接电阻R7的一端,所述电阻R7的另一端接所述变压器TRAN1的第一次级线圈的2端,所述变压器TRAN1的第一次级线圈的2端输出VIN信号,所述VIN信号与所述输入滤波电路相连,所述电容C11、电容C12的另一端分别接所述变压器TRAN1的第二次级线圈的6端和所述稳压电二极管Z1的正极,所述稳压电二极管Z1的负极分别接所述二极管D4的负极和接VDD,所述稳压电二极管Z1的正极还接DC-。所述反馈电路包括光耦U1、运算放大器U4A、U4B和基准源U3,所述光耦U1的输出正端接所述PWM主控制器电路,所述光耦U1的输出负端接DC-,所述光耦U1的输入正端分别接电阻R64、615的一端,所述电阻R64另一端接+24V,所述光耦U1的输入负端分别接电阻615的另一端、所述运算放大器U4A的1脚和电容C13、C29的一端,所述运算放大器U4A的3脚接电阻R23一端,所述运算放大器U4A的2脚分别接所述电阻R1、R17的一端和所述电容C13的另一端,所述电阻R17另一端接所述电容C29的另一端,所述电阻R1另一端分别接所述运算放大器U4B的7脚和5脚,所述电阻R23的另一端分别接基准源U3的1脚和电阻R3、R22的一端,所述基准源U3的2脚、3脚均接GND,所述基准源U3的8脚分别接所述电阻R22另一端和电阻R2一端,所述基准源U3的7脚、6脚均接所述电阻R2的另一端,所述电阻R3的另一端分别接+24V和电容C5一端,所述电容C5另一端分别接所述电阻R2另一端和接GND,所述运算放大器U4B的4脚接GND,所述运算放大器U4B的5脚分别接电阻R24、R25的一端,所述电阻R24另一端接+24V,所述电阻R25另一端接电阻R26一端,所述电阻R26另一端接GND。所述光耦U1型号为TLP183,所述运算放大器U4A和所述运算放大器U4B型号均为LM2904,所述基准源U3型号为TL431。石油测井用高温电源的最佳实施方式为,包括输入滤波电路、PWM主控制器电路、反激式变压器电路、功率开关管电路、输出整流滤波电路、反馈电路。PWM主控制器电路采用德州仪器(TI)的UC1844A芯片,该芯片由高频振荡、误差比较、电流取样比较、脉宽调制锁存、欠压锁定、过压保护等功能电路组成;同时该芯片采用军工级温度标准设计和生产,能够工作在-55℃至+125℃的环境条件下。输入滤波电路使用耐高温的电容元件(采用X7R材质,工作温度范围-55℃至+125℃)组成,用于输入电压的滤波,与反激式变压器电路相连。反激式变压器电路使用耐高温漆包线和耐高温磁芯构成,主要作用为电压变换、功率传送和绝缘隔离等功能。功率开关管电路采用MOS管(工作温度范围-55℃至+150℃),MOS管具有输入阻抗高、开关速度快、通态电阻小、高耐压、成本低廉等优点,是一种极有发展前途的新型MOS功率器件,其主要受PWM主控制器电路来控制MOS管的导通或管断。反馈电路采用125℃军品级的基准源U3、线性光耦U1和运算放大器U4A、U4B等构成,主要用于输出电压的检测并反馈,一旦输出电压发生变压,通过运算放大器U4A、U4B上的积分电路来调节光耦U1的导通电流,而PWM主控制器电路检测到线性光耦U1上导通电流的变化来改变给功率开关管电路的输出频率,从而实现输出电压的精确调节。输出整流滤波电路同样用耐高温电容元件和整流二极管组成与反激式变压器电路、反馈电路连接,使电压的输出更稳定可靠。以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。
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