一种用于海洋物探数字包的逐级上电电路的制作方法

本实用新型涉及一种逐级上电电路，特别是一种用于海洋物探数字包的逐级上电电路。

背景技术：

根据作业需求，海洋地球物理勘探水下拖缆的长度一般可达到6到12公里的量级。为了实现长距离、大覆盖范围的地震勘探能力，一般海洋地震勘探拖缆由多根电缆单元通过专用的连接单元串接而成，这些连接被称为数字包的连接单元；除了连接电缆之外，还起到电源转换、数据采集以及数据传输的作用。由于拖缆过长，为了减小电源线上的损耗，一般会采用高压供电的方式，同时为了对拖缆和数字包的故障进行定位和排查，一般要求数字包有逐级上电功能，即数字包可以按照需要接通或者切断后级电源。数字包的逐级上电控制电路基本构成如图1所示，包含开关电路，驱动电路和控制单元三个部分。其中开关电路负责切断或者导通本级至下级的高压电源，常见的有电磁式继电器，固态继电器，P沟道增强型MOS管等；驱动电路的功能是把控制信号转换为开关电路的驱动信号，根据选择开关电路的不同，其构成也不相同，常见的有三极管，MOS管等等；控制单元根据上位机的指令给出控制高压电源的信号，常见的实现方式为FPGA(现场可编程门阵列)或者MCU(微控制单元)等等，其电平是常见的3.3V或者5V逻辑电平。

传统的电磁式继电器虽然接触电阻小，但是其机械接触结构使用寿命有限，并且体积较大。固态继电器和P沟道增强型MOS管虽然驱动电路简单，但是其导通电阻一般较大，工作电压一般较低，如International Rectifier的PVT412A系列固态继电器，耐压为300V，导通电阻为2欧姆；再如International Rectifier的IRF6216系列的PMOS，最高耐压为150V，导通电阻为240毫欧姆。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于海洋物探数字包的逐级上电电路，解决了逐级上电电路占用空间大，导通电阻较大，工作电压不够高、电路复杂等问题。

本实用新型的技术解决方案是：一种用于海洋物探数字包的逐级上电电路，包括：隔离型变压器驱动器、变压器、整流电路、N沟道增强型功率MOS管；隔离型变压器驱动器与变压器连接，变压器再与整流电路连接，整流电路分别连接N沟道增强型功率MOS管的栅极和源极；上电电路的电流从N沟道增强型功率MOS管漏极流入，从N沟道增强型功率MOS管源极流出。

所述N沟道增强型功率MOS管有两个，分别安装在从电源正极引出的电源线和从电源负极引出的电源线上。

所述变压器与整流电路连接的组合有两组，变压器与整流电路的组合分别于一个N沟道增强型功率MOS管连接。

所述隔离型变压器驱动器为MAX845隔离型变压器驱动器。

所述N沟道增强型功率MOS管为45N65M5系列N沟道增强型功率MOS管。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型使用N沟道增强型功率MOS管作为高压电源开关，耐压度高，导通电阻小，可以减小在高压电源回路上的功率损耗，抑制因功率损耗导致的发热。

(2)本实用新型使用隔离型变压器驱动器，接口简单，可以直接与外部控制单元进行交互；使用变压器实现了高低压隔离，可以保护低压控制端不受高压电源影响。

(3)本实用新型整体架构简单，所用器件少，体积小，便于数字包的集成，并在高压电源正负极分别使用独立开关控制，有效预防开关失效造成的故障。

附图说明

图1为逐级上电电路基本构成；

图2为本实用新型数字包逐级上电电路图。

具体实施方式

一种用于海洋物探数字包的逐级上电电路，包括：隔离型变压器驱动器、变压器、整流电路、N沟道增强型功率MOS管；隔离型变压器驱动器与变压器连接，变压器再与整流电路连接，整流电路分别连接N沟道增强型功率MOS管的栅极和源极，上电电路的电流从N沟道增强型功率MOS管漏极流入，从N沟道增强型功率MOS管源极流出。

如图2所示，具体的：驱动电路包含隔离型变压器驱动器、变压器以及整流电路；隔离型变压器驱动器与两个变压器连接，两个变压器分别与整流电路连接，隔离型变压器驱动器接收外部控制单元产生的控制信号，使隔离型变压器驱动器处于工作状态或者关闭状态，变压器将隔离型变压器驱动器输出的交流信号从低压端耦合到高压端并将交流信号传递至整流电路，整流电路把交流信号转为直流信号；整流电路分别与一个N沟道增强型功率MOS管的栅极和源极连接，整流电路将直流信号分别接到N沟道增强型功率MOS管的栅极和源极，形成足够的偏置电压以导通或者截断高压电源线；从高压电源正极引出的高压电源线连接一个N沟道增强型功率MOS管的漏极，从N沟道增强型功率MOS管源极引出的高压电源线与下级电路再进行连接；从高压电源负极引出的高压电源线连接另一个N沟道增强型功率MOS管的源极，并从N沟道增强型功率MOS管漏极引出的高压电源线与下级电路再进行连接；N沟道增强型功率MOS管作为导通开关安装在高压电源线上。上述电路可以在高压电源线上重复设置多个，达到逐级上电的效果。

其工作原理为使用隔离型变压器驱动器产生一个合适的栅源电压，通过变压器耦合到MOS开关，叠加到高压电源上，使得MOS开关导通。其工作流程为：

(1)系统上电后，系统自动给第一级数字包上电，控制信号默认为无效， 此时隔离型变压器驱动器处于关闭状态，N沟道增强型功率MOS管上的栅极和源极之间压降为0，N沟道增强型功率MOS管处于关断状态，下级电源线上没有电压。

(2)当本级数字包初始化完毕，系统下发给下一级上电的命令。

(3)当数字包收到下级上电命令之后，把控制信号置为有效，此时隔离型变压器驱动器处于工作状态，输出一个交流的电信号，通过变压器和整流电路变为一个直流电压耦合到N沟道增强型功率MOS管的栅极和源极之间，此时N沟道增强型功率MOS管的栅极电压高于源极电压，因此高压电源线本级与下级导通，高压电传输到下一级。

(4)如此一级一级上电，实现全部数字包的逐级上电功能。

实施例：

高压电源采用600V进行供电，减小电源传输线上的电流以减小线损。采用超微型MAX845隔离型变压器驱动器作为隔离型变压器驱动器，控制信号接入其SD脚以控制其工作，芯片体积仅为3mm*3mm*1mm。MAX845产生的交流信号，通过变压器耦合到高压端。变压器耦合过来的信号通过二极管和电容整流成直流信号。采用45N65M5系列N沟道增强型功率MOS管作为高压开关单元，芯片体积仅为8mm*8mm*1mm，耐压高达710V，导通电阻仅为86毫欧姆，进一步减小了在开关单元上的电源损耗。经过整流的直流高压信号施加在N沟道增强型功率MOS管的栅极和源极上从而控制高压电源的通断。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。