[實用新型]一種基于隔離和延遲技術的大功率DC-DC電源轉換電路

有效

• 申請號: 201820930339.5
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN208597021U
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 張斌;王海時;何正松
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學;成都普洛信德科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 常桑

本實用新型涉及一種基于隔離和延遲技術的大功率DC?DC電源轉換電路。包括：開關管，其柵極連接隔離驅動電路輸出的隔離驅動信號，漏極連接第一直流電壓，源極連接隔離地并通過電感輸出第五直流電壓；PWM控制電路；隔離驅動電路，輸入端連接PWM控制電路的輸出端，輸出開關管的隔離驅動信號，隔離驅動信號大于第一直流電壓；芯片供電電壓產生模塊將第一直流電壓轉換為第三直流電壓和經過延時的第四直流電壓。第三直流電壓為所述隔離驅動電路提供工作電壓，且小于第一直流電壓，并具有隔離地；第四直流電壓為所述PWM控制電路提供工作電壓，且在上電過程中沒有逐漸上升的暫態過程。本實用新型采用隔離驅動和延遲驅動技術實現大功率DC?DC電源轉換電路。

技術領域

本實用新型涉及DC-DC電源轉換電路技術領域，具體的說是一種基于延遲和隔離驅動技術的耐高溫高電壓大功率DC-DC電源轉換電路。

背景技術

在石油隨鉆測量和定向鉆井中，需要在鉆頭附近安裝各種傳感器、控制器、以及電磁閥等機電設備。為了給這些設備提供持續不斷的電能，越來越多的隨鉆測量系統舍棄傳統的電池供電，采用在鉆頭附近安裝小型發電機的方式產生電能。相較于傳統的電池供電，發電機供電可以節省因更換電池而增加的起下鉆時間，提高鉆井效率。小型發電機安裝在鉆柱內，利用流經鉆柱的泥漿的沖力，帶動發電機的葉片轉動，可以持續不斷地產生150V左右的交流電。從原理上，可以采用交流變壓器將該高壓交流電轉換成電壓較低的交流電，然后再整流成低壓直流電，給各種弱電設備(如傳感器、控制器、電磁閥等)供電。但是，交流變壓器由線圈繞磁芯構成，在輸出功率較大的情形下，體積龐大，可靠性差，不適合安裝在鉆頭附近狹小的空間內。因此，一般是先將該交流電經三相整流轉換成高壓直流電，再經體積很小的DC-DC電源轉換電路轉換成弱電設備所需要的低壓直流電。

DC-DC電源轉換電路的基本原理是公知的，即先由一個脈沖寬度調制(PulseWidth Modulation，簡稱PWM)控制器產生占空比可調，也即脈沖寬度可調的方波，再由該方波控制一個金屬氧化物硅(Metal-Oxide-Silicon，簡稱MOS)管的開啟和關閉，從而將輸入直流電斬波成方波，最后經電感、電容無功率損耗濾波后，產生電壓值與輸入電壓不同的輸出電壓。

在具體實現上，目前公知的DC-DC電源轉換電路包含一塊DC-DC控制芯片以及由MOS管、電感、電容、二極管等元器件構成的外圍電路。DC-DC控制芯片包含了PWM控制器、反饋補償、輸出自舉等功能模塊。

公知的DC-DC電源轉換電路實現方式優點是結構簡單、所需元器件少，缺點是：1.DC-DC控制芯片集成度高，因此當系統輸出高功率時，芯片發熱功率大，散熱性能差，無法在井下150度左右的環境溫度下正常工作；2.由于公知DC-DC電源轉換電路實現方式受其自舉驅動技術的限制，在高電壓(約150V)、大功率(約100W)的情形下消耗在MOS管上的開關損耗大，導致MOS管溫度上升高，不能正常工作。因此，盡管DC-DC電源轉換基本原理早已建立，公知的DC-DC電源轉換方案尚不能滿足在隨鉆測量場景中的耐高溫、高電壓、大功率的性能要求。

實用新型內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于隔離和延遲技術的大功率DC-DC電源轉換電路，解決井下DC-DC電源轉換電路系統在高溫、高電壓、大功率情形下的可靠性問題。

本實用新型為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于隔離和延遲技術的大功率DC-DC電源轉換電路，包括：

功率級電路，包括開關管，其柵極連接隔離驅動電路輸出的隔離驅動信號，漏極連接第一直流電壓，源極連接隔離地并通過電感輸出第五直流電壓；

PWM控制電路，包括PWM控制器和與門；所述PWM控制器接收第五直流電壓，輸出脈沖寬度可調的方波；所述與門的一個輸入端連接所述PWM控制器的輸出端，另一個輸入端接收經電阻分壓后的第四直流電壓；