專利名稱：中子發(fā)生器供電電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流電源，具體的說，是涉及一種在井下隨鉆中子孔隙度測 量中為中子發(fā)生器供電的直流升壓電源。
技術(shù)背景在高效開發(fā)復(fù)雜油藏方面，地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。隨鉆中子孔隙度測 量系統(tǒng)是鉆井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中的關(guān)鍵組成部分，地層孔隙度則是實施綜合地層評價的重要 地質(zhì)參數(shù)之一。在隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)中，由于井下的工作環(huán)境惡劣，要求井下測量工 具必須能滿足耐高溫高壓、抗振動以及空間結(jié)構(gòu)狹小的客觀要求。中子發(fā)生器是一種由中 子管、高壓電源及控制電路組成的小型加速器中子源，它是隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)的關(guān) 鍵部件，對其供電電源的要求為需要耐高溫、響應(yīng)速度快、升壓比高以及體積小。但是，現(xiàn)有 技術(shù)中的直流電源，并沒有一種可以同時滿足上列幾項要求的，因此，就需要設(shè)計專用的直 流升壓電源對中子發(fā)生器進行供電
實用新型內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問題，本實用新型提供一種隨鉆中子孔隙度測 量系統(tǒng)中的中子發(fā)生器供電電源，該種直流電源可適用于井下高溫環(huán)境，并且具有響應(yīng)速 度快、升壓比高以及體積小的特點。本實用新型的技術(shù)方案是該種中子發(fā)生器供電電源，具有電壓輸入端和電壓輸 出端，在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間并聯(lián)有兩個基本相同的升壓模塊。其中，所述兩 個升壓模塊均以兩塊相同的電流型脈寬調(diào)制芯片作為控制器，以兩個相同的功率管作為開 關(guān)管，以兩個相同的電感作為儲能及能量釋放元件，以2個相同的輸出電容器作為能量輸 出存儲元件。由前述控制器的脈沖輸出端向開關(guān)管的柵極輸出控制信號，通過開關(guān)管的通 或斷，使電感儲存能量或釋放能量，由電感所儲存的能量釋放于輸出電容器中；在兩個升壓 模塊之間有兩個二極管，以阻止前述兩個升壓模塊相互充電。本實用新型具有如下有益效果該種中子發(fā)生器供電電源的整個電路由兩個升壓 模塊并聯(lián)組成，兩個升壓模塊均通過誤差信號控制電感的峰值電流，使電感儲存能量并釋 放能量，最終由傳遞能量的多少來控制輸出電壓。當(dāng)電感工作在電流斷續(xù)模式下時，即電感 的電流峰值較大時，就能夠?qū)崿F(xiàn)較高的升壓比，由此使得本種直流電源能夠具有較快的響 應(yīng)速度和較高的升壓比。此外，在這種模式下，選擇合適的電感磁芯用材料，例如鐵硅鋁環(huán) 形磁芯，經(jīng)特殊繞制后，就會具有耐高溫、體積小的特點。因此，本種直流電源的出現(xiàn)，可以 有效地為隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)中的中子發(fā)生器提供滿足需要的直流電源。

圖1是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明由圖1所示，該種隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)中的中子發(fā)生器供電電源，具有電壓 輸入端Vin和電壓輸出端Vout，獨特之處在于在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間并聯(lián) 有兩個結(jié)構(gòu)基本相同的升壓模塊。其中，所述兩個升壓模塊分別以兩個相同的電流型脈寬 調(diào)制芯片Ul和芯片U3作為控制器，以兩個相同的功率管Ql和功率管Q2作為開關(guān)管，以兩 個相同的電感Ll和電感L2作為儲能及能量釋放元件，以兩個相同的輸出電容器C5和電容 器Cll作為能量輸出存儲元件。由前述控制器的脈沖輸出端向開關(guān)管的柵極輸出控制信 號，通過開關(guān)管的通或斷，使電感儲存能量或釋放能量，由電感所儲存的能量釋放于輸出電 容器中。此外，在兩個升壓模塊之間安放有二極管D2和二極管D4，其目的在于阻止前述兩 個升壓模塊相互充電。下面，結(jié)合附圖，對其中的組成元件以及功能做詳細(xì)說明本直流電源的整個電路由兩個模塊并聯(lián)組成，其中二極管D2和二極管D4的作用 在于分別阻止兩個模塊相互充電。兩個升壓模塊均以兩塊相同的電流型脈寬調(diào)制芯片Ul 和芯片U3作為控制器，通過誤差信號控制電感Ll和電感L2的峰值電流，間接地控制PWM 脈沖寬度。開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2分別以電流型脈寬調(diào)制芯片Ul和芯片U3設(shè)定的頻率通 斷，使電感Ll和電感L2儲存能量并釋放能量。當(dāng)開關(guān)管Q1、和開關(guān)管Q2導(dǎo)通時，電感則以 Vin/Ll和Vin/L2的速度充電，把能量儲存在電感Ll和電感L2的線圈中。當(dāng)開關(guān)管Ql、和開 關(guān)管Q2截止時，電感Ll和電感L2產(chǎn)生出反向感應(yīng)電壓，通過二極管Dl和二極管D3把儲 存的電能分別以(Vwt-Vin)/Li和(V。ut-Vin)/L2的速度釋放到輸出電容器C5和輸出電容器 Cll中，由此，形成了輸出電壓。這樣，輸出電壓由傳遞能量多少來控制，而傳遞能量的多少 又可以通過電感電流的峰值來控制。在本案中，輸入電壓Vin不僅用于升壓變換，同時又給 芯片供電，輸入電壓通過限流電阻Rl和電阻R8后直接給芯片供電。此外，為使上述方案得到優(yōu)化實施，即為了減小電流型脈寬調(diào)制芯片Ul和芯片U3 的功耗流，以降低其溫升，可以在兩個模塊的每一個脈沖輸出端與功率管柵極之間加裝一 個開關(guān)管驅(qū)動器，從而提高了本電路在高溫環(huán)境下工作的可靠性，所加裝的開關(guān)管驅(qū)動器 如圖所示，分別為芯片U2和芯片U4。實施時，可以選用的電流型脈寬調(diào)制芯片為UC1842型 芯片，選用的開關(guān)管驅(qū)動器為IR2101型芯片。此外，為了使開關(guān)管柵極的脈寬調(diào)制驅(qū)動信 號能夠保證在15V左右，可分別在開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2的柵極上接入一個15V穩(wěn)壓二極 管Zl和穩(wěn)壓二極管Z2，以實現(xiàn)對柵極的保護。在本種直流電源中，整個穩(wěn)壓過程包含了兩個閉環(huán)控制。一為電壓環(huán)，即輸出電壓 通過取樣后反饋給誤差放大器，用于同放大器內(nèi)部的2. 5V基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓， 誤差放大器控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化。二為電流環(huán)，即電阻Rsl和電阻Rs2 分別為開關(guān)管源極到公共端間的電流檢測電阻，開關(guān)管導(dǎo)通期間流經(jīng)電感Ll和電感L2的 電流在電阻Rsl和電阻Rs2上產(chǎn)生的電壓送至芯片Ul和芯片U3的PWM比較器同相輸入 端，與誤差電壓進行比較后控制調(diào)制脈沖的脈寬，從而保持了穩(wěn)定的輸出電壓，誤差信號實 際控制著峰值電感電流。此外，由于本種直流電源為滿足井下中子發(fā)生器的特殊需要，要求能夠?qū)崿F(xiàn)較大 的升壓比，例如達到6. 25。因此，就要求電感Ll和電感L2需要工作在電流斷續(xù)模式，由此導(dǎo)致電感Ll和電感L2上所承受的電流峰值較大。也就要求在電源工作中，電感要避免飽 和以及溫升過高的現(xiàn)象?？紤]到磁芯和線徑的選擇對電感性能和溫升影響很大，因此可以 選擇能夠在300°C高溫下工作的鐵硅鋁環(huán)形磁芯，其承受峰值電流能力較強，電磁干擾低。 而繞制電感的導(dǎo)線則可以選用AWG26高溫導(dǎo)線，這樣就能有效降低電感的溫升。 此外，由于受到空間結(jié)構(gòu)狹小的限制，要求整個電源的體積必須小于 280 X 29 X 22mm3,因此，電感Ll和電感L2上的磁環(huán)可以分別用3個小磁環(huán)代替，單獨繞制 好以后再串聯(lián)等效成電感Ll和電感L2。
權(quán)利要求一種中子發(fā)生器供電電源，具有電壓輸入端和電壓輸出端，其特征在于在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間并聯(lián)有兩個升壓模塊；其中，所述兩個升壓模塊分別以兩塊相同的電流型脈寬調(diào)制芯片(U1，U3)作為控制器，以兩個相同的功率管(Q1，Q2)作為開關(guān)管，以兩個相同的電感(L1，L2)作為儲能及能量釋放元件，以兩個相同的輸出電容器(C5，C11)作為能量輸出存儲元件；由前述控制器的脈沖輸出端向開關(guān)管的柵極輸出控制信號，通過開關(guān)管的通或斷，使電感儲存能量或釋放能量，由電感所儲存的能量釋放于輸出電容器中；在兩個升壓模塊之間有兩個二極管(D2，D4)，以阻止前述兩個升壓模塊相互充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的中子發(fā)生器供電電源，其特征在于在所述控制器的脈沖 輸出端和開關(guān)管的柵極之間加裝一個開關(guān)管驅(qū)動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的中子發(fā)生器供電電源，其特征在于所選用的電流型脈寬 調(diào)制芯片為UC1842型芯片，所選用的開關(guān)管驅(qū)動器為IR2101型芯片，所選用電感的磁芯為 可在300°C下工作的鐵硅鋁環(huán)形磁芯。
專利摘要一種隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)中的中子發(fā)生器供電電源。主要解決現(xiàn)有的直流電源不能滿足隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)內(nèi)中子發(fā)生器的供電需求的問題。其特征在于在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間并聯(lián)有兩個升壓模塊；其中，所述兩個升壓模塊分別以電流型脈寬調(diào)制芯片作為控制器，以功率管作為開關(guān)管，以電感作為儲能及能量釋放元件，以輸出電容器作為能量輸出存儲元件；由前述控制器的脈沖輸出端向開關(guān)管的柵極輸出控制信號，通過開關(guān)管的通或斷，使電感儲存能量或釋放能量，由電感所儲存的能量釋放于輸出電容器中。該種直流電源可適用于井下高溫環(huán)境，并且具有響應(yīng)速度快、升壓比高以及體積小的特點，能夠滿足井下中子發(fā)生器對直流電源的需求。
文檔編號H05H3/06GK201674395SQ20102018388
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者宋延淳, 張程光, 毛為民, 艾維平, 賈衡天, 鄧樂 申請人:中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院