专利名称：中子发生器供电电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流电源，具体的说，是涉及一种在井下随钻中子孔隙度测 量中为中子发生器供电的直流升压电源。
技术背景在高效开发复杂油藏方面，地质导向钻井技术具有明显优势。随钻中子孔隙度测 量系统是钻井地质导向技术中的关键组成部分，地层孔隙度则是实施综合地层评价的重要 地质参数之一。在随钻中子孔隙度测量系统中，由于井下的工作环境恶劣，要求井下测量工 具必须能满足耐高温高压、抗振动以及空间结构狭小的客观要求。中子发生器是一种由中 子管、高压电源及控制电路组成的小型加速器中子源，它是随钻中子孔隙度测量系统的关 键部件，对其供电电源的要求为需要耐高温、响应速度快、升压比高以及体积小。但是，现有 技术中的直流电源，并没有一种可以同时满足上列几项要求的，因此，就需要设计专用的直 流升压电源对中子发生器进行供电
实用新型内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种随钻中子孔隙度测 量系统中的中子发生器供电电源，该种直流电源可适用于井下高温环境，并且具有响应速 度快、升压比高以及体积小的特点。本实用新型的技术方案是该种中子发生器供电电源，具有电压输入端和电压输 出端，在所述电压输入端和电压输出端之间并联有两个基本相同的升压模块。其中，所述两 个升压模块均以两块相同的电流型脉宽调制芯片作为控制器，以两个相同的功率管作为开 关管，以两个相同的电感作为储能及能量释放元件，以2个相同的输出电容器作为能量输 出存储元件。由前述控制器的脉冲输出端向开关管的栅极输出控制信号，通过开关管的通 或断，使电感储存能量或释放能量，由电感所储存的能量释放于输出电容器中；在两个升压 模块之间有两个二极管，以阻止前述两个升压模块相互充电。本实用新型具有如下有益效果该种中子发生器供电电源的整个电路由两个升压 模块并联组成，两个升压模块均通过误差信号控制电感的峰值电流，使电感储存能量并释 放能量，最终由传递能量的多少来控制输出电压。当电感工作在电流断续模式下时，即电感 的电流峰值较大时，就能够实现较高的升压比，由此使得本种直流电源能够具有较快的响 应速度和较高的升压比。此外，在这种模式下，选择合适的电感磁芯用材料，例如铁硅铝环 形磁芯，经特殊绕制后，就会具有耐高温、体积小的特点。因此，本种直流电源的出现，可以 有效地为随钻中子孔隙度测量系统中的中子发生器提供满足需要的直流电源。
图1是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种随钻中子孔隙度测量系统中的中子发生器供电电源，具有电压 输入端Vin和电压输出端Vout，独特之处在于在所述电压输入端和电压输出端之间并联 有两个结构基本相同的升压模块。其中，所述两个升压模块分别以两个相同的电流型脉宽 调制芯片Ul和芯片U3作为控制器，以两个相同的功率管Ql和功率管Q2作为开关管，以两 个相同的电感Ll和电感L2作为储能及能量释放元件，以两个相同的输出电容器C5和电容 器Cll作为能量输出存储元件。由前述控制器的脉冲输出端向开关管的栅极输出控制信 号，通过开关管的通或断，使电感储存能量或释放能量，由电感所储存的能量释放于输出电 容器中。此外，在两个升压模块之间安放有二极管D2和二极管D4，其目的在于阻止前述两 个升压模块相互充电。下面，结合附图，对其中的组成元件以及功能做详细说明本直流电源的整个电路由两个模块并联组成，其中二极管D2和二极管D4的作用 在于分别阻止两个模块相互充电。两个升压模块均以两块相同的电流型脉宽调制芯片Ul 和芯片U3作为控制器，通过误差信号控制电感Ll和电感L2的峰值电流，间接地控制PWM 脉冲宽度。开关管Ql和开关管Q2分别以电流型脉宽调制芯片Ul和芯片U3设定的频率通 断，使电感Ll和电感L2储存能量并释放能量。当开关管Q1、和开关管Q2导通时，电感则以 Vin/Ll和Vin/L2的速度充电，把能量储存在电感Ll和电感L2的线圈中。当开关管Ql、和开 关管Q2截止时，电感Ll和电感L2产生出反向感应电压，通过二极管Dl和二极管D3把储 存的电能分别以(Vwt-Vin)/Li和(V。ut-Vin)/L2的速度释放到输出电容器C5和输出电容器 Cll中，由此，形成了输出电压。这样，输出电压由传递能量多少来控制，而传递能量的多少 又可以通过电感电流的峰值来控制。在本案中，输入电压Vin不仅用于升压变换，同时又给 芯片供电，输入电压通过限流电阻Rl和电阻R8后直接给芯片供电。此外，为使上述方案得到优化实施，即为了减小电流型脉宽调制芯片Ul和芯片U3 的功耗流，以降低其温升，可以在两个模块的每一个脉冲输出端与功率管栅极之间加装一 个开关管驱动器，从而提高了本电路在高温环境下工作的可靠性，所加装的开关管驱动器 如图所示，分别为芯片U2和芯片U4。实施时，可以选用的电流型脉宽调制芯片为UC1842型 芯片，选用的开关管驱动器为IR2101型芯片。此外，为了使开关管栅极的脉宽调制驱动信 号能够保证在15V左右，可分别在开关管Ql和开关管Q2的栅极上接入一个15V稳压二极 管Zl和稳压二极管Z2，以实现对栅极的保护。在本种直流电源中，整个稳压过程包含了两个闭环控制。一为电压环，即输出电压 通过取样后反馈给误差放大器，用于同放大器内部的2. 5V基准电压比较后产生误差电压， 误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。二为电流环，即电阻Rsl和电阻Rs2 分别为开关管源极到公共端间的电流检测电阻，开关管导通期间流经电感Ll和电感L2的 电流在电阻Rsl和电阻Rs2上产生的电压送至芯片Ul和芯片U3的PWM比较器同相输入 端，与误差电压进行比较后控制调制脉冲的脉宽，从而保持了稳定的输出电压，误差信号实 际控制着峰值电感电流。此外，由于本种直流电源为满足井下中子发生器的特殊需要，要求能够实现较大 的升压比，例如达到6. 25。因此，就要求电感Ll和电感L2需要工作在电流断续模式，由此导致电感Ll和电感L2上所承受的电流峰值较大。也就要求在电源工作中，电感要避免饱 和以及温升过高的现象。考虑到磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大，因此可以 选择能够在300°C高温下工作的铁硅铝环形磁芯，其承受峰值电流能力较强，电磁干扰低。 而绕制电感的导线则可以选用AWG26高温导线，这样就能有效降低电感的温升。 此外，由于受到空间结构狭小的限制，要求整个电源的体积必须小于 280 X 29 X 22mm3,因此，电感Ll和电感L2上的磁环可以分别用3个小磁环代替，单独绕制 好以后再串联等效成电感Ll和电感L2。
权利要求一种中子发生器供电电源，具有电压输入端和电压输出端，其特征在于在所述电压输入端和电压输出端之间并联有两个升压模块；其中，所述两个升压模块分别以两块相同的电流型脉宽调制芯片(U1，U3)作为控制器，以两个相同的功率管(Q1，Q2)作为开关管，以两个相同的电感(L1，L2)作为储能及能量释放元件，以两个相同的输出电容器(C5，C11)作为能量输出存储元件；由前述控制器的脉冲输出端向开关管的栅极输出控制信号，通过开关管的通或断，使电感储存能量或释放能量，由电感所储存的能量释放于输出电容器中；在两个升压模块之间有两个二极管(D2，D4)，以阻止前述两个升压模块相互充电。
2.根据权利要求1中所述的中子发生器供电电源，其特征在于在所述控制器的脉冲 输出端和开关管的栅极之间加装一个开关管驱动器。
3.根据权利要求2中所述的中子发生器供电电源，其特征在于所选用的电流型脉宽 调制芯片为UC1842型芯片，所选用的开关管驱动器为IR2101型芯片，所选用电感的磁芯为 可在300°C下工作的铁硅铝环形磁芯。
专利摘要一种随钻中子孔隙度测量系统中的中子发生器供电电源。主要解决现有的直流电源不能满足随钻中子孔隙度测量系统内中子发生器的供电需求的问题。其特征在于在所述电压输入端和电压输出端之间并联有两个升压模块；其中，所述两个升压模块分别以电流型脉宽调制芯片作为控制器，以功率管作为开关管，以电感作为储能及能量释放元件，以输出电容器作为能量输出存储元件；由前述控制器的脉冲输出端向开关管的栅极输出控制信号，通过开关管的通或断，使电感储存能量或释放能量，由电感所储存的能量释放于输出电容器中。该种直流电源可适用于井下高温环境，并且具有响应速度快、升压比高以及体积小的特点，能够满足井下中子发生器对直流电源的需求。
文档编号H05H3/06GK201674395SQ20102018388
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者宋延淳, 张程光, 毛为民, 艾维平, 贾衡天, 邓乐 申请人:中国石油集团钻井工程技术研究院