石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,它包括一個(gè)低壓直流供電模塊和與低壓直流供電模塊連接的多個(gè)通道的保護(hù)模塊,所述的保護(hù)模塊包括供電保護(hù)模塊、DC-DC隔離模塊和輸出保護(hù)模塊,所述的供電保護(hù)模塊包括防反接保護(hù)電路、過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路和瞬態(tài)抑制保護(hù)電路,所述的DC-DC隔離模塊包括集成開關(guān)電源調(diào)整芯片、脈沖變壓器和穩(wěn)壓濾波單元,所述的輸出保護(hù)模塊包括輸出濾波電路、過流過載短路保護(hù)模塊和過電壓保護(hù)模塊。本實(shí)用新型能很好的預(yù)防鉆井現(xiàn)場的連環(huán)事故發(fā)生,降低石油鉆井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn),提高石油鉆井的效益,具有安全性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在石油鉆井作業(yè)的過程中,越來越多的使用智能儀表檢測鉆井作業(yè)過程中涉及的參數(shù)。在智能儀表的使用上,又不得不考慮儀表的供電問題?,F(xiàn)場儀表的供電方式,大致有以下3種:(一)、現(xiàn)場蓄電池供電,包含太陽能電池供電,(二)、現(xiàn)場傳感器獨(dú)立電源供電,(三)、石油鉆井控制系統(tǒng)直接供電。在以上方案中,方案一,存在電池壽命短,可提供功率低等缺點(diǎn),方案二,需要為每路傳感器單獨(dú)設(shè)立供電設(shè)備,成本高,維護(hù)難度大,方案三,石油鉆井控制系統(tǒng)和所有的傳感器共用電源,電源分配屬并聯(lián)關(guān)系,各設(shè)備之間相互影響,一路設(shè)備損壞,整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。因此,針對(duì)在石油鉆井作業(yè)過程中傳感器供電存在的諸多問題,需要一種有效的解決辦法。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,解決在石油鉆井過程中,容易因局部傳感器的損壞導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓而出現(xiàn)故障的問題。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,它包括一個(gè)低壓直流供電模塊和與低壓直流供電模塊連接的多個(gè)通道的保護(hù)模塊,所述的保護(hù)模塊包括供電保護(hù)模塊、DC-DC隔離模塊和輸出保護(hù)模塊,供電保護(hù)電路的兩端分別與低壓直流供電模塊和DC-DC隔離電路連接,DC-DC隔離電路與輸出保護(hù)電路連接。
[0005]所述的供電保護(hù)模塊包括防反接保護(hù)電路、過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路和瞬態(tài)抑制保護(hù)電路,防反接保護(hù)電路和過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路串接在正極輸入電壓上,瞬態(tài)抑制保護(hù)電路并聯(lián)在電源線上。
[0006]所述的防反接保護(hù)電路為電源的極性保護(hù)功能塊,它包括連接成橋式電路的4個(gè)肖特基二極管,相鄰橋臂二極管極性不同的接24V電源輸入,相鄰橋臂二級(jí)管極性相同的負(fù)極端接輸出負(fù)載的正端,相鄰橋臂二級(jí)管極性相同的正極端接輸出負(fù)載的負(fù)端;這樣,無論電源是否按照正確的極性接入,在傳感器負(fù)載上得到的電壓都是正確的極性。這里選擇肖特基二極管的原因是因?yàn)槠湔驂航递^低,經(jīng)過橋電路處理后,電壓降的損耗很小,相對(duì)于24V幾乎可以忽略,肖特基二極管的正向電流根據(jù)通道的功耗來選擇,對(duì)于小功率通道選擇正向電流I安培的二極管,對(duì)于大功率通道選擇正向電流為3安培的二極管。
[0007]所述的過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路用于電路在過壓、過流的情況下實(shí)現(xiàn)持續(xù)的保護(hù)動(dòng)作,它包括兩個(gè)開關(guān)三極管、保護(hù)二極管和相應(yīng)的匹配電阻,其中一個(gè)開關(guān)三極管串聯(lián)保護(hù)二極管和匹配電阻,與另一個(gè)開關(guān)三極管并聯(lián);該電路在工作時(shí),兩只三極管可以等效的看成一只串聯(lián)在電路的開關(guān)和一只并聯(lián)在電路的開關(guān)。正常工作情況下,串聯(lián)的開關(guān)三極管導(dǎo)通,電流流過形成通路,為后級(jí)電路提供能量,當(dāng)電壓過高時(shí),串聯(lián)的開關(guān)三極管截止斷開,切斷供電回路,保護(hù)后級(jí)電路和負(fù)載不受損壞;當(dāng)由于負(fù)載短路造成大電流時(shí),并聯(lián)的開關(guān)三極管導(dǎo)通條件滿足,它與保護(hù)二極管形成回路,同時(shí)讓串聯(lián)的開關(guān)三極管導(dǎo)通條件消失,切斷后級(jí)電路的供電回路,保護(hù)后級(jí)電路。
[0008]所述的瞬態(tài)抑制保護(hù)電路包括瞬態(tài)抑制二極管。瞬態(tài)保護(hù),主要是處理現(xiàn)場的突變尖峰脈沖電壓。在石油鉆井過程中,系統(tǒng)的供電大部分都是使用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電,因此現(xiàn)場的供電相當(dāng)不穩(wěn)定,特別是在系統(tǒng)啟動(dòng)的瞬間,會(huì)出現(xiàn)由現(xiàn)場大功率電機(jī)引起的瞬間高電壓的尖峰脈沖電壓,該電壓值可能是正常工作的電壓值的十幾倍,而往往一般的保護(hù)器件還來不及動(dòng)作,這樣就會(huì)造成供電系統(tǒng)的電源處理部分的損壞,通常會(huì)燒壞電源處理芯片,嚴(yán)重者還會(huì)引起火災(zāi)。利用瞬態(tài)抑制二極管的雪崩效應(yīng),當(dāng)電壓突變時(shí),能在很短時(shí)間內(nèi)將電壓箝位在一個(gè)特定的范圍中。只要選擇合適的瞬態(tài)抑制二級(jí)管的參數(shù),就能到達(dá)對(duì)電源瞬態(tài)變化的保護(hù)作用。將瞬態(tài)抑制二極管加在電源線上,還能防止后級(jí)電路因瞬間的脈沖(如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌)及開關(guān)電源的噪音所導(dǎo)致的故障。
[0009]所述的DC-DC隔離模塊主要是完成能量的隔離傳輸,將輸入的直流電源隔離輸出到輸出級(jí),主要關(guān)心的特性是效率和紋波,效率越高能量的利用就越完全,紋波越好,負(fù)載受到的內(nèi)部干擾就越小。它包括集成開關(guān)電源調(diào)整芯片、脈沖變壓器和穩(wěn)壓濾波單元,集成開關(guān)電源調(diào)整芯片與脈沖變壓器連接,脈沖變壓器與穩(wěn)壓濾波單元連接,穩(wěn)壓濾波單元輸出電壓。
[0010]所述的集成開關(guān)電源調(diào)整芯片為可調(diào)整輸出型電源調(diào)整芯片;通過調(diào)節(jié)其周邊的電阻和電容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓等級(jí)的調(diào)整。同時(shí),脈沖變壓器的原邊主繞組也作為集成開關(guān)電源調(diào)整芯片反饋回路的電感使用,利用電感的互感原理實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。集成開關(guān)電源調(diào)整芯片的具體型號(hào)要根據(jù)該通道中負(fù)載的功率大小選擇。
[0011]所述的脈沖變壓器包括主繞組、取樣反饋繞組和副邊輸出繞組,主繞組和取樣反饋繞組與集成開關(guān)電源調(diào)整芯片連接,副邊繞組與穩(wěn)壓濾波單元連接。通過磁電耦合原理進(jìn)行能量的隔離傳遞,各繞組的設(shè)計(jì)要根據(jù)該通道的輸出功率來設(shè)計(jì),通過需要設(shè)計(jì)的額定輸出功率和效率可以計(jì)算出輸入的功率,根據(jù)集成開關(guān)電源調(diào)整芯片的PWM占空比可以進(jìn)一步計(jì)算出原邊主繞組的電感量,同理計(jì)算得出脈沖變壓器的各繞組匝數(shù)。選擇一定直徑的高強(qiáng)度漆包線進(jìn)行繞制在磁芯上即可設(shè)計(jì)出特定的脈沖變壓器。為了達(dá)到高強(qiáng)度的隔離效果,脈沖變壓器的原邊和副邊需要采用聚脂薄膜或者其它絕緣材料來絕緣處理。
[0012]所述的穩(wěn)壓濾波單元包括集成穩(wěn)壓芯片和LC濾波處理電路。脈沖變壓器的副邊繞組輸出就是得到的隔離后的電源,但是由于脈沖變壓器的工作特性,該電源是脈動(dòng)直流電,由于負(fù)載需要穩(wěn)定的直流電源,因此需要在脈沖變壓器的副邊輸出端加上穩(wěn)壓和濾波處理電路。該電路的穩(wěn)壓部分采用集成穩(wěn)壓芯片來穩(wěn)定輸出電壓,集成穩(wěn)壓芯片具有體積小,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),穩(wěn)壓后再加上LC濾波處理電路就能得到比較穩(wěn)定的直流電源了。
[0013]所述的輸出保護(hù)模塊主要是對(duì)輸出級(jí)進(jìn)行保護(hù)處理,對(duì)于輸出的負(fù)載的短路、過電流過載、容性負(fù)載匹配以及在現(xiàn)場長距離電纜傳輸中可能引入的雷擊作保護(hù)處理,它包括輸出濾波電路、過流過載短路保護(hù)模塊和過電壓保護(hù)模塊。
[0014]所述的輸出濾波電路包括濾波電容和電感;對(duì)于一般的開關(guān)電源模塊都有最大容性負(fù)載要求,如果輸出濾波電容選擇的過小,對(duì)負(fù)載濾波效果不好,但是濾波電容選擇過大,對(duì)電路的啟動(dòng)又會(huì)帶來影響,造成電路無法啟動(dòng)。因此,在本實(shí)用新型的輸出級(jí)需要加上合適的濾波電容,根據(jù)各通道功率的不同,按照每安培10uF的電解電容來選擇。
[0015]所述的過流過載保護(hù)電路包括自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。過流過載保護(hù)電路主要是針對(duì)現(xiàn)場傳感器端,由于在安裝過程中容易人為的造成電源線正負(fù)極短接、正極與外殼短接以及其它造成傳感器電源端短路的情況。在本實(shí)用新型中該部分采用的是一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲,自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的額定電流根據(jù)各通道的負(fù)載功耗來選擇,一般以額定電流的1.5倍至2.5倍選擇。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲與傳感器電源的輸入端的連接方式是串聯(lián)連接,當(dāng)傳感器正常工作時(shí),流過自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的電流在額定電流值的范圍內(nèi),自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈現(xiàn)低阻狀態(tài),相當(dāng)于一條導(dǎo)線連通;當(dāng)傳感器發(fā)生短路大電流故障時(shí),流過保險(xiǎn)絲的電流瞬間增大,自恢復(fù)保險(xiǎn)絲快速的呈現(xiàn)高電阻狀態(tài),幾乎消耗全部的電流,保護(hù)現(xiàn)場傳感器不被大電流損壞;當(dāng)傳感器故障排除后,電流減小時(shí),自恢復(fù)保險(xiǎn)絲自動(dòng)恢復(fù)到低阻狀態(tài),保證電路正常工作。
[0016]所述的過電壓保護(hù)模塊包括光耦、與光耦連接的輸入級(jí)比較電路和調(diào)整電路,它是一個(gè)負(fù)反饋通路。光耦隔離反饋回輸出末級(jí)的電壓值,當(dāng)輸出電壓由某種原因造成電壓升高時(shí),光耦將該電壓按比例取樣反饋到輸入級(jí),在輸入級(jí)進(jìn)行比較后,將輸出電壓降低,達(dá)到輸出自動(dòng)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定值的狀態(tài)。當(dāng)輸出電壓持續(xù)升高無法通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)時(shí),在輸入端切斷供電,達(dá)到保護(hù)傳感器不被損壞的目的。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:采用本實(shí)用新型對(duì)石油鉆井現(xiàn)在的各種傳感器的供電進(jìn)行隔離保護(hù),各傳感器之間的電源是相互獨(dú)立的,當(dāng)某個(gè)傳感器因?yàn)楝F(xiàn)場短路、雷擊引入高壓、和交流線路端接等一系列的故障時(shí),該路傳感器的供電系統(tǒng)立即切斷對(duì)該傳感器供電,同時(shí)切斷主控系統(tǒng)對(duì)本通道的供電,通道工作指示燈指示故障現(xiàn)象。這樣,即便是現(xiàn)場發(fā)生故障,只有在發(fā)生故障的通道停止工作,其它通道的傳感器正常工作,石油鉆井控制設(shè)備正常工作。有了本裝置的使用,不會(huì)發(fā)生因?yàn)閱蝹€(gè)傳感器故障引起系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象,能很好的預(yù)防鉆井現(xiàn)場的連環(huán)事故發(fā)生,降低石油鉆井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn),提高石油鉆井的效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型原理圖;
[0019]圖2為供電保護(hù)模塊示意圖;
[0020]圖3為DC-DC隔離模塊示意圖;
[0021]圖4為輸出保護(hù)模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案,但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0023]如圖1所示,石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,它包括一個(gè)低壓直流供電模塊和與低壓直流供電模塊連接的多個(gè)通道的保護(hù)模塊,所述的保護(hù)模塊包括供電保護(hù)模塊、DC-DC隔離模塊和輸出保護(hù)模塊,供電保護(hù)電路的兩端分別與低壓直流供電模塊和DC-DC隔離電路連接,DC-DC隔離電路與輸出保護(hù)電路連接。
[0024]如圖2所示,所述的供電保護(hù)模塊包括防反接保護(hù)電路、過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路和瞬態(tài)抑制保護(hù)電路,防反接保護(hù)電路和過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路串接在正極輸入電壓上,瞬態(tài)抑制保護(hù)電路并聯(lián)在電源線上。
[0025]所述的防反接保護(hù)電路為電源的極性保護(hù)功能塊,它包括連接成橋式電路的4個(gè)肖特基二極管,相鄰橋臂二極管極性不同的接24V電源輸入,相鄰橋臂二級(jí)管極性相同的負(fù)極端接輸出負(fù)載的正端,相鄰橋臂二級(jí)管極性相同的正極端接輸出負(fù)載的負(fù)端;這樣,無論電源是否按照正確的極性接入,在傳感器負(fù)載上得到的電壓都是正確的極性。這里選擇肖特基二極管的原因是因?yàn)槠湔驂航递^低,經(jīng)過橋電路處理后,電壓降的損耗很小,相對(duì)于24V幾乎可以忽略,肖特基二極管的正向電流根據(jù)通道的功耗來選擇,對(duì)于小功率通道選擇正向電流I安培的二極管,對(duì)于大功率通道選擇正向電流為3安培的二極管。
[0026]所述的過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路用于電路在過壓、過流的情況下實(shí)現(xiàn)持續(xù)的保護(hù)動(dòng)作,它包括兩個(gè)開關(guān)三極管、保護(hù)二極管和相應(yīng)的匹配電阻,其中一個(gè)開關(guān)三極管串聯(lián)保護(hù)二極管和匹配電阻,與另一個(gè)開關(guān)三極管并聯(lián);該電路在工作時(shí),兩只三極管可以等效的看成一只串聯(lián)在電路的開關(guān)和一只并聯(lián)在電路的開關(guān)。正常工作情況下,串聯(lián)的開關(guān)三極管導(dǎo)通,電流流過形成通路,為后級(jí)電路提供能量,當(dāng)電壓過高時(shí),串聯(lián)的開關(guān)三極管截止斷開,切斷供電回路,保護(hù)后級(jí)電路和負(fù)載不受損壞;當(dāng)由于負(fù)載短路造成大電流時(shí),并聯(lián)的開關(guān)三極管導(dǎo)通條件滿足,它與保護(hù)二極管形成回路,同時(shí)讓串聯(lián)的開關(guān)三極管導(dǎo)通條件消失,切斷后級(jí)電路的供電回路,保護(hù)后級(jí)電路。
[0027]所述的瞬態(tài)抑制保護(hù)電路采用瞬態(tài)抑制二極管實(shí)現(xiàn)。瞬態(tài)保護(hù),主要是處理現(xiàn)場的突變尖峰脈沖電壓。在石油鉆井過程中,系統(tǒng)的供電大部分都是使用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電,因此現(xiàn)場的供電相當(dāng)不穩(wěn)定,特別是在系統(tǒng)啟動(dòng)的瞬間,會(huì)出現(xiàn)由現(xiàn)場大功率電機(jī)引起的瞬間高電壓的尖峰脈沖電壓,該電壓值可能是正常工作的電壓值的十幾倍,而往往一般的保護(hù)器件還來不及動(dòng)作,這樣就會(huì)造成供電系統(tǒng)的電源處理部分的損壞,通常會(huì)燒壞電源處理芯片,嚴(yán)重者還會(huì)引起火災(zāi)。利用瞬態(tài)抑制二級(jí)管的雪崩效應(yīng),當(dāng)電壓突變時(shí),能在很短時(shí)間內(nèi)將電壓箝位在一個(gè)特定的范圍中。只要選擇合適的瞬態(tài)抑制二級(jí)管的參數(shù),就能到達(dá)對(duì)電源瞬態(tài)變化的保護(hù)作用。將瞬態(tài)抑制二極管加在電源線上,還能防止后級(jí)電路因瞬間的脈沖(如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌)及開關(guān)電源的噪音所導(dǎo)致的故障。
[0028]所述的DC-DC隔離模塊主要是完成能量的隔離傳輸,將輸入的直流電源隔離輸出到輸出級(jí),主要關(guān)心的特性是效率和紋波,效率越高能量的利用就越完全,紋波越好,負(fù)載受到的內(nèi)部干擾就越小。如圖3所示,它包括集成開關(guān)電源調(diào)整芯片、脈沖變壓器和穩(wěn)壓濾波單元,集成開關(guān)電源調(diào)整芯片與脈沖變壓器連接,脈沖變壓器與穩(wěn)壓濾波單元連接,穩(wěn)壓濾波單元輸出電壓。
[0029]所述的集成開關(guān)電源調(diào)整芯片為可調(diào)整輸出型電源調(diào)整芯片;通過調(diào)節(jié)其周邊的電阻和電容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓等級(jí)的調(diào)整。同時(shí),脈沖變壓器的原邊主繞組也作為集成開關(guān)電源調(diào)整芯片反饋回路的電感使用,利用電感的互感原理實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。集成開關(guān)電源調(diào)整芯片的具體型號(hào)要根據(jù)該通道中負(fù)載的功率大小選擇。
[0030]所述的脈沖變壓器包括主繞組、取樣反饋繞組和副邊輸出繞組,主繞組和取樣反饋繞組與集成開關(guān)電源調(diào)整芯片連接,副邊繞組與穩(wěn)壓濾波單元連接。通過磁電耦合原理進(jìn)行能量的隔離傳遞,各繞組的設(shè)計(jì)要根據(jù)該通道的輸出功率來設(shè)計(jì),通過需要設(shè)計(jì)的額定輸出功率和效率可以計(jì)算出輸入的功率,根據(jù)集成開關(guān)電源調(diào)整芯片的PWM占空比可以進(jìn)一步計(jì)算出原邊主繞組的電感量,同理計(jì)算得出脈沖變壓器的各繞組匝數(shù)。選擇一定直徑的高強(qiáng)度漆包線進(jìn)行繞制在磁芯上即可設(shè)計(jì)出特定的脈沖變壓器。為了達(dá)到高強(qiáng)度的隔離效果,脈沖變壓器的原邊和副邊需要采用聚脂薄膜或者其它絕緣材料來絕緣處理。
[0031]所述的穩(wěn)壓濾波單元包括集成穩(wěn)壓芯片和LC濾波處理電路。脈沖變壓器的副邊繞組輸出就是得到的隔離后的電源,但是由于脈沖變壓器的工作特性,該電源是脈動(dòng)直流電,由于負(fù)載需要穩(wěn)定的直流電源,因此需要在脈沖變壓器的副邊輸出端加上穩(wěn)壓和濾波處理電路。該電路的穩(wěn)壓部分采用集成穩(wěn)壓芯片來穩(wěn)定輸出電壓,集成穩(wěn)壓芯片具有體積小,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),穩(wěn)壓后再加上LC濾波處理電路就能得到比較穩(wěn)定的電源了。
[0032]所述的輸出保護(hù)模塊主要是對(duì)輸出級(jí)進(jìn)行保護(hù)處理,對(duì)于輸出的負(fù)載的短路、過電流過載、容性負(fù)載匹配以及在現(xiàn)場長距離電纜傳輸中可能引入的雷擊作保護(hù)處理,如圖4所示,它包括輸出濾波電路、過流過載短路保護(hù)模塊和過電壓保護(hù)模塊。
[0033]所述的輸出濾波電路包括濾波電容和電感;對(duì)于一般的開關(guān)電源模塊都有最大容性負(fù)載要求,如果輸出濾波電容選擇的過小,對(duì)負(fù)載濾波效果不好,但是濾波電容選擇過大,對(duì)電路的啟動(dòng)又會(huì)帶來影響,造成電路無法啟動(dòng)。因此,在本實(shí)用新型的輸出級(jí)需要加上合適的濾波電容,根據(jù)各通道功率的不同,按照每安培10uF的電解電容來選擇。
[0034]所述的過流過載保護(hù)電路包括自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。過流過載保護(hù)電路主要是針對(duì)現(xiàn)場傳感器端,由于在安裝過程中容易人為的造成電源線正負(fù)極短接、正極與外殼短接以及其它造成傳感器電源端短路的情況。在本實(shí)用新型中該部分采用的是一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲,自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的額定電流根據(jù)各通道的負(fù)載功耗來選擇,一般以額定電流的1.5倍至2.5倍選擇。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲與傳感器電源的輸入端的連接方式是串聯(lián)連接,當(dāng)傳感器正常工作時(shí),流過自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的電流在額定電流值的范圍內(nèi),自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈現(xiàn)低阻狀態(tài),相當(dāng)于一條導(dǎo)線連通;當(dāng)傳感器發(fā)生短路大電流故障時(shí),流過保險(xiǎn)絲的電流瞬間增大,自恢復(fù)保險(xiǎn)絲快速的呈現(xiàn)高電阻狀態(tài),幾乎消耗全部的電流,保護(hù)現(xiàn)場傳感器不被大電流損壞;當(dāng)傳感器故障排除后,電流減小時(shí),自恢復(fù)保險(xiǎn)絲自動(dòng)恢復(fù)到低阻狀態(tài),保證電路正常工作。
[0035]所述的過電壓保護(hù)模塊包括光耦、與光耦連接的輸入級(jí)比較電路和調(diào)整電路,它是一個(gè)負(fù)反饋通路。光耦隔離反饋回輸出末級(jí)的電壓值,當(dāng)輸出電壓由某種原因造成電壓升高時(shí),光耦將該電壓按比例取樣反饋到輸入級(jí),在輸入級(jí)進(jìn)行比較后,將輸出電壓降低,達(dá)到輸出自動(dòng)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定值的狀態(tài)。當(dāng)輸出電壓持續(xù)升高無法通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)時(shí),在輸入端切斷供電,達(dá)到保護(hù)傳感器不被損壞的目的。
[0036]從系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架上說,其主要包含低壓直流供電,供電保護(hù),DC/DC隔離,配電保護(hù)輸出共四個(gè)部分。其中從供電保護(hù)部分開始,就分成了若干個(gè)通道,對(duì)后面的每個(gè)通道作獨(dú)立的保護(hù)設(shè)計(jì),各通道的保護(hù)相互獨(dú)立,互不干擾,根據(jù)各通道適用的傳感器功率不同,調(diào)整各自的輸出功率,對(duì)于一般的兩線制電流型傳感器設(shè)計(jì)的通道功率在1-2瓦,對(duì)于三線制的電流型傳感器功率在3-6瓦,對(duì)于四線制傳感器,比如說電磁流量計(jì)之類的,由于其功耗較大,設(shè)計(jì)功率在10-20瓦。這樣不同的傳感器通道都有2-5倍的功率容限,不會(huì)在使用過程中因?yàn)槟硞€(gè)通道的重載導(dǎo)致其它通道欠壓工作。
【權(quán)利要求】
1.石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:它包括一個(gè)低壓直流供電模塊和與低壓直流供電模塊連接的多個(gè)通道的保護(hù)模塊,所述的保護(hù)模塊包括供電保護(hù)電路、DC-DC隔離電路和輸出保護(hù)電路,供電保護(hù)電路的兩端分別與低壓直流供電模塊和DC-DC隔離電路連接,DC-DC隔離電路與輸出保護(hù)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:所述的供電保護(hù)電路包括防反接保護(hù)電路、過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路和瞬態(tài)抑制保護(hù)電路,防反接保護(hù)電路和過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路串接在正極輸入電壓上,瞬態(tài)抑制保護(hù)電路并聯(lián)在電源線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:所述的防反接保護(hù)電路包括連接成橋式電路的4個(gè)肖特基二極管,相鄰橋臂二極管極性不同的接電源輸入,相鄰橋臂二級(jí)管極性相同的負(fù)極端接輸出負(fù)載的正端,相鄰橋臂二級(jí)管極性相同的正極端接輸出負(fù)載的負(fù)端; 所述的過壓過流自恢復(fù)保護(hù)電路包括兩個(gè)開關(guān)三極管、保護(hù)二極管和相應(yīng)的匹配電阻,其中一個(gè)開關(guān)三極管串聯(lián)保護(hù)二極管和匹配電阻,與另一個(gè)開關(guān)三極管并聯(lián); 所述的瞬態(tài)抑制保護(hù)電路包括瞬態(tài)抑制二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:所述的DC-DC隔離模塊包括集成開關(guān)電源調(diào)整芯片、脈沖變壓器和穩(wěn)壓濾波單元,集成開關(guān)電源調(diào)整芯片與脈沖變壓器連接,脈沖變壓器與穩(wěn)壓濾波單元連接,穩(wěn)壓濾波單元輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:所述的集成開關(guān)電源調(diào)整芯片為可調(diào)整輸出型電源調(diào)整芯片; 所述的脈沖變壓器包括主繞組、取樣反饋繞組和副邊輸出繞組,主繞組和取樣反饋繞組與集成開關(guān)電源調(diào)整芯片連接,副邊繞組與穩(wěn)壓濾波單元連接,脈沖變壓器的原邊和副邊采用聚脂薄膜或者其它絕緣材料進(jìn)行絕緣處理; 所述的穩(wěn)壓濾波單元包括集成穩(wěn)壓芯片和LC濾波處理電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:所述的輸出保護(hù)模塊包括輸出濾波電路、過流過載短路保護(hù)模塊和過電壓保護(hù)模塊,輸出濾波電路連接在輸入電源回路上,過流過載短路保護(hù)模塊與輸出濾波模塊連接,過電壓保護(hù)模塊并聯(lián)在電源線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石油鉆井現(xiàn)場傳感器電源隔離保護(hù)裝置,其特征在于:所述的輸出濾波電路包括濾波電容和電感;所述的過流過載保護(hù)電路包括自恢復(fù)保險(xiǎn)絲組成;所述的過電壓保護(hù)模塊包括光耦、與光耦連接的輸入級(jí)比較電路和調(diào)整電路。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK204179660SQ201420601608
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】黃仁亮, 沈雪松, 舒坦 申請人:四川航天電液控制有限公司