[发明专利]基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路

说明书

本发明涉及一种基于隔离和延迟技术的大功率DC‑DC电源转换电路。包括：开关管，其栅极连接隔离驱动电路输出的隔离驱动信号，漏极连接第一直流电压，源极连接隔离地并通过电感输出第五直流电压；PWM控制电路；隔离驱动电路，输入端连接PWM控制电路的输出端，输出开关管的隔离驱动信号，隔离驱动信号大于第一直流电压；芯片供电电压产生模块将第一直流电压转换为第三直流电压和经过延时的第四直流电压。第三直流电压为所述隔离驱动电路提供工作电压，且小于第一直流电压，并具有隔离地；第四直流电压为所述PWM控制电路提供工作电压，且在上电过程中没有逐渐上升的暂态过程。本发明采用隔离驱动和延迟驱动技术实现大功率DC‑DC电源转换电路。

技术领域

本发明涉及DC-DC电源转换电路技术领域，具体的说是一种基于延迟和隔离驱动技术的耐高温高电压大功率DC-DC电源转换电路。

背景技术

在石油随钻测量和定向钻井中，需要在钻头附近安装各种传感器、控制器、以及电磁阀等机电设备。为了给这些设备提供持续不断的电能，越来越多的随钻测量系统舍弃传统的电池供电，采用在钻头附近安装小型发电机的方式产生电能。相较于传统的电池供电，发电机供电可以节省因更换电池而增加的起下钻时间，提高钻井效率。小型发电机安装在钻柱内，利用流经钻柱的泥浆的冲力，带动发电机的叶片转动，可以持续不断地产生150V左右的交流电。从原理上，可以采用交流变压器将该高压交流电转换成电压较低的交流电，然后再整流成低压直流电，给各种弱电设备(如传感器、控制器、电磁阀等)供电。但是，交流变压器由线圈绕磁芯构成，在输出功率较大的情形下，体积庞大，可靠性差，不适合安装在钻头附近狭小的空间内。因此，一般是先将该交流电经三相整流转换成高压直流电，再经体积很小的DC-DC电源转换电路转换成弱电设备所需要的低压直流电。

DC-DC电源转换电路的基本原理是公知的，即先由一个脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，简称PWM)控制器产生占空比可调，也即脉冲宽度可调的方波，再由该方波控制一个金属氧化物硅(Metal-Oxide-Silicon，简称MOS)管的开启和关闭，从而将输入直流电斩波成方波，最后经电感、电容无功率损耗滤波后，产生电压值与输入电压不同的输出电压。

在具体实现上，目前公知的DC-DC电源转换电路包含一块DC-DC控制芯片以及由MOS管、电感、电容、二极管等元器件构成的外围电路。DC-DC控制芯片包含了PWM控制器、反馈补偿、输出自举等功能模块。

公知的DC-DC电源转换电路实现方式优点是结构简单、所需元器件少，缺点是：1.DC-DC控制芯片集成度高，因此当系统输出高功率时，芯片发热功率大，散热性能差，无法在井下150度左右的环境温度下正常工作；2.由于公知DC-DC电源转换电路实现方式受其自举驱动技术的限制，在高电压(约150V)、大功率(约100W)的情形下消耗在MOS管上的开关损耗大，导致MOS管温度上升高，不能正常工作。因此，尽管DC-DC电源转换基本原理早已建立，公知的DC-DC电源转换方案尚不能满足在随钻测量场景中的耐高温、高电压、大功率的性能要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路，解决井下DC-DC电源转换电路系统在高温、高电压、大功率情形下的可靠性问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路，包括：

功率级电路，包括开关管，其栅极连接隔离驱动电路输出的隔离驱动信号，漏极连接第一直流电压，源极连接隔离地并通过电感输出第五直流电压；

PWM控制电路，包括PWM控制器和与门；所述PWM控制器接收第五直流电压，输出脉冲宽度可调的方波；所述与门的一个输入端连接所述PWM控制器的输出端，另一个输入端接收经电阻分压后的第四直流电压；