一种基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。

A High Power DC-DC Power Conversion Circuit Based on Isolation and Delay Technology

The utility model relates to a high-power DC DC power supply conversion circuit based on isolation and delay technology. Including: switch tube, whose gate connects the isolated driving signal of isolated driving circuit, drain connects the first DC voltage, source connects the isolated ground and outputs the fifth DC voltage through inductance, PWM control circuit, isolated driving circuit, input connects the output end of PWM control circuit, and outputs the isolated driving signal of switch tube, the isolated driving signal is larger than the first DC voltage. The chip supply voltage generation module converts the DC voltage to the third DC voltage and the delayed fourth DC voltage. The third DC voltage provides the working voltage for the isolated driving circuit, which is less than the first DC voltage and has an isolation ground; the fourth DC voltage provides the working voltage for the PWM control circuit, and there is no transient process of gradual rise during the power-on process. The utility model adopts isolation drive and delay drive technology to realize high-power DC DC power supply conversion circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路
本技术涉及DC-DC电源转换电路
，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。
技术介绍
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(PulseWidthModulation，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。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本技术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。本技术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；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，所述隔离驱动信号大于第一直流电压；芯片供电电压产生模块，接收第一直流电压，用于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；所述第三直流电压为所述隔离驱动电路提供工作电压，且所述第三直流电压小于第一直流电压，并具有隔离地；所述第四直流电压为所述PWM控制电路提供工作电压，且所述第四直流电压在上电过程中没有逐渐上升的暂态过程。所述开关管为NMOS管，所述隔离驱动电路输出的驱动信号大于第一直流电压；所述PWM控制电路还包括：比较器，其正向输入端连接参考电压，反向输入端连接所述PWM控制器的输出端，输出与所述脉冲宽度可调的方波相位相反的方波；且所述PWM控制电路中的与门的一个输入端连接所述比较器的输出端，另一个输入端接收经电阻分压后的第四直流电压。所述芯片供电电压产生模块包括：低功率反激式DC-DC电源转换电路，接收第一直流电压，用于将第一直流电压转换为具有相同电压值的第二直流电压和第三直流电压，所述第二直流电压与所述第一直流电压共地，所述第三直流电压具有隔离地；所述第二直流电压和第三直流电压在上电后逐渐上升到对应的电压值；线性稳压电路，接收第二直流电压，用于将第二直流电压转换为第六直流电压，所述第六直流电压用于为延迟驱动控制电路供电；所述第六直流电压的电压值小于第二直流电压的电压值；延迟驱动控制电路，接收第二直流电压，用于将第二直流电压转换为阶跃的第四直流电压，所述第四直流电压用于为所述PWM控制电路供电；所述第四直流电压与所述第二直流电压在上电结束稳定后的电压值相同。所述第六直流电压还用于为所述PWM控制电路中的比较器和与门提供工作电压，并为所述PWM控制电路中的比较器提供参考电压。所述低功率反激式DC-DC电源转换电路包括：自启动电路，接收第一直流电压，用于在上电启动阶段为低功率DC-DC电源转换电路提供工作电压，并在上电结束后自动切断供电；低功率DC-DC电源转换电路，接收第一直流电压，用于将第一直流电压转换为具有相同电压值的第二直流电压和第三直流电压，所述第二直流电压与所述第一直流电压共地，所述第三直流电压具有隔离地；所述第二直流电压和第三直流电压在上电后逐渐上升到对应的电压值。本技术具有以下优点及有益效果：1、本技术采用多芯片方案取代公知的单芯片方案，提高系统的耐高电压和散热性能，即将将公知的DC-DC控制芯片中的各功能模块按耐压值、功率值等可靠性指标进行分解，每个功能模块由专门筛选的满足其可靠性指标的芯片构成，各芯片按本技术提出的电路结构相互连接，使得除了功率MOS管和二极管等少数简单元器件需要真正承受高电压和高电流外，其他控制和驱动部分只需要承受低电压，消耗低功率，从而放宽了这些部分的设计指标要求。在高温工作环境下，能同时达到多项指标要求的芯片选型比较困难。通过设计指标要求的放宽，可以使某些芯片选型成为可能，或者使某些芯片选型有较多的选项，或者可以选择较为廉价的芯片。2、本技术采用隔离驱动电路，取代公知方案常用的自举驱动技术，为NMOS提供高电压的驱动信号。隔离驱动采用浮地，在驱动信号电压增高时，浮地电压也随之增高，但二者之差保持不变，维持为一个低电压值。因此，尽管隔离驱动芯片输出为高电压，自身却只需要低电压供电，降低了对芯片的可靠性要求，减少MOS管开关损耗，从而减少MOS管工作温度上升，确保其可靠性。3、本技术采用低功率反激式DC-DC电源转换电路，产生两个低工作电压，其中一个为电路中的各芯片供电，另一个是隔离的电源，为隔离驱动芯片供电。相较于公知的高边驱动采用自举电容供电，采用隔离电源供电可以提供更大的驱动电流，可以使NMOS管开关速度更快，从而减少开关损耗，减少NMOS管发热，提高NMOS管的可靠性。4、本技术采用自启动技术，使得在上电之初，采用一个损耗较大但结构简单的电源转换电路将输入高压直流电转换成低压直流电给低功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隔离和延迟技术的大功率DC‑DC电源转换电路，其特征在于，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；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，所述隔离驱动信号大于第一直流电压；芯片供电电压产生模块，接收第一直流电压，用于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；所述第三直流电压为所述隔离驱动电路提供工作电压，且所述第三直流电压小于第一直流电压，并具有隔离地；所述第四直流电压为所述PWM控制电路提供工作电压，且所述第四直流电压在上电过程中没有逐渐上升的暂态过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路，其特征在于，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；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，所述隔离驱动信号大于第一直流电压；芯片供电电压产生模块，接收第一直流电压，用于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；所述第三直流电压为所述隔离驱动电路提供工作电压，且所述第三直流电压小于第一直流电压，并具有隔离地；所述第四直流电压为所述PWM控制电路提供工作电压，且所述第四直流电压在上电过程中没有逐渐上升的暂态过程。2.根据权利要求1所述的基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路，其特征在于，所述开关管为NMOS管，所述隔离驱动电路输出的驱动信号大于第一直流电压；所述PWM控制电路还包括：比较器，其正向输入端连接参考电压，反向输入端连接所述PWM控制器的输出端，输出与所述脉冲宽度可调的方波相位相反的方波；且所述PWM控制电路中的与门的一个输入端连接所述比较器的输出端，另一个输入端接收经电阻分压后的第四直流电压。3.根据权利要求1所述的基于隔离和延迟技术的大功率DC-DC电源转换电路，其特征在于，所述芯片供电电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，王海时，何正松，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，成都普洛信德科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51