MWD随钻测井仪定向仪150℃电源板设计.pdf

石油仪器
32·
PETROLEUM INSTRUMENIS
2014年2月
?开发设计
MWD随钻测井仪定向仪150℃电源板设计
许晶
(中国石油集团测井有限公司随钻中心陕西西安)
摘要:文章针对MWD随钻测井仪定向测量仪电源板进行设计、分析,并给出相应的设计方案。该设计以DCDC控制
器为核心,通过外围 MOSFET、二极管和电感实现DCDC变換,限流功能通过精密电阻米样电路实现。5V和13V电压的
输出可控通过 MOSFET和三极管来实现和保证。
关键词:MWD;随钴測井;定向测量仪电源
中图法分类号:P631.81
文献标识码:B
文章编号:1004-9134(2014)01-0032-03
0引言
接口部分
MWD随钴测量仪的实际应用给定向钻井工艺带
来了一次新的飞跃,它对井下钻具是一个实时监测系
制信
电
统,能随时给定向钻井工作者提供井斜、方位、工具
国「?r-样电+oS→」?13y
面方向和井底温度等参数,使定向钴井工作者随时都
ADS管
IPCC
能了解井下钻具的去向和工作状态,便于控制井眼轨
控制器
迹。这样钻出的井眼轨迹圆滑、井身质量好、减少了
因井身质量差而造成的钴井事故。而且由于实现了实
器
时控制、大大减少了定向造斜的时间,因地层和其它
倍习
原因造成的轨迹偏移也很容易被纠正到正确的轨迹上
来
图1150℃电源板总体框图
MWD随钴测量仪的基础仪器一一定向遥测随钴
1.2150℃电源板接口定义
测井仪,其核心部分为定向仪器。为仪器提供电源保
150℃电源板接口的连接器部分采用21芯接插件
证的是电源板,电源板将锂电池的输出电压变换为主
连接,接口定义见表1。
控板和采集板所需要的电压,为负载供电。电源板为
表1接口定义表
定向遥测随钴测井仪工作提供必要的供电保证,它的
序号
名称
端子号输入输出
备注
可靠性和稳定性直接影响着整套仪器的性能。
地
控制信号
2
输人
1设计思想
25V
输人
1.1150℃电源板总体框图
输出
图1所示为MWD随钻测井仪定向仪150℃电源
受控5V
检测信号
输出
板的总体框图,输人为锂电池供电,范围18V
受控13v
输出
30V,输出四路,其中一路5V,纹波不超过200mV,
56789
受-13V
输出
其余三路为可控的5V和正负13V,纹波也不超过
其余端子为空
200mV。对外接口有两个,一个检测口,检测锂电13主要性能指标
池供电;一个控制信号,控制一路5V和正负13V
(1)150℃电源板运行环境说明
的输出。
150℃电源板运行指标见表2
第一作者简介:许晶,女,1964年生,高级工程师、1990年毕业于西安工业学院无线电技术专业,目前在中国石油测井有限公司随钻测井中
心从事仪器调校工作。邮编:710054
2014年第28卷第1期
许晶:MWD随钴测井仪定向仪150℃电源板设计
33:?
表2运行环境说明表
低压锁死功能;
项目
内容
性能要求
可编程的固定频率:35kHz~500kHz;
工作温度
40C~150℃
可编程短路保抑;
振动
频率范围
55Hz~220Hz
过流时可自动进人打嗝模式;
振动时间
30m
可控的软启动时间;
扫描时间
12 mi
700mV1%精度的参考电压;
幅值
5g
可实现外部同步;
(2)重要性能指标
结温范围:-55℃~+175℃
150℃电源板主要性能指标描述见表3
2.2二极管
表3性能指标描述表
肖特基二极管选用时主要考虑反向耐压值、反向
性能指标名称性能指标要求
说明
电流、前向电流和前向导通电压,根据设计要求和考
输人电压范围
10V-35V
在整个输入电压范围内,输出虑降额,反向耐压值取100V,前向电流取1A,而
电压正常
反向电流和前向导通电压可以按照业界的指标越小越
纹波
150mV
好,最后我们选择了 vishay公司的SBlH100
温度特性
温漂<12mA
25C~150C
SBIH100的性能指标如下
电源调整率
士0.5%
具有过压保护;
负载调整率
低功率损耗和高效率;
整体效率
>82%
低前向导通电压;
2电路设计2
低的泄漏电流;
结温为-55C~+175°C
2.1DCDC控制电路设计
SB1H100的主要特征曲线见图3、图4.
DCDC电路部分主要实现5V和正、负13V输
100
出,架构采用传统的BUCK电路,包括DCDC控制
=175℃
器、MOS管、二极管、电感以及滤波电容
(1)DCDC控制器
据
此控制器是一款内置200mAP沟道MOS管驱动,
T,=125℃
最大输人电压达52V的非同步控制器,能够实现外
部MOS管的完全开通和关闭,而且开关频率、软启
T,=100℃C
0.1
动和过流保护可以很容易地通过一个外围器件进行修
T=25℃
改。在使用时既能满足所需功能的实现,架构又比较
0.01
简单,有利于提高转换效率。DCDC控制器及电路部
00.20.40.60.81.01.21.41.61.8
瞬时正向电压/V
分如图2所示。
Rs
图3典型的瞬时正向特征
10000
C3
C1
RC VDD
1000
? ss ISNSD?
100
50C
FB GND
RSOR,I
DIZI
1区
T-100C0
C
0.1
图2DCDC控制器及电路部分
T-25℃
0.01
(2)DCDC控制器的性能指标
40
额定峰值反向电压/
输出电压范围:5.5V~52V
内置200mA的P- MOSFET驱动;
图4典型的反向特征