[发明专利]一种钻井无线随钻仪的宽范围AC-DC电源转换系统及方法

说明书

本发明公开一种钻井无线随钻仪的宽范围AC‑DC电源转换系统及方法，包括：三相整流电路与滤波均压电路连接，用于将三相交流电压经整流与滤波后输出直流电压；滤波均压电路与双侧双BUCK PWM变换电路连接，双侧双BUCK PWM变换电路与冲激稳压变压器连接，双侧双BUCK PWM变换电路包括第一MOS管、第二MOS管、驱动电路和PWM变换电路；在滤波均压电路的正极和中点电压之间，中点电压和负极之间分别接入第一MOS管和第二MOS管，通过驱动电路和PWM变换电路控制双MOS管动作，在双MOS管未同步动作时，冲激稳压变压器双边线圈产生电压相同且极性相反的感应电压，以使双MOS管保持半压，以对直流电压进行PWM调制后输出目标电压。对井下三相发电机输出的AC50‑500V电压实现AC‑DC转换，并稳定工作。

技术领域

本发明涉及油田钻井无线随钻系统技术领域，特别是涉及一种钻井无线随钻仪的宽范围AC-DC电源转换系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

油田钻井过程中，无线随钻系统中有光谱测量和旋转导向系统，这两种系统必须由大功率电源供电，且只有利用井下发电机才能实现这种供电。然而，井下发电机的驱动力来自于钻井时循环的泥浆流，其流量和压力取决于泥浆泵的工作状态，导致井下发电机的输出电压波动很大，实际测试中为AC50-500V，这对AC-DC转换电路中的器件提出了极高的要求，如滤波电容的耐压在125℃情况下达到600V，PWM电路中MOS管的耐压达到1200V，而目前高温电容的耐压一般400V，硅MOS管的极限耐压950V，碳化硅MOS管耐压能达到1200V，但价格几千元一只。如果用低电压、大电流的发电机体积太大，无法安装，高电压发电机需要先用交流变压器降压，不仅效率低，同时会产生温升，而且体积大，无法在钻杆里安装。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种钻井无线随钻仪的宽范围AC-DC电源转换系统及方法，采用高低侧双侧双BUCK PWM变换电路和冲激稳压变压器，使电容、MOS管的工作电压降低一半，在井下宽范围交流输入情况下，对井下三相发电机输出的AC50-500V电压实现AC-DC转换，并保证电路稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钻井无线随钻仪的宽范围AC-DC电源转换系统，包括：三相整流电路、滤波均压电路、双侧双BUCK PWM变换电路和冲激稳压变压器；

所述三相整流电路与滤波均压电路连接，用于将三相交流电压经整流与滤波后输出直流电压；

所述滤波均压电路与双侧双BUCK PWM变换电路连接，双侧双BUCK PWM变换电路与冲激稳压变压器连接，所述双侧双BUCK PWM变换电路包括第一MOS管、第二MOS管、驱动电路和PWM变换电路；

在滤波均压电路的正极和中点电压之间，中点电压和负极之间分别接入第一MOS管和第二MOS管，通过驱动电路和PWM变换电路控制双MOS管动作，在双MOS管未同步动作时，冲激稳压变压器双边线圈产生电压相同且极性相反的感应电压，以使双MOS管保持半压，以对直流电压进行PWM调制后输出目标电压。

第二方面，本发明提供一种钻井无线随钻仪的宽范围AC-DC电源转换方法，包括：

对获取的三相交流电压经整流与滤波后输出直流电压；

通过驱动电路和PWM变换电路控制双MOS管动作，以对直流电压进行PWM调制后输出目标电压；

若双MOS管未同步动作时，由冲激稳压变压器双边线圈产生电压相同且极性相反的感应电压，以使双MOS管保持半压状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：