一種感應(yīng)耦合電能傳輸裝置的啟動電路的制作方法
【專利摘要】一種感應(yīng)耦合電能傳輸電路的啟動電路，應(yīng)用于零電壓開關(guān)ZVS控制的感應(yīng)耦合電能傳輸電路ICPT的啟動過程，所述啟動電路至少包括觸發(fā)器（U2）、選擇電路（U34）、開關(guān)管驅(qū)動器（U5）；所述觸發(fā)器（U2）與所述選擇電路（U34）相連，所述選擇電路（U34）與所述開關(guān)管驅(qū)動器（U5）相連，所述開關(guān)管驅(qū)動器（U5）的輸出端與所述ICPT的開關(guān)管相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高，并有效節(jié)約井下電路的空間。
【專利說明】一種感應(yīng)耦合電能傳輸裝置的啟動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及到一種電路的啟動電路，具體地涉及一種感應(yīng)耦合電能傳輸裝置的啟動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]本實(shí)用新型涉及石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，提供一種適用于井下使用的感應(yīng)耦合電能傳輸ICPT啟動電路，使用簡單的控制電路即可確保ICPT電路的正常啟動。
[0003]在油田服務(wù)領(lǐng)域的井下儀器中，為了給井下儀器供電，經(jīng)常要用到非接觸式感應(yīng)率禹合供電方式，即感應(yīng)I禹合電能傳輸ICPT(Inductive Coupled Power Transfer)。模塊分為原邊和副邊，原邊把輸入的直流電壓，通過逆變電路變?yōu)楦哳l交流電。副邊通過感應(yīng)線圈感生出同樣頻率的正弦交流電壓，以達(dá)到傳遞電能的目的。
[0004]原邊的交流逆變電路采用LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和零電壓開關(guān)ZVS控制，根據(jù)諧振電壓的過零點(diǎn)控制開關(guān)電路。此種電路最重要在于起振過程的順利和穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的穩(wěn)定。在電路的啟動過程中，兩個(gè)開關(guān)根 據(jù)諧振電壓的過零點(diǎn)交替開關(guān)，再由LC諧振選頻網(wǎng)絡(luò)，電路會慢慢達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，兩個(gè)開關(guān)也在諧振頻率下交替開關(guān)，形成正弦波。但如果啟動過程形不成有效的開關(guān)交替，電路將不能進(jìn)入諧振狀態(tài)。所以確保在電路啟動的時(shí)候，LC網(wǎng)絡(luò)兩端電壓有過零點(diǎn)，對電路能否正常啟動至關(guān)重要，只有保證了過零點(diǎn)的存在，才會引起開關(guān)的交替，才能通過選頻進(jìn)入諧振狀態(tài)。
[0005]在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的井下儀器中，會出現(xiàn)兩個(gè)不相互接觸的部分，并且這兩部分之間會有電能的傳輸。比如轉(zhuǎn)動速度不一致的同軸的兩個(gè)模塊，在這種場合，采用直接的電連接有諸多不便，更為可靠的做法是采用ICPT (Inductive Coupled Power Transfer)技術(shù)，通過電磁感應(yīng)耦合的方式在儀器的非接觸的不同部分之間傳遞電能。
[0006]ICPT電路一般采用零電壓開關(guān)ZVS (Zero Voltage Switch)控制，可以確保最少的能量損耗。而在啟動階段，電感L和電容C組成的諧振網(wǎng)絡(luò)上能不能形成有效的振蕩電壓就成為電路能否正常啟動的關(guān)鍵。其中，必須確保電壓在啟動的振蕩時(shí)，有過零點(diǎn)。這樣才能促使兩個(gè)開關(guān)輪流開閉，進(jìn)而形成有效的在零點(diǎn)附近的正弦振蕩。
[0007]而在自由振蕩，不外加措施的情況下，很難保證電壓過零點(diǎn)的存在。
[0008]對圖1里列出的電路拓樸，電源輸入時(shí)所接的直流電感(包括兩個(gè)分相器電感)，即Ld、Lspl、Lsp2都比諧振回路的電感Lp要大得多，所以通常在電路工作的穩(wěn)態(tài)時(shí)，電源輸入的DC電流可以近似的看成是恒定的，是開關(guān)網(wǎng)絡(luò)向諧振回路注入類似方波的電流。但是在系統(tǒng)啟動階段，情況是不同的。
[0009]圖2是啟動階段的等效電路圖，兩個(gè)開關(guān)支路中的一個(gè)是閉合的。根據(jù)以下三個(gè)等式，它的狀態(tài)空間方程組可以寫成:
[0010]Ld^-+vc =Ed 5 L^-+Ril =vc，id =iL + C-￡- (I)
atatdt
【權(quán)利要求】
1.一種感應(yīng)耦合電能傳輸電路的啟動電路，應(yīng)用于零電壓開關(guān)ZVS控制的感應(yīng)耦合電能傳輸電路ICPT的啟動過程，其特征在于，所述啟動電路至少包括觸發(fā)器(U2)、選擇電路(U34)、開關(guān)管驅(qū)動器(U5);所述選擇電路(U34)接收所述觸發(fā)器(U2)和所述ZVS控制信號，所述選擇電路(U3)的輸出端與所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)相連，所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)的輸出端與所述ICPT的開關(guān)管相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動電路，其特征在于，還包括觸發(fā)器使能電路(U1)，所述觸發(fā)器使能電路(Ul)的輸出端與所述觸發(fā)器(U2)的使能端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的啟動電路，其特征在于，所述觸發(fā)器使能電路(Ul)至少包括邏輯與門電路(U11)，所述邏輯與門電路(Ull)的第一輸入端連接電源(VCC1)，所述邏輯與門電路(Ull)的第二輸入端連接電源(VCC2)，所述邏輯與門電路(Ull)的輸出端連接所述觸發(fā)器(U2)的使能端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動電路，其特征在于，所述選擇電路(U34)包括邏輯門電路(U3)、邏輯門電路(U4)； 所述邏輯門電路(U3)的第一輸入端與所述觸發(fā)器(U2)輸出端連接， 所述邏輯門電路(U3)的第二輸入端用于引入所述ZVS控制信號； 所述邏輯門電路(U4)的第一輸入端與所述觸發(fā)器(U2)輸出端連接， 所述邏輯門電路(U4)的第二輸入端用于引入所述ZVS控制信號； 所述邏輯門電路(U3)的輸出端連接所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)的第一輸入引腳； 所述邏輯門電路(U4)的輸出端連接所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)的第二輸入引腳。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的啟動電路，其特征在于，所述邏輯門電路(U3)及邏輯門電路(U4)均為邏輯或門電路； 所述邏輯或門電路(U3)的第一輸入端與所述觸發(fā)器(U2)正向輸出端連接， 所述邏輯或門電路(U4)的第一輸入端與所述觸發(fā)器(U2)正向輸出端連接； 所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)為高電平驅(qū)動型。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的啟動電路，其特征在于，所述邏輯門電路(U3)及邏輯門電路(U4)均為邏輯與門電路； 所述邏輯與門電路(U3)的第一輸入端與所述觸發(fā)器(U2)反相輸出端連接， 所述邏輯與門電路(U4)的第一輸入端與所述觸發(fā)器(U2)反相輸出端連接； 所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)為低電平驅(qū)動型。
7.如權(quán)利要求1所述的啟動電路，其特征在于，所述觸發(fā)器(U2)的型號為⑶74HC123E，與所述觸發(fā)器(U2)相連的外圍電阻Rl不小于5千歐姆，與所述觸發(fā)器(U2)相連的外圍電容Cl大于O皮法。
8.如權(quán)利要求5所述的啟動電路，其特征在于，所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)的型號為UCC37324。
9.如權(quán)利要求6所述的啟動電路，其特征在于，所述開關(guān)管驅(qū)動器(U5)的型號為UCC37323。
【文檔編號】H02M1/36GK203788139SQ201420165348
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】孟巍, 朱偉紅, 李春楠 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司