電磁探傷儀電源轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方法

　　電磁探傷儀采用單芯鎧裝電纜，該電纜既是井下儀器的供電電纜，同時(shí)也是井下儀器與地面的通信電纜，在實(shí)現(xiàn)傳輸與供電的過程中，鎧裝電纜的纜芯和纜皮必須同時(shí)被作為傳輸介質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)上述功能，而且必須采用有效的方法使其同時(shí)實(shí)現(xiàn)供電與信號(hào)傳輸功能。井下儀器的電源包括測(cè)試探頭所需要的交流激勵(lì)電源以及井下控制與檢測(cè)電路所需要的+5V和12V的工作電源，為了實(shí)現(xiàn)供電與信號(hào)的傳輸功能，本文所采用的方法是在地面上將220V的交流電變換為合適的直流電，并通過電纜傳到井下，再經(jīng)DC／DC電壓轉(zhuǎn)換電路輸出5V、12V以及測(cè)試探頭所需要的交流驅(qū)動(dòng)電壓。

　　1、電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　電磁探傷儀的電源系統(tǒng)由地面變壓器、直流穩(wěn)壓電路、DC／DC變壓器、5V、12V電壓轉(zhuǎn)換電路和CMOS控制信號(hào)電路等五部分組成。其中地面變壓器的作用是將220V的交流電變?yōu)?70V的交流電，然后再經(jīng)過直流穩(wěn)壓電路將170V的交流變?yōu)橹绷?，再?jīng)過DC／DC變壓器得到7V、15V和測(cè)試探頭的驅(qū)動(dòng)電壓，最后分別經(jīng)過5V和12V電壓轉(zhuǎn)換電路就可得到5V和12V的工作電壓。

　　2、主要功能模塊設(shè)計(jì)

　　2．1 直流穩(wěn)壓電路

　　本電源系統(tǒng)中的直流穩(wěn)壓電路中170V的交流電壓經(jīng)過KC403單向橋式整流后，再由二階II型網(wǎng)絡(luò)濾波，輸出170V的直流電壓。值得一提的是，由于井下數(shù)據(jù)是通過170V直流電纜上傳的，為了防止后續(xù)電路對(duì)前端電路產(chǎn)生干擾，在170V整流橋的每個(gè)二極管上都并聯(lián)一個(gè)0．1μF的電容，此外，這些電容能夠很好地吸收二極管的開關(guān)噪聲。在電源濾波電路中，電容的耐壓值一般為輸入電壓的2倍，且電容比較大，這樣交流成分比較容易被濾掉，輸出電壓比較平滑。

　　2．2 CMOS控制電路

　　所采用的CMOS控制電路是一種脈寬調(diào)制(PWM)電路，PWM波形發(fā)生電路主要由或非門CD4001和D觸發(fā)器CD4013構(gòu)成。

　　通過電阻R6和電容C10組成的RC網(wǎng)絡(luò)的反復(fù)充放電，使或非門CD4001輸出占空比為1：1的方波，經(jīng)D觸發(fā)器CD4013四分頻后，再或非，最終得到占空比為1：4的PWM波形，。PWM波形產(chǎn)生后，經(jīng)乙類功率放大電路驅(qū)動(dòng)后用以控制CMOS管的交替導(dǎo)通，從而得到交流電壓。

　　2．3 DC／DC變壓器

　　井下電源模塊需要提供+5V、12V和驅(qū)動(dòng)測(cè)試探頭的電壓，且本模塊采用推挽隔離變換器方式，變壓器T1起隔離和傳遞能量的作用。在開關(guān)管S1開通時(shí)，變壓器T1的NP1繞組工作并耦合到副邊Ns1繞組；開關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，NP1向Msl釋放能量；反之亦然。在任何工作條件下，開關(guān)管都承受兩倍的輸入電壓，此電路多用于大功率等級(jí)的DC／DC電源中，兩個(gè)開關(guān)管都是相互交替打開的，所以兩組驅(qū)動(dòng)波形(PWM)相位差應(yīng)大于180%26#176;，并存在一定死區(qū)時(shí)間。

　　2．4 5V、12V電壓轉(zhuǎn)換電路

　　從DC／DC變換器輸出的交流電壓VOLT5+和VOLT5-輸入到圖6對(duì)應(yīng)的管腳，即可分時(shí)對(duì)C1、C2、C3充電，一般C1、C2比較大，C3比較小，這是因?yàn)榇笕萘侩娙荽嬖诟锌固匦?，在電源切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻率的噪聲，從而使濾波效果下降，這時(shí)并聯(lián)一個(gè)小電容，彌補(bǔ)這種情況下的不足。將經(jīng)過這3個(gè)電容后的直流電壓接到7805，就可以得到需要的+5V工作電壓。從DC／DC變換器輸出的交流電壓VOLT12揄入到圖7對(duì)應(yīng)的管腳，經(jīng)過D3對(duì)電容C1充電，利用三極管的開關(guān)特性將電容C3兩端的電壓

　　穩(wěn)到+12V，同理，電容C4兩端被穩(wěn)到-12V。這樣便可得到電磁探傷儀所需要的+5V和12電壓。