CN206149162U - 一种铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源,包括CPLD控制芯片(2)、上桥臂隔离驱动(3)、下桥臂隔离驱动(7)，CPLD控制芯片(2)根据外部输入信号(12)分别控制上桥臂隔离驱动(3)和下桥臂隔离驱动(7)，所述上桥臂隔离驱动(3)包括上桥臂DC‑DC隔离电源(4)、上桥臂隔离光耦(5)和上桥臂高压MOS管(6)，所述下桥臂隔离驱动(7)包括下桥臂DC‑DC隔离电源(8)、下桥臂隔离光耦(9)和下桥臂高压MOS管(10)；本实用新型的结构简单、使用方便，其在使用时可以输出占空比在0%~95%之间变化的连续可调高压脉冲、输出高压脉冲频率可以在1Hz~2KHz连续可调、输出高压脉冲上升沿宽度可达0.8μs、下降沿宽度可达20ns，非常适合用于铀矿测井的中子管离子源驱动。

Description

一种铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源

技术领域

本实用新型属于电源设计技术领域，具体涉及一种高压脉冲电源，特别适用于铀矿测井用中子管离子源驱动。

背景技术

脉冲中子测井是指脉冲中子源每隔一定时间发射一定宽度的快中子，照射地层，通过研究中子与地层的相互作用来研究地层。目前该方法主要应用于石油和铀矿勘探与开采行业。小型可控脉冲中子发生器（中子管）是脉冲中子测井***中的一个关键部件，主要包括：离子源电路、存储器加热电路、靶极高压电路。应用于石油测井行业和铀矿测井行业的脉冲中子测井技术有些异同，对于石油测井行业，其中子管离子源驱动高压脉冲电源一般满足幅值在 2KV 左右、频率 20KHz、工作电流0.1mA～0.2mA、上升沿/下降沿在几μs~几ms的要求即可；而对于铀矿测井行业，其中子管离子源驱动高压脉冲电源一般满足幅值在2KV 左右、频率 10Hz~2KHz的要求即可，但是其上升沿/下降沿宽度要求在1us之内，且越窄越好。

现有的中子管离子源多采用潘宁离子源结构，然而近年来，很少见到国外关于潘宁离子源及其驱动方面的研究报道。国内学者发表的文献主要包括：《电力电子技术》的《中子管离子源高压脉冲电源》，东北师范大学的《离子源脉冲高压电源的研制》，西安石油大学的《高温高产额可控脉冲中子发生器研究》。然而，这些不同的中子管离子源驱动脉冲高压电源设计方法多是针对石油脉冲中子测井而言，其输出脉冲的上升沿、下降沿宽度并不能很好满足铀矿脉冲中子测井的要求。

实用新型内容

本实用新型的目在于提供一种结构简单、使用方便，输出高压脉冲频率和占空比在一定范围连续可调，脉冲上升沿和下降沿十分陡峭的铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源。

本实用新型的技术方案是：一种铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源，包括CPLD控制芯片、上桥臂隔离驱动、下桥臂隔离驱动， CPLD控制芯片根据外部输入信号控制CPLD输出合适的时序，分别控制上桥臂隔离驱动和下桥臂隔离驱动，所述上桥臂隔离驱动包括上桥臂DC-DC隔离电源、上桥臂隔离光耦和上桥臂高压MOS管，所述下桥臂隔离驱动包括下桥臂DC-DC隔离电源、下桥臂隔离光耦和下桥臂高压MOS管；+5V供电电源与CPLD控制芯片、上桥臂DC-DC隔离电源、下桥臂DC-DC隔离电源连接，上桥臂隔离光耦与CPLD控制芯片、上桥臂DC-DC隔离电源、上桥臂高压MOS管连接，下桥臂隔离光耦与CPLD控制芯片、下桥臂DC-DC隔离电源、下桥臂高压MOS管连接，输入直流高压电源与上桥臂高压MOS管连接，外部输入信号与CPLD控制芯片连接，高压脉冲电源输出与上桥臂高压MOS管、下桥臂高压MOS管连接。

所述CPLD控制芯片的型号为XC9536，使用MAX809作为其复位芯片，外部输入到CPLD接口的脉冲频率/占空比信号的频率范围为1Hz~2KHz连续可调、占空比范围为0%~95%之间连续可调。

所述上桥臂DC-DC隔离电源和下桥臂DC-DC隔离电源的输入供电电源为+5V，输出+12V、-12V两路隔离电源。

所述上桥臂隔离光耦和下桥臂隔离光耦的型号为ACPL-W340。

所述上桥臂高压MOS管和下桥臂高压MOS管的型号为IXTH1N250，上桥臂高压MOS管的漏极D端接输入直流高压电源，下桥臂高压MOS管的漏极D端接高压脉冲电源输出，在上桥臂高压MOS管和下桥臂高压MOS管之间串联一个高压限流电阻。

本实用新型的优点：结构简单、使用方便，其在使用时可以输出占空比在0%~95%之间变化的连续可调高压脉冲、输出高压脉冲频率可以在1Hz~2KHz连续可调、输出高压脉冲上升沿宽度可达0.8μs、下降沿宽度可达20ns，非常适合用于铀矿测井的中子管离子源驱动。

附图说明

图1为本发明实施例1的***结构示意图；

图2为本发明实施例1的CPLD控制芯片及其***接口原理图；

图3为本发明实施例1的上桥臂隔离驱动和下桥臂隔离驱动原理图。

图中：+5V供电电源(1)，CPLD控制芯片(2)，上桥臂隔离驱动(3)，上桥臂DC-DC隔离电源(4)，上桥臂隔离光耦(5)，上桥臂高压MOS管(6)，下桥臂隔离驱动(7)，下桥臂DC-DC隔离电源(8)，下桥臂隔离光耦(9)，下桥臂高压MOS管(10)，输入直流高压电源(11)，外部输入信号(12)，高压脉冲电源输出(13)。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型作更为详细的描述。

如图1所示，包括CPLD控制芯片2、上桥臂隔离驱动3、下桥臂隔离驱动7，由外部输入信号12控制高压脉冲的频率和占空比，在输入直流高压电源11和高压地之间接入一个半桥式控制电路，采用对直流高压电源进行斩波的方式，通过半桥式高压MOS管的上桥臂和下桥臂交替导通的方式来实现脉冲高压输出，其中：CPLD控制芯片2根据外部输入信号12控制CPLD输出合适的时序，分别控制上桥臂隔离驱动3和下桥臂隔离驱动7，所述上桥臂隔离驱动(3)包括DC-DC隔离电源4、隔离光耦5和上桥臂高压MOS管6，所述下桥臂隔离驱动7包括DC-DC隔离电源8、隔离光耦(9)和下桥臂高压MOS管10；+5V供电电源1与CPLD控制芯片2、上桥臂DC-DC隔离电源4、下桥臂DC-DC隔离电源8连接，上桥臂隔离光耦5与CPLD控制芯片2、上桥臂DC-DC隔离电源4、上桥臂高压MOS管6 连接，下桥臂隔离光耦9 与CPLD控制芯片2、下桥臂DC-DC隔离电源8、下桥臂高压MOS管10 连接，输入直流高压电源11与上桥臂高压MOS管6连接，外部输入信号12与CPLD控制芯片2 连接，高压脉冲电源输出13与上桥臂高压MOS管6、下桥臂高压MOS管10 连接。

所述CPLD控制芯片2的型号为XC9536，使用MAX809作为其复位芯片，外部输入到CPLD接口的脉冲频率/占空比信号的频率范围为1Hz~2KHz连续可调、占空比范围为0%~95%之间连续可调，根据输入信号实现具体的时序切换，包括上桥臂驱动接口和下桥臂驱动接口的导通、截止、死区时间控制等，原理电路如图2所示。

所述上桥臂隔离驱动3和下桥臂隔离驱动7的原理电路如图3所示，上下桥臂隔离驱动均包括DC-DC隔离电源、隔离光耦和高压MOS管，因为上桥臂的地线悬浮，利用高压隔离光耦5和高压隔离电源4实现高低压电源隔离，即采用隔离电源驱动隔离光耦的形式实现高压MOS管的驱动。在CPLD输出和隔离光耦控制输入之间接了一个三极管8050用于增强驱动电流。

所述DC-DC隔离电源的型号为DCH010512DN7，包括上桥臂隔离电源4和下桥臂隔离电源8，其输入电源为+5V，输出±12V，隔离电压3KV，输出通过隔离光耦接到高压MOS的电压控制端。

所述隔离光耦的型号为ACPL-W340，包括上桥臂隔离光耦5和下桥臂隔离光耦9，隔离电压为3.5KV，光耦输入端电源接+5V，上桥臂隔离光耦的输入端控制接口连接CPLD输出的上桥臂驱动输出接口，下桥臂隔离光耦的输入端控制接口连接CPLD输出的下桥臂驱动输出接口，隔离光耦输出端供电电源连接DC-DC隔离电源输出的±12V，隔离光耦输出端连接高压MOS的电压控制端。

实现斩波的上桥臂高压MOS管6和下桥臂高压MOS管10都直接选用高压MOS管，摒弃多个低压MOS管串联的方式，避免因不同器件之间的参数不匹配而导致输出脉冲的上升沿、下降沿宽度无法满足要求，甚至损坏MOS管。高压MOS管选择IXTH1N250，2500V/1A，上下桥臂高压MOS管的死区时间为1μs。在上桥臂高压MOS管6和下桥臂MOS管10之间串联一个高压限流电阻。

一般情况下中子管离子源的工作电流为0.1mA～0.2mA，只要可调直流高压电源的额定输出电流达1mA，脉冲高压电源即可正常工作。

未详细描述内容均为现有技术。

以上所述仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非因此限定本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源，包括CPLD控制芯片(2)、上桥臂隔离驱动(3)、下桥臂隔离驱动(7)，其特征在于：CPLD控制芯片(2)根据外部输入信号(12)分别控制上桥臂隔离驱动(3)和下桥臂隔离驱动(7)，所述上桥臂隔离驱动(3)包括上桥臂DC-DC隔离电源(4)、上桥臂隔离光耦(5)和上桥臂高压MOS管(6)，所述下桥臂隔离驱动(7)包括下桥臂DC-DC隔离电源(8)、下桥臂隔离光耦(9)和下桥臂高压MOS管(10)；+5V供电电源(1)与CPLD控制芯片(2)、上桥臂DC-DC隔离电源(4)、下桥臂DC-DC隔离电源(8)连接，上桥臂隔离光耦(5)与CPLD控制芯片(2)、上桥臂DC-DC隔离电源(4)、上桥臂高压MOS管(6) 连接，下桥臂隔离光耦(9) 与CPLD控制芯片(2)、下桥臂DC-DC隔离电源(8)、下桥臂高压MOS管(10)连接，输入直流高压电源(11)与上桥臂高压MOS管(6) 连接，外部输入信号(12)与CPLD控制芯片(2) 连接，高压脉冲电源输出(13)与上桥臂高压MOS管(6)、下桥臂高压MOS管(10) 连接。

2.根据权利要求1 所述的铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源，其特征在于：所述CPLD控制芯片(2)的型号为XC9536，使用MAX809作为其复位芯片，外部输入到CPLD接口的脉冲频率/占空比信号的频率范围为1Hz~2KHz连续可调、占空比范围为0%~95%之间连续可调。

3.根据权利要求1 所述的铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源，其特征在于：所述上桥臂DC-DC隔离电源(4)和下桥臂DC-DC隔离电源(8)的输入供电电源为+5V，输出+12V、-12V两路隔离电源。

4.根据权利要求1 所述的铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源，其特征在于：所述上桥臂隔离光耦(5)和下桥臂隔离光耦(9)的型号为ACPL-W340。

5.根据权利要求1 所述的铀矿测井用中子管离子源驱动高压脉冲电源，其特征在于：所述上桥臂高压MOS管(6)和下桥臂高压MOS管(10)的型号为IXTH1N250，上桥臂高压MOS管(6)的漏极D端接输入直流高压电源(11)，下桥臂高压MOS管(10)的漏极D端接高压脉冲电源输出(13)，在上桥臂高压MOS管(6)和下桥臂高压MOS管(10)之间串联一个高压限流电阻。