电磁探伤仪的电源系统设计

　　1 电源系统结构

　　电磁探伤仪的电源系统结构如图1所示，该系统由地面变压器、直流稳压电路、DC/DC变压器、5V、±12V电压转换电路和 CMOS控制信号电路等五部分组成。其中地面变压器的作用是将220V的交流电变为170V的交流电，然后再经过直流稳压电路将170V的交流变为直流， 再经过DC/DC变压器得到7V、15V和测试探头的驱动电压，最后分别经过5V和±12V电压转换电路就可得到5V和± 12V的工作电压。

　　2 主要功能模块设计

　　2.1 直流稳压电路

　　本电源系统中的直流稳压电路如图2所示，图2中170V的交流电压经过KC403单向桥式整流后，再由二阶II型网络滤波，输出170V的直流 电压。值得一提的是，由于井下数据是通过170V直流电缆上传的，为了防止后续电路对前端电路产生干扰，在170V整流桥的每个二极管上都并联一个0. 1μF的电容，此外，这些电容能够很好地吸收二极管的开关噪声。在电源滤波电路中，电容的耐压值一般为输入电压的2倍，且电容比较大，这样交流成分 比较容易被滤掉，输出电压比较平滑。

　　2.2 CMOS控制电路

　　所采用的CMOS控制电路是一种脉宽调制(PWM)电路，PWM波形发生电路主要由或非门CD4001和D触发器CD4013构成，如图3所示。

　　通过电阻R6和电容C10组成的RC网络的反复充放电，使或非门CD4001输出占空比为1：1的方波，经D触发器CD4013四分频后，再或 非，最终得到占空比为1：4的PWM波形，电路的具体时序关系如图4所示。PWM波形产生后，经乙类功率放大电路驱动后用以控制CMOS管的交替导通，从 而得到交流电压。

　　图4 DC/DC转换驱动波形

　　2.3 DC/DC变压器

　　井下电源模块需要提供+5V、±12V和驱动测试探头的电压，且本模块采用推挽隔离变换器方式，其电路原理如图5所示，变压器 T1起隔离和传递能量的作用。在开关管S1开通时，变压器T1的NP1绕组工作并耦合到副边Ns1绕组;开关管S1关断时，NP1向Msl释放能量;反之 亦然。在任何工作条件下，开关管都承受两倍的输入电压，此电路多用于大功率等级的DC/DC电源中，两个开关管都是相互交替打开的，所以两组驱动波形 (PWM)相位差应大于180°，并存在一定死区时间。图5中VOLT+，VOLT-为测试探头的驱动电压。[page]

　　2.4 5V、±12V电压转换电路

　　如图5所示，从DC/DC变换器输出的交流电压VOLT5+和VOLT5-输入到图6对应的管脚，即可分时对C1、C2、C3充电，一般C1、 C2比较大，C3比较小，这是因为大容量电容存在感抗特性，在电源切换时会产生高频率的噪声，从而使滤波效果下降，这时并联一个小电容，弥补这种情况下的 不足。将经过这3个电容后的直流电压接到7805，就可以得到需要的+5V工作电压。从DC/DC变换器输出的交流电压VOLT12揄入到图7对应的管 脚，经过D3对电容C1充电，利用三极管的开关特性将电容C3两端的电压稳到+12V，同理，电容C4两端被稳到-12V。这样便可得到电磁探伤仪所需要 的+5V和±12电压。

　　3 结语

　　对所设计的电源系统进行了大量的室内外试验，结果表明，该电源系统工作正常，能够为井下仪器提供大功率的电能，并在为2000m的传输距离内使井下数据的可靠传输，满足了电磁探伤仪供电与传输系统实际需求，为电磁探伤仪的可靠工作提供了保证。