一种过压保护电路及控制开关的制作方法

1.本实用新型属于电路控制、保护技术领域，用于给石油井下仪器供电，将输入电压限定在安全值范围内，尤其是涉及一种过压保护电路及控制开关。


背景技术：

2.石油和天然气埋藏在地下几十米到至几千米的油气层中，要把它开采出来，需要在地面和地下油气层之间建立一条油气通道，这条通道就是井，统称为石油井。在石油开采的过程中需要使用到石油井下开采仪器，石油井下开采仪器是否可靠影响着油田开发能否顺利进行，也很大程度上决定了油田开发的速度；石油井下仪器主要测量油井内部的温度、压力、配水量及仪器位置，工作于地层下1000-2000米的石油管道内部，将检测到的数据通过通信电缆传送到上位机进行人机交互，上位机软件可显示监测数据并向石油井下仪器发送指令控制其动作；由于石油井下环境复杂，电压过高可加速电气设备老化，降低寿命，甚至可使仪器烧坏；并且，电压过高也可能会出现短路，进而导致大电流现象，测井过程中仪器需要下到地层1000-2000米的位置处，若井下仪器出现问题时，很难通过人机交互解决问题，如果在井下出现故障会对石油开发造成不小的干扰，因此需要过压保护电路来防止石油井下仪器设备电压过高造成的损坏。
3.例如申请号为cn218161442u的中国专利公开了过压保护电路，过压保护电路包括检测调节电路、开关管和开关控制电路；开关管连接于直流电源和负载之间；检测调节电路与直流电源连接，包括第一可调电阻和第二可调电阻，第一可调电阻和第二可调电阻的一端分别连接直流电源和地，该第一可调电阻的另一端和第二可调电阻的另一端连接，并连接开关控制电路，以检测直流电源的输入电压，并输出检测电压至开关控制电路；开关控制电路与检测调节电路及开关管相连，用于根据来自检测调节电路的检测电压来控制开关管导通或关断。上述中的过压保护电路是通过两个电阻分压进行过压保护的，两个电阻串联接在电源、电压和地之间，两个电阻根据阻值进行分压，将过压保护三极管连接在两个电阻之间，当电源电压减去r3上的电压值可以使q1导通时，q2导通，电流经过r5、r6到地，q3关断，后端电路关断，停止向负载供电，此时电源电压值为关断电压；前方直流电源电压较低，只能应用于小电流的电路，过高的电源电压可能导致电流增大，从而使过压保护开关失效；缺少滤波电容滤波，虽然前方使用电源电压进行供电，但是三极管的发射级和集电极会自激产生振荡电压，在电路关断时电压不稳定，产生100多ma的电流造成大电流现象；同时震荡电压还会使纹波增大，如果整个电路里有模拟电路，也会对模拟电路的信号产生影响，造成过大的干扰；没有防止反电压和电压倒灌对电路造成损害的措施。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种过压保护电路及控制开关，以解决相关技术存在的过压保护效果欠佳的问题。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种过压保护电路，包括
开关控制电路、过压保护电路和滤波电路，所述开关控制电路连接于直流电源和负载之间，所述过压保护电路和滤波电路分别与所述电源连接，所述开关控制电路包括整流二极管和第一三极管，所述整流二极管的一端与所述电源连接，另一端与第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极与所述负载连接，所述滤波电路的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述第一三极管的基极连接，所述过压保护电路的一端与所述整流二极管连接，另一端与所述滤波电路和第一三极管的集电极连接。
6.所述过压保护电路包括至少串联的第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的负极分别与所述第一三极管集的发射极和整流二极管连接，正极与所述第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极与第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述滤波电路连接并接地，第二三极管的集电极与所述第一三极管的集电极连接。
7.所述过压保护电路还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻的一端与所述第二稳压二极管的正极连接，另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二限流电阻的一端与所述第一三极管的集电极连接，另一端与所述第二三极管的集电极连接。
8.所述滤波电路包括第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容的一端与所述第一三极管发射极连接，另一端与所述第二滤波电容的一端连接，第二滤波电容的另一端与所述第一三极管基极连接，其中，所述第一滤波电容和第二滤波电容的负极均与所述过压保护电路连接。
9.所述开关控制电路还包括第三滤波电容，所述第三滤波电容的一端与所述整流二极管连接，另一端与所述第一三极管集电极连接并接地。
10.包括变压器，所述第一三极管发射极与所述变压器的输入端连接，所述变压器的输出端与所述负载连接。
11.一种过压保护控制开关。
12.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
13.本实用新型通过在过压保护电路上设置两个串联稳压二极管进行过压保护，电源电压值超过两个稳压二极管耐压值之和时，第二三极管导通，电流通过第二三极管流向地，第一三极管关断，停止向负载供电，此时电源电压为关断电压，提高对石油井下仪器的过压保护。
14.本实用新型通过在过压保护电路上设置整流二极管，前方供电的直流电源电压可以很高，扩大了电源电压的伏值范围，关断电压由两个稳压二极管的稳压值之和决定，电压值只需要能够带起后端电路，供电电源的电压值可高可低，低可以十几伏，高可以达到一百多伏，如果前方供电电源的电压过高，避免稳压二极管损坏，可以将两个串联的稳压二极管换成三个串联的稳压二极管，避免前方供电电源的电压过高，造成稳压二极管损坏。
15.本实用新型通过在过压保护电路上设置两个滤波电容，滤波电容的作用是隔直通交，对于直流电来说相当于断路，而交流电可以对电容进行充电并通过电容对地放电，从而消耗交流电，第一三极管、第二三极管产生的自激振荡被滤波电容消过滤掉，这样开关电路向后提供的电压为纯净的直流电。
16.本实用新型通过在过压保护电路的电源与电压和电路之间添加一个整流二极管，整流二极管正端接电源电压，负端接开关三极管的发射极，用以防止因操作失误在电源端
加反电压对电路造成损害。
附图说明
17.图1为本实施例的过压保护控制开关电路示意图；
18.图2为本实施例的三极管伏安特性曲线示意图；
19.图3为本实施例的二极管伏安特性曲线示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.如图1所示，一种过压保护电路，包括开关控制电路、过压保护电路和滤波电路，所述开关控制电路连接于直流电源和负载之间，所述过压保护电路和滤波电路分别与所述电源连接，所述开关控制电路包括整流二极管和第一三极管，所述整流二极管的一端与所述电源连接，另一端与第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极与所述负载连接，所述滤波电路的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述第一三极管的基极连接，所述过压保护电路的一端与所述整流二极管连接，另一端与所述滤波电路和第一三极管的集电极连接；使用时，直流电源电压来的电流通过整流二极管d1单向流入电路，交流电通过滤波电容c1流向地，直流电经过开关三极管的集电极到发射级，加到变压器的一次侧，经过变压后给负载供电；当电源电压慢慢升高至高于稳压二极管d2和d3的耐压值时，稳压二极管被击穿，开始负向导通，由于三极管q1的发射极接地，基极电压高于发射极，三极管q1导通，电流由三极管q1流向大地，此时开关三极管q2由于集电极没有电压而工作在截止区，相当于一个断开的开关，后级电路没有启动电压，处于不工作状态；如果电源电压又减小到稳压二极管d1、d2的耐压值之和以下，稳压二极管停止反向导通，电源电压又通过开关三极管q2的集电极和发射极加在变压器的一次侧，此时开关三极管q2工作在饱和区，电路开始工作，避免因电压过高造成若井下仪器损坏。
22.如图1所示，本实施例中的整流二极管d1对应整流二极管，滤波电容c1对应第三滤波电容，q2三极管对应第一三极管、d2稳压二极管对应第一稳压二极管、d3稳压二极管对应第二稳压二极管、q1三极管对于第二三极管、c3滤波电容对应第一滤波电容、c2滤波电容对应第二滤波电容、r1限流电阻对应第一限流电阻、r2限流电阻对应第二限流电阻。
23.如图1所示，直流电源正极与整流二极管d1的正极连接，整流二极管d1正负与c1滤波电容的正极连接，c1滤波电容负极接地，同时与q1三极管的集电极连接，q1三极管的发射极分别与变压器和c3滤波电容连接，变压器与负载连接，c3滤波电容与c2滤波电容串联负极接地，c2滤波电容与q2三极管的基极连接，并与q1三极管的发射极连接，q1三极管的集电极与r2限流电阻连接，r2限流电阻与q2三极管的基极连接，q1三极管基极与r1限流电阻连接，r1限流电阻与d3稳压二极管和d2稳压二极管连接，其中的d3稳压二极管和d2稳压二极管并联，d2稳压二极管与d1整流二极管连接；其中的q1三极管、q2三极管均采用npn型三极管，r1限流电阻和r2限流电阻使用大阻值电阻进行限流，c1滤波电容、c2滤波电容、c3滤波电容均采用22微法的高耐压值滤波电容，进一步采用比如250v或者300v滤波电容。
24.进一步的理解，上述实施例中的d2稳压二极管、d3稳压二极管可以是多个串联设
置，连接方式与上述实施例中的原理相同，采用三个稳压二极管串联，其中的一端与d1整流二极管连接，另一端r1限流电阻连接，其目的在于避免前方供电电源的电压过高，造成稳压二极管损坏。
25.如图1-图3所示，实际工作时，电源电压来的电流通过整流二极管d1单向流入电路，交流电通过滤波电容c1流向地，由于直流电源模块内部元器件的工作会产生部分自激振荡被滤波电容消过滤掉，这样开关电路向后提供的电压为纯净的直流电；直流电经过开关三极管的集电极到发射级，加到变压器的一次侧，经过变压后给负载供电；当电源电压慢慢升高至高于稳压二极管d2和d3的耐压值时，稳压二极管被击穿，开始负向导通；由于三极管q1的发射极接地，基极电压高于发射极，三极管q1导通，电流由三极管q1流向大地，此时开关三极管q2由于集电极没有电压而工作在截止区，相当于一个断开的开关，后级电路没有启动电压，处于不工作状态；如果电源电压又减小到稳压二极管d1、d2的耐压值之和以下，稳压二极管停止反向导通，电源电压又通过开关三极管q2的集电极和发射极加在变压器的一次侧，此时开关三极管q2工作在饱和区，电路开始工作。
26.如图1-图3所示，一种过压保护控制开关，应用于上述实施例中，工作原理与上述原理相同，此处不在陈述，目的在于实现提高对石油井下仪器的过压保护。
27.如图2、图3所示，具体实施时，本实施例应用于石油井下仪器的电路板上，用于对仪器起保护作用，电路板与传感器等仪器装在石油井下仪器的内部，外部有骨架和外壳加以保护。石油井下仪器主要测量油井内部的温度、压力、配水量及仪器位置，工作于地层下1000-2000米的石油管道内部，将检测到的数据通过通信电缆传送到上位机进行人机交互，上位机软件可显示监测数据并向石油井下仪器发送指令控制其动作。
28.如图2、图3所示，本产品使用了两个串联的稳压二极管，关断电压取决于稳压二极管d2和d3的耐压值之和，耐压值之和必须高于电路的启动电压，否则电源电压低于电路启动电压时电路不工作，高于耐压值之和时也不工作，所以稳压二极管d2和d3的耐压值之应当高于启动电压；滤波电容在选型时需要选择耐压值高的电容，防止电压突增击穿导致的损坏，滤波效果与电容容值有关，电容值越大滤波效果越好，输出电压波形越平滑，同时为了不影响充放电的速度，本电路中使用22微法左右的电容最合适。
29.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种过压保护电路，其特征在于，包括开关控制电路、过压保护电路和滤波电路，所述开关控制电路连接于直流电源和负载之间，所述过压保护电路和滤波电路分别与所述电源连接，所述开关控制电路包括整流二极管和第一三极管，所述整流二极管的一端与所述电源连接，另一端与第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极与所述负载连接，所述滤波电路的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述第一三极管的基极连接，所述过压保护电路的一端与所述整流二极管连接，另一端与所述滤波电路和第一三极管的集电极连接；所述过压保护电路包括至少串联的第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的负极分别与所述第一三极管集的发射极和整流二极管连接，正极与所述第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极与第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述滤波电路连接并接地，第二三极管的集电极与所述第一三极管的集电极连接。2.根据权利要求1所述的一种过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻的一端与所述第二稳压二极管的正极连接，另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二限流电阻的一端与所述第一三极管的集电极连接，另一端与所述第二三极管的集电极连接。3.根据权利要求1所述的一种过压保护电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容的一端与所述第一三极管发射极连接，另一端与所述第二滤波电容的一端连接，第二滤波电容的另一端与所述第一三极管基极连接，其中，所述第一滤波电容和第二滤波电容的负极均与所述过压保护电路连接。4.根据权利要求1所述的一种过压保护电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括第三滤波电容，所述第三滤波电容的一端与所述整流二极管连接，另一端与所述第一三极管集电极连接并接地。5.根据权利要求1所述的一种过压保护电路，其特征在于，包括变压器，所述第一三极管发射极与所述变压器的输入端连接，所述变压器的输出端与所述负载连接。6.一种过压保护控制开关，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的一种过压保护电路。

技术总结
本实用新型公开了一种过压保护电路及控制开关，属于电路控制、保护技术领域，用于给石油井下仪器供电，将输入电压限定在安全值范围内，避免石油井下仪器因电源过高造成损坏。本实用新型通过在过压保护电路上设置两个串联的稳压二极管进行过压保护，电源电压值超过两个稳压二极管耐压值之和时，第二三极管导通，电流通过第二三极管流向地，第一三极管关断，停止向负载供电，此时电源电压为关断电压，提高过压保护效果；设置两个滤波电容，第一三极管、第二三极管产生的自激振荡被滤波电容消过滤掉，这样开关电路模块向后提供的电压为纯净的直流电。的直流电。的直流电。


技术研发人员：赵康乐 蔡抒瑾 黄世幸 郭流洋 李文钧 梁俊杰 刘伟 周银霞
受保护的技术使用者：西安罗格石油仪器有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/9/16