1 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    電磁探傷儀的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(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和測試探頭的驅(qū)動電壓，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
2．1 直流穩(wěn)壓電路
    本電源系統(tǒng)中的直流穩(wěn)壓電路如圖2所示，圖2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)電路對前端電路產(chǎn)生干擾，在170V整流橋的每個二極管上都并聯(lián)一個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，如圖3所示。

    通過電阻R6和電容C10組成的RC網(wǎng)絡的反復充放電，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，電路的具體時序關(guān)系如圖4所示。PWM波形產(chǎn)生后，經(jīng)乙類功率放大電路驅(qū)動后用以控制CMOS管的交替導通，從而得到交流電壓。

圖4 DC/DC轉(zhuǎn)換驅(qū)動波形

2．3 DC／DC變壓器
    井下電源模塊需要提供+5V、±12V和驅(qū)動測試探頭的電壓，且本模塊采用推挽隔離變換器方式，其電路原理如圖5所示，變壓器T1起隔離和傳遞能量的作用。在開關(guān)管S1開通時，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，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的DC／DC電源中，兩個開關(guān)管都是相互交替打開的，所以兩組驅(qū)動波形(PWM)相位差應大于180°，并存在一定死區(qū)時間。圖5中VOLT+，VOLT-為測試探頭的驅(qū)動電壓。

2．4 5V、±12V電壓轉(zhuǎn)換電路
    如圖5所示，從DC／DC變換器輸出的交流電壓VOLT5+和VOLT5-輸入到圖6對應的管腳，即可分時對C1、C2、C3充電，一般C1、C2比較大，C3比較小，這是因為大容量電容存在感抗特性，在電源切換時會產(chǎn)生高頻率的噪聲，從而使濾波效果下降，這時并聯(lián)一個小電容，彌補這種情況下的不足。將經(jīng)過這3個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對應的管腳，經(jīng)過D3對電容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。

3 結(jié)語
    對所設(shè)計的電源系統(tǒng)進行了大量的室內(nèi)外試驗，結(jié)果表明，該電源系統(tǒng)工作正常，能夠為井下儀器提供大功率的電能，并在為2000m的傳輸距離內(nèi)使井下數(shù)據(jù)的可靠傳輸，滿足了電磁探傷儀供電與傳輸系統(tǒng)實際需求，為電磁探傷儀的可靠工作提供了保證。