系列发电机组ECM内部电源电路解析

张国送

中石化中原石油工程有限公司　河南　濮阳　457000

摘要：卡特3600系列发电机组是大功率高速强载发电机，由于皮实耐用的特点被广泛应用于野外及恶劣环境下，颇受石油钻井的青睐。本文将介绍电源部分。

关键词：电源供应　电子控制模块　自举电路　电荷泵　反激电路　低压电源电路　高压电源电路

Analysis of EMC internal power supply circuit in Carter 3600 series power generation unit

Zhang Guosong

Zhongyuan Petroleum Engineering Co.，Ltd.，SINOPEC，Puyang 457000，China

Abstract：Carter 3600 series power generation unit belongs to large power generator with fast speed and high load that has a wide application range especially in outdoors and bad environment，which is favored by petroleum and drilling industries.This paper mainly analyses the EMC internal power supply circuit in Carter 3600 series power generation unit especially in its part of power.

Keywords：power supply；electric control module；bootstrap circuit；charge pump；flyback ciruit；low-voltage power supply circuit；high-voltage power supply circuit

柴油发电机组电子控制模块（ECM）的电源供应电路主要分为内部电源和外部电源两部分。内部电源是指给控制操作提供的电源，外部电源是指给外部传感器提供电源。卡特电源信号（CAT HSDL LINK）和开关信号（KeySwitch）输入数字应用集成电路（Dig ASIC）将其变成数字信号，通过数据传输（data link）和微处理器进行数据交换，来实现对电源电路的控制和检测，保证发电机组良好运行。电源电路（power supplies）结构框图如图1所示。

DC-DC的变换器。它可以使输入电压产生变化（升高或降低，并可以产生负电压）。其内部的MOSFET开关阵列以一定方式控制快速电容器进行充电和放电，从而使输入电压以一定因数（1/2，2或3）倍增或降低，因而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以得到高达80%的效率，只需简单的外接陶瓷电容就可以得到理想的效果。应用在卡特发电机组电子控制模块（ECM）电源供应电路中作用：在发动机启动期间，会导致启动电瓶的电压下降达不到+12V，则低电压电源供应（Low-V Power Supply）电路不能开始运行。为了克服这种情况，安装一个电荷泵，它将提供总够电压来保证低电压供电电路正常工作。电荷泵是通过一个68336’s SPI 时钟来驱动的，但在复位后必须尽快设置一个最低有效频率为33KHz.

3　低电压电源电路

低电压电源是一种反激电路的设计。反激电路（flyback）：反激的英文译为Flyback，即回扫的意思。在卡特发电机组电子控制模块（ECM）电源供应电路中作用：低电压供电电路提供几种电压，为主板线性电路提供的+13.8V，并通过7805（三端稳压集成电路）给所有数字电路提供的标准+5V Vcc电压；为传感器提供+13V，通过

图1 电源电路结构

降压电路后变成数字传感器需要+8V、模拟传感器需要+5V和速度传感器需要的+12V；提供+11V电压给Vgs通过开关量及PWM驱动打开N通道的MOSFET晶体管。低电压电源供应集成电路在需要提供+10V电压才能开始工作。当发动机启动时，电瓶的电压达不到+10V，为了克服这种情况，将电荷泵设计到控制电路中，可以允许电瓶电压低至+8V.

1　自举电路

自举电路（bootstrap）：也称作升压电路，利用自举升压二极管和升压电容等电子元器件，通过电容充放电功能，电容电压和电源电压累加，使得电路电压升高.有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。在卡特发电机组电子控制模块（ECM）电源供应电路中作用：在电源供应电路启动之前，先通过两种方式打开自举电路，一种是启动钥匙开关量的输入，另一种是通过数据连接（data link）接受到一个启动位的信号。自举电路输出一个电压+13V电压给传感器供电，保证发电机正常启动。

4　高压电源电路

高压电源电路也是电源供应的成员之一，它的功能是给电子控制单元喷油器（EUI）提供108V的电源。通过微处理（Microprocessor）设置高电压电源控制位来控制高电压的输出，使用模数转换来将监测的电压传输到微处理中，通过数据运算分析和逻辑判断，确定合理的控制参数，并将其转化成脉宽调制（PWD）电信号，经过高压电源电路提供的高压来控制各个喷油器的正时和喷油量，保

2　电荷泵

电荷泵（charge pump），也称作开关电容式电压变换器，是利用“快速”（flying）或“泵送”电容来储能的

（下转第29页）

23

2017年第2期工业、生产系统包括氮气置换、天然气置换、升压检漏等3个组成部分。4　建立天然气管道投产管理信息平台

为了给天然气投产管理提供信息数据支持，建立了天然气投产管理信息平台，实现天然气投产管理的统一化、模式化、数字化。方便用户获取各种与天然气投产相关的各种信息，改变以往天然气管线投产只靠经验的做法，利用软件将天然气投产过程程序化、信息化，为天然气投产提供信息与决策支持，最终达到实现天然气安全投产、降低事故的目的。5　效果评价

通过近期在投产管段上应用投产软件进行辅助投产，软件使用过程中通用性较强，所包含投产标准、设备调试标准、设备种类、应急预案内容等全面具体，与实际现场符合性较好。并且投产数据计算结果与最后投产结束使用的氮气量、天然气量误差控制在1%以内。因此该软件可以适用于天然气长输管道及站场的辅助投产，节约了劳动力，提高了投产安全。4.1　投产准备阶段

工程概况包括工程简介、线路工程、站场工艺、仪表及自控、通信系统、供电系统、防腐及阴保、公用工程、气源概况等内容。6　结束语

该系统的研发可在今后的天然气投产保运作业中起到积极的指导作用，为投产作业提供控制方法，提高投产安全性，掌握投产进度，合理的安排实施各阶段流程以节省投产时间和成本，提高投产效率。4.2　投产作业

天然气管线投产工作主要包括投产作业子系统部分和主系统两部分。子系统部分包括电气系统、工艺设备系统、自控系统、消防系统和通信系统等5个部分。投产主（上接第23页）

证喷油器良好精确有序的工作，使柴油机在任何状态下，达到最优状态。

峰译.北京：人民邮电出版社，2013

[4]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2008

[5]陈光东.单片微型计算机原理与接口技术[M].武汉：华中理工大学出版社，1998.

[6]筱霞.传感器原理与应用[M].2版.成都：电子科技大学出版社，2004：1-12.

[8]Ulaby F T，Moore P K，Fung A K.Microwave Remote Sensing：Volume I.Addision-Wesley Publishing Company，1981.

[9]Nagrth I J，Copal M.Control System Engineering.New York：Halsted Press，A Division of John Wiley & Sons，Inc，1982.

[10]Sung-Mo Kang，Yusuf Leblebici.CMOS Digital Integrated Circuits Analysis and Design.McGraw-Hill，1996.

[11]Caterpiller ADEMⅢ-16 Hardware Specification，1998

5　结论

在环境恶劣、工况复杂并大负荷连续运转的石油钻井平台，配置操作简单、高效可靠、供电平稳和维护方便的卡特发电机组尤为关键。3600系列卡特发电机组的电子控制模块（ECM）很好的运用微电子技术来实现精确控制，能够很好保障钻井平台的电力供应。未来的卡特发电电机组将向智能化多元化的方向发展，微电子技术将会得到广泛的应用，了解其电子电路将会对以后的优化产品研究有很大的帮助。

参考文献

[1]陈永真.反激式开关电源设计、制作、调试[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]张幽彤，范伯元.柴油机电子控制技术应用开发研究[C]//.中国科协第三届青年学术年会议文集，1998

[3]Marc T.Thompson.实用模拟电子电路设计[M].张乐

作者简介

张国送，男，工程师，本科工学，石油装备电气。

（上接第26页）

耗，从而也就起到了节能降耗的目的，能够进一步提高使用常压装置的生态效益，有利于让炼油厂朝着节能、降耗、绿色、环保的方向发展，为节能性社会的建设做出更多贡献。参考文献

[1]段瑞峰，曾祥芝，纪佳丽，等.常压低氧小鼠氧耗量

测定新装置的研究及应用[J].中国应用生理学杂志，2014，4：

382-384.

[2]刘慧军，侯涛，杨彬.IDA_011型全馏程和IPP_02C型倾点智能在线分析仪在常压蒸馏装置汽油和柴油馏出口分析上的应用[J].中国新技术新产品，2012（18）：147.

[3]Crossing Automation公司预计前端自动化业务将强劲增长公布推出端对端的真空和常压晶圆级自动装置计划[J].微型机与应用，2010，8：68.

29