● 摘要
本课题是针对捷联式旋转导向系统的工程应用需求，研究井下仪器关键测控电路的高温设计方案。为实现井下超高温电路提供解决方案。
在结合高温要求、复杂的井下环境和井下有限的空间体积，本文首先对高温环境下的器件选型进行了分析,确定了ARM微控制器、片外ADC和IGBT等核心元器件型号；然后在在前期经验总结及大量实际井下数据分析的基础上，结合井下伺服电机特性，本文选择了直流无刷电机方波控制方式，并为无刷直流电机高温隔离驱动电路、数字RDC调理电路和伺服控制电路提供了设计方案；最后对系统PCB设计进行了详细介绍。
首先，介绍了无刷直流电机高温隔离驱动电路。针对直流无刷电机方波控制特点和高温需求，设计出以6管IGBT模块和数字隔离芯片为主的分立元件构建的隔离驱动电路，为ARM微控制器对电机的控制搭建了桥梁。
其次，对比分析了数字RDC（Resolver-to-digital conversion）测量技术中片外AD采集精度与片上AD采集精度，确定了本系统片外AD采集方案。针对ARM微控制器的片上资源，设计了旋转变压器正弦参考信号的生成电路；针对片外AD芯片的电压采集范围设计了旋转变压器正余弦信号电压抬升电路。
最后，介绍了以ARM微控制器为主芯片的伺服控制模块的硬件电路的设计包括PCB设计和制板。片外AD采集电机电流并与ARM微控制器通过SPI进行数据交换，同时伺服控制模块通过CAN总线与测控系统中的数据采集及处理模块进行通信，并且ARM微控制器产生方波通过高温隔离驱动电路控制电机。
目前，旋转导向钻井系统井下高温测控电路已完成无刷直流电机隔离驱动电路实验室联合测试。验证了数字RDC片外AD采集可行性。