CN101917057B - 一种多功能串稳电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能串稳电源，其电池组与充放电控制电路相连接，变压及整流滤波电路的输出端连接一次稳压电路的输入端，一次稳压电路的输出端与充放电控制电路输入端及二次稳压及本安输出电路的输入端连接，二次稳压及本安输出电路的输出端和三次稳压及本安输出电路的输入端连接，且之间设置有过压保护电路。本电源可广泛应用于井下等含有爆炸性混和气体的场合、军用通信场合，能长期正常运行、能耐高低温、能长时间地将本安输出端进行短路、功能完善、防水性能、防爆性能突出，长期运行可靠性极高。

Description

一种多功能串稳电源

技术领域

本发明涉及隔爆兼本安型电源，主要适用于煤矿、军工、化工、冶金、环保等电源领域爆炸性混和气体场合、野外等恶劣环境场合，特别涉及一种多功能串稳电源。

背景技术

目前防爆兼本安电源和军用电源技术正在日益广泛地应用于煤矿、军工、化工、冶金、环保等领域，它是一种允许在爆炸危险环境中使用的本质安全型电源，用于向本质安全型设备提供本安电源，它也是一种允许在高、低温环境中使用的可靠性极高的电源。工作原理为交流电压经变压器降压及隔离式AC/DC转换，输出稳定的直流电压，经稳压环节得到稳定的直流电压输出。为满足本安性能要求，采用双重过流过压保护，使输出满足本安性能要求。本质安全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。随着电子技术的飞速发展，矿用井下通信系统、环境监控系统、瓦斯监控系统、工业视频系统的融合，井下人员管理系统的市场逐步开发，军用通信技术的飞速发展，需要输出本安电流大、抗干扰能力强、输出纹波小的能长期正常运行的多功能新型的矿用电源、军用电源。

但现有的隔爆兼本安电源和军用电源。它们是不能长期运行的、它们是不能支持用户将输出端进行长期短路的、它们是难以真正适应矿用电源、军用电源需求的。目前的不少隔爆兼本安电源、军用电源是不允许用户将电源的本安输出端、电源输出端进行长期短路的，因为一但将它们的“输出端”进行长期短路，则其电源的内部电路就会不停地耗电，其内部电路就会不停地进行跳变工作，流过部分器件的电流达几个安培(如：1.2A---3A)，器件发热太多，极易损坏。

发明内容

本发明的目的是，为了解决危险场所向大量的本质安全型电气设备、军用通信的电源供电问题，提供一种能长期运行，能允许用户将该电源的输出端进行长期短路而不会损坏的多功能串稳电源。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是，一种多功能串稳电源，它包括电池组Bat、充放电控制电路、变压及整流滤波电路、一次稳压电路、二次稳压及本安输出电路、三次稳压及本安输出电路，并设有隔爆外壳，电池组Bat与充放电控制电路相连接，变压及整流滤波电路的输出端连接一次稳压电路的输入端，一次稳压电路的输出端与充放电控制电路输入端及二次稳压及本安输出电路的输入端连接，二次稳压及本安输出电路的输出端和三次稳压及本安输出电路的输入端连接，二次稳压及本安输出电路与三次稳压及本安输出电路之间设置有过压保护电路。

电池组Bat包括充电电池组和放电电路板，充电电池组的输入端与电池放电电路板的输出端连接，放电电路板的输入端与充放电控制电路的输出端连接；

充放电控制电路由电阻R7、电阻R8，电容C5、续流二极管V6，稳压管Z3，三极管B3，电池组Bat和短路插塞JP4组成，电阻R7的一端连接电容C5的正极，并通过短路插塞JP4与电池组Bat的正极连接；电阻R7的另一端与稳压管Z3的正极和三极管B3的基极连接，三极管B3的集电极与电池组Bat的负极和续流二极管V6的负极连接，三极管B3的发射极与电阻R8连接；稳压管Z3的负极、电容C5的负极、电阻R8的另一端、续流二极管V6的正极均接地。

变压及整流滤波电路由保险丝F1，电容器C1、C2、C3，变压器T1，二极管V1、V2、V3、V4，发光二极管H4，电阻R1和二芯插头JP5组成，变压器T1两抽头的输出端连接有二芯插头JP5，变压器T1一输出端通过保险丝F1与由二极管V1、V2、V3、V4构成的桥式整流电路的输入端、发光二极管H4的正极相连，发光二极管H4的负极与电阻R1相连，电阻R1的另一端与二极管V4的正极相联，桥式整流电路的输出端与滤波电容器C1、C2、C3的正极连接，变压器T1的另一输出端、桥式整流电路的另一端及滤波电容器C1、C2、C3的负极接地。

一次稳压电路由电阻R2、R3、R4、R5、R6，电位器W1，电容器C4、C17，稳压管Z1、Z2，达林顿管B1，三极管B2组成，一次稳压电路的输入端的一端与电阻R3、、电阻R2、电容器C4的正极及稳压管Z1的负极连接，达林顿管B1的基极与稳压管Z1的正极、三极管B2的集电极连接，达林顿管B1的发射极与电阻R3连接，达林顿管B1的集电极与稳压管Z2的负极及电阻R2、电阻R5的一端相连接为一次稳压电路的输出端，三极管B2的基极与电位器W1的中心脚、电容器C4的负极、电容器C17的正极连接，三极管B2的发射极与电阻R4、稳压管Z2的正极连接，电位器W1与电阻R5的另一端连接，电阻R4的另一端、电容器C17的负极接地，电位器W1通过电阻R6接地。

二次稳压及本安输出电路由电阻R9、R10、R11、R12、R13，电位器W2，电容器C6，稳压管Z5，达林顿管B4，二极管V7、V8、V10、V12，三极管B5组成，二次稳压及本安输出电路的输入端的一端与电阻R10、二极管V8正极、电阻R9、电容器C6的正极连接，林顿管B4的基极与二极管V7的正极连接，达林顿管B4的发射极与电阻R10连接，达林顿管B4的集电极与稳压管Z5的负极、电阻R9、电阻R12连接，三极管B5的基极与电位器W2的中心脚、电容器C6的负极连接，三极管B5的集电极与二极管V7及二极管V12的负极连接，二极管V12的正极与二极管V10的负极连接，二极管V10的正极与二极管V8的负极连接，三极管B5的发射极与电阻R11的一端及稳压管Z5的正极连接；电阻R12的一端连接二次稳压及本安输出电路的输出端，电阻R12的另一端与电位器W2、电阻R13依次串联，电阻R13的一端和电阻R11的另一端接地。

二次稳压及本安输出电路与三次稳压及本安输出电路之间设置有过压保护电路：电阻R14和电阻R16的一端及电容C7的正极与二次稳压及本安输出电路[5]的输出端连接，电阻R14另一端与稳压管Z6的正极、电阻R15、电阻R17连接，电阻R16的另一端和稳压管Z6的负极连接，三极管B6的基极与电阻R17的另一端连接，三极管B6的发射极、电阻R15的另一端及电容C7的负极接地，三极管B6的集电极与电容C8的负极、三极管B8的基极均相连接。

三次稳压及本安输出电路包括电阻R18、R19、R20、R21、R22，电位器W3，电容器C8、C18，稳压管Z8，二极管V9、V14、V16、V18，达林顿管B7，三极管B8。三次稳压及本安输出电路的输入端与电阻R19及电阻R18的一端、二极管V14的正极、电容器C8的正极相连接，达林顿管B7的基极与二极管V9的正极连接，达林顿管B7的发射极与电阻R19另一端连接，达林顿管B7的集电极与稳压管Z8的负极、电阻R18另一端及电阻R21的一端连接并为三次稳压及本安输出电路的输出端，三极管B8的基极与电位器W3的中心脚、电容器C18的正极、容器C8的负极连接，三极管B8的集电极与二极管V9的负极和二极管V18的负极均相连接，二极管V18的正极与二极管V16的负极相连接，二极管V16的正极与二极管V14的负极相连接，三极管B8的发射极与电阻R20和稳压管Z8的正极均相连接；电阻R21的另一端通过电位器W3与电阻R22串联且接地，发光二极管H1的正极连接三次稳压及本安输出电路的输出端，发光二极管H1的负极通过电阻R23接地。

本发明的有益效果是：提供了一种输入电压范围宽、输入电压种类多，如：127V、660V、220V交流电压，即采用了多抽头变压器，方便用户取电，输出本安电流大、抗干扰能力强、输出纹波小、接线方便的隔爆兼本安型电源；能在“典型的串联稳压电路上”同时实现具有过压保护功能、三重过流保护即电流截止型过流保护功能、恒流充电功能、具有电池切换无延时全自动切换功能、输出电压连续可调功能、故障恢复后能自动恢复功能；可广泛应用于井下等含有爆炸性混和气体的场合、军用通信场所；能长期运行，能耐高、低温(-40℃-50℃)，能支持用户“长时间地将本安输出端进行短路”，功能完善、防爆性能、防水性能突出。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是图1中电池组1的电路原理示意图；

图3是图1中充放电控制电路2的电路原理图；

图4是图1中变压及整流滤波电路3的电路原理图；

图5是图1中一次稳压电路4的电路原理图；

图6是图1中二次稳压及本安输出电路5、过压保护电路7和三次稳压及本安输出电路6的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明多功能串稳电源作进一步说明，参见图1，一种多功能串稳电源，它包括电池组Bat1、充放电控制电路2、变压及整流滤波电路3、一次稳压电路4、二次稳压及本安输出电路5、三次稳压及本安输出电路6，并设有隔爆外壳8，电池组Bat1与充放电控制电路2相连接，变压及整流滤波电路3的输出端连接一次稳压电路4的输入端，一次稳压电路4的输出端与充放电控制电路2输入端及二次稳压及本安输出电路5的输入端连接，二次稳压及本安输出电路5的输出端和三次稳压及本安输出电路6的输入端连接；二次稳压及本安输出电路5与三次稳压及本安输出电路6之间设置有过压保护电路7。

参见图2，电池组Bat1包括充电电池组11和放电电路板12，充电电池组11的输入端与电池放电电路板12的输出端连接，放电电路板12的输入端与充放电控制电路2的输出端连接。

参见图3，充放电控制电路2由电阻R7、电阻R8，电容C5、续流二极管V6，稳压管Z3，三极管B3，电池组Bat和短路插塞JP4组成，电阻R7的一端连接电容C5的正极，并通过短路插塞JP4与电池组Bat的正极连接；电阻R7的另一端与稳压管Z3的正极和三极管B3的基极连接，三极管B3的集电极与电池组Bat的负极和续流二极管V6的负极连接，三极管B3的发射极与电阻R8连接；稳压管Z3的负极、电容C5的负极、电阻R8的另一端、续流二极管V6的正极均接地。

参见图4，变压及整流滤波电路3由保险丝F1，电容器C1、C2、C3，变压器T1，二极管V1、V2、V3、V4，发光二极管H4，电阻R1和二芯插头JP5组成，变压器T1两抽头的输出端连接有二芯插头JP5，变压器T1一输出端通过保险丝F1与由二极管V1、V2、V3、V4构成的桥式整流电路的输入端、发光二极管H4的正极相连，发光二极管H4的负极与电阻R1相连，电阻R1的另一端与二极管V4的正极相联，桥式整流电路的输出端与滤波电容器C1、C2、C3的正极连接，变压器T1的另一输出端、桥式整流电路的另一端及滤波电容器C1、C2、C3的负极接地。

参见图5，一次稳压电路4由电阻R2、R3、R4、R5、R6，电位器W1，电容器C4、C17，稳压管Z1、Z2，达林顿管B1，三极管B2组成，一次稳压电路4的输入端的一端与电阻R3、、电阻R2、电容器C4的正极及稳压管Z1的负极连接，达林顿管B1的基极与稳压管Z1的正极、三极管B2的集电极连接，达林顿管B1的发射极与电阻R3连接，达林顿管B1的集电极与稳压管Z2的负极及电阻R2、电阻R5的一端相连接为一次稳压电路4的输出端，三极管B2的基极与电位器W1的中心脚、电容器C4的负极、电容器C17的正极连接，三极管B2的发射极与电阻R4、稳压管Z2的正极连接，电位器W1与电阻R5的另一端连接，电阻R4的另一端、电容器C17的负极接地，电位器W1通过电阻R6接地。

参见图6，二次稳压及本安输出电路5由电阻R9、R10、R11、R12、R13，电位器W2，电容器C6，稳压管Z5，达林顿管B4，二极管V7、V8、V10、V12，三极管B5组成，二次稳压及本安输出电路5的输入端的一端与电阻R10、二极管V8正极、电阻R9、电容器C6的正极连接，林顿管B4的基极与二极管V7的正极连接，达林顿管B4的发射极与电阻R10连接，达林顿管B4的集电极与稳压管Z5的负极、电阻R9、电阻R12连接，三极管B5的基极与电位器W2的中心脚、电容器C6的负极连接，三极管B5的集电极与二极管V7及二极管V12的负极连接，二极管V12的正极与二极管V10的负极连接，二极管V10的正极与二极管V8的负极连接，三极管B5的发射极与电阻R11的一端及稳压管Z5的正极连接；电阻R12的一端连接二次稳压及本安输出电路5的输出端，电阻R12的另一端与电位器W2、电阻R13依次串联，电阻R13的一端和电阻R11的另一端接地。

参见图6，二次稳压及本安输出电路5与三次稳压及本安输出电路6之间设置有过压保护电路7：电阻R14和电阻R16的一端及电容C7的正极与二次稳压及本安输出电路5的输出端连接，电阻R14另一端与稳压管Z6的正极、电阻R15、电阻R17连接，电阻R16的另一端和稳压管Z6的负极连接，三极管B6的基极与电阻R17的另一端连接，三极管B6的发射极、电阻R15的另一端及电容C7的负极接地，三极管B6的集电极与电容C8的负极、三极管B8的基极均相连接。

参见图6，三次稳压及本安输出电路6包括电阻R18、R19、R20、R21、R22，电位器W3，电容器C8、C18，稳压管Z8，二极管V9、V14、V16、V18，达林顿管B7，三极管B8，三次稳压及本安输出电路6的输入端与电阻R19及电阻R18的一端、二极管V14的正极、电容器C8的正极相连接，达林顿管B7的基极与二极管V9的正极连接，达林顿管B7的发射极与电阻R19另一端连接，达林顿管B7的集电极与稳压管Z8的负极、电阻R18另一端及电阻R21的一端连接并为三次稳压及本安输出电路6的输出端，三极管B8的基极与电位器W3的中心脚、电容器C18的正极、容器C8的负极连接，三极管B8的集电极与二极管V9的负极和二极管V18的负极均相连接，二极管V18的正极与二极管V16的负极相连接，二极管V16的正极与二极管V14的负极相连接，三极管B8的发射极与电阻R20和稳压管Z8的正极均相连接；电阻R21的另一端通过电位器W3与电阻R22串联且接地，发光二极管H1的正极连接三次稳压及本安输出电路6的输出端，发光二极管H1的负极通过电阻R23接地。

实施例：

参见图1，一种多功能串稳电源，设有隔爆外壳8，电池组Bat1与充放电控制电路2相连接，变压及整流滤波电路3的输出端连接一次稳压电路4的输入端，一次稳压电路4的输出端与充放电控制电路2输入端及二次稳压及本安输出电路5的输入端连接，二次稳压及本安输出电路5的输出端和三次稳压及本安输出电路6的输入端连接；二次稳压及本安输出电路5与三次稳压及本安输出电路6之间设置有过压保护电路7。

参见图2，电池组电路，是由12节镍镉充电电池组成的电池组和放电电路板构成的。其中12节镍镉电池是采用依次串联方式相连的，每节为1.2伏，形成14.4伏电压，电池组经过过放电保护电路输出14.4伏左右的直流电压；因在放电电路板中设置了放电电压“跳闸点”，进而可防止产生“电池组过放电现象”，进而确保了电池的使用寿命和电池的使用安全。电池组的容量足以保证井下的基站能在井下无交流输入(即电池供电)的情况下能正常工作2小时以上。12节镍镉充电电池组的输入端(也即池组的输出端)连入电池放电电路板的输出端，放电电路板的输入端连入充放电控制电路的输出端。

参见图3，充放电控制电路，是由电阻R7、R8，电容C5、续流二极管V6，稳压管Z3，三极管B3，电池组Bat和短路插塞JP4组成的。电阻R7的一端连接电容C5的正极，并通过短路插塞JP4与电池组Bat的正极连接；电阻R7的另一端与稳压管Z3的负极和三极管B3的基极连接，三极管B3的集电极与电池组Bat的负极和续流二极管V6的负极连接，三极管B3的发射极与电阻R8连接；稳压管Z3的正极、电容C5的负极、电阻R8的另一端、续流二极管V6的正极均与地线相连接(即接地)。

该电路的工作原理是：

①恒流充电的工作原理及工作过程：

通过电阻R7和稳压管Z3就确定了三极管B3的基极电压；通过确定电阻R7、稳压管Z3、三极管B3的be结和电阻R8组成的电路回路的参数就可以确定此恒流充电电路的充电电流。充电的工作过程为，当交流电压供电正常时，它的恒流充电电路就会对电池组电路进行恒流充电(浮充，效果好)。

②电池组放电的工作原理及工作过程：

通过电池组Bat、JP4(短路插塞，是为了方便调试电路板时用的)和续流二极管V6和放电负载(停电后还需工作的电路)就可形成放电回路，当交流电压停电时，此放电回路就可以实现电池组无任何延时的全自动倒换功能，进而就确保了基站的CPU在交流电压停电时，也能做到不间断地工作。

参见图4，变压及桥式整流滤波电路，是由电阻R1，电容器C1、C2、C3，变压器T1，二极管V1、V2、V3、V4，发光二极管H1，保险丝F1构成的。变压器T1的输入端与外部的交流输入线(127伏、660伏或220伏的交流电压)相连接，变压器T1的输出端的一端连保险丝F1的一端，另一端与二极管V4的正极相连接，保险丝F1的另一端与桥式整流电路(由4个桥式整流二极管构成)的输入端相连接，桥式整流电路的输出端的一端与滤波电容器C1、C2、C3的正极相连接，另一端与滤波电容器C1、C2、C3的负极与地线相连接(即接地)。

该电路的工作原理是：

①变压器T1的工作过程是：

因采用了多抽头变压器，所以在变压器的输入端，可以输入127伏、660伏或220伏的交流电压。则在变压器T1的输出端均会有20伏左右的交流电压输出；

②桥式整流滤波的工作过程是：

变压器输出的20伏交流电压，经过4个桥式整流二极管和3个电容滤波电路，便可产生的24V左右的直流电压。

参见图5，一次稳压电路，是由电阻R2、R3、R4、R5、R6，电位器W1，电容器C4、C17，稳压管Z1、Z2，达林顿管B1，三极管B2构成的。一次稳压电路的输入端的一端与电阻R3、稳压管Z1、电阻R2、电容器C4的正极相连接，另一端与地相连接；达林顿管B1的基极与稳压管Z1的正极和三极管B2的集电极均相连接，达林顿管B1的发射极与电阻R3相连接，达林顿管B1的集电极与稳压管Z2的负极、电阻R2、电阻R5相连接；三极管B2的基极与电位器W1的中心脚、电容器C4的负极和电容器C17的正极均相连接，三极管B2的集电极与达林顿管B1的基极与稳压管Z1的正极均相连接，三极管B2的发射极与电阻R4和稳压管Z2的正极均相连接，电阻R5和R6和电位器W1组成的分压、调压电路，电阻R4的另一端、电容器C17的负极和电阻R6的另一端均与地线相连接(即接地)。

该电路的工作原理是：

①典型的串联式稳压电路的工作原理和工作过程是：

首先通过电阻R5和R6和电位器W1组成的分压电路，即可完成对一次稳压电路的输出电压的取样工作；(取样电压是精确、连续可调的，进而输出电压也是精确、连续可调的)。

然后将取样的结果，送入三极管B2的基极，进行放大比较，放大比较的结果，再送入达林顿管B1的基极中，进而去控制达林顿管B1的工作状态。

②恒流源的工作过程是：通过电阻R3、稳压管Z1和达林顿管B1的be极组成的电路回路(即通过此恒流源电路)，就可设计出流过一次稳压电路的调整管的最大输出电流Imax，即：通过选择电阻、稳压管的参数，可设计出不同的流过调整管的最大输出电流Imax。Imax＝(Uz-Ube)/R)。因Ube值基本不变，所以选择不同的Uz、R值，即可设计出各种各样的不同的过流保护值的过流保护电路。

③过流保护(电流截止式)的工作原理和工作过程是：

在一次稳压电路的输出端，因在输出端添加了稳压管Z2，即电路具有了过流保护(电流截止式)特性。进而使电路获得了新的特性，能支持用户长时间地将电源输出端短路，即：当“电源输出端”短路时，本电路的达林顿管作为调整管会自动进入截止状态，不耗电，当“输出端”短路被解除时，本电路的达林顿管作为调整管又会自动进入正常的工作状态。

④自恢复电路的工作原理和工作过程是：

一次稳压电路，通过电阻R2、电容C4和C17组成的自恢复电路，获得了自恢复功能，即当电路出现过流保护后，一旦电路过流保护解除了，则一次稳压电路就能立即自动恢复工作。

参见图6，(1)其中二次稳压及本安输出电路，是由电阻R9、R10、R11、R12、R13，电位器W2，电容器C6，稳压管Z5，达林顿管B4，二极管V7、V8、V10、V12，三极管B5构成的。二次稳压及本安输出电路的输入端的一端与电阻R10、二极管V8正极、电阻R9、电容器C6的正极均相连接，另一端与地相连接；林顿管B4的基极与二极管V7的正极相连接，达林顿管B4的发射极与电阻R10相连接，达林顿管B4的集电极与稳压管Z5的正极、电阻R9、电阻R12均相连接；三极管B5的基极与电位器W2的中心脚、电容器C6的负极均相连接，三极管B5的集电极与二极管V7的负极和二极管V12的负极均相连接，二极管V12的正极与二极管V10的负极相连接，二极管V10的正极与二极管V8的负极相连接，三极管B5的发射极与电阻R11和稳压管Z5的正极相连接；电阻R12和R13和电位器W2依次串联组成分压和调压电路；电阻R11的另一端和电阻R13的另一端均与地线相连接(即接地)。

该电路的工作原理是：

①典型的串联式稳压电路的工作原理和工作过程是：

首先通过电阻R12和R13和电位器W2组成的分压电路，即可完成对二次稳压电路的输出电压的取样工作；(取样电压是精确、连续可调的，进而输出电压也是精确、连续可调的)

然后将取样的结果，送入三极管B5的基极，进行放大比较，放大比较的结果，送入达林顿管B4的基极中，进而去控制达林顿管B4的工作状态。

②恒流源的工作过程是：通过电阻R10、二极管V7、V8、V10、V12和达林顿管B4的be极组成的电路回路(即通过确定此恒流源电路的电路参数)，就可设计出流过一次稳压电路的调整管的最大输出电流Imax，即：通过选择电阻、二极管的参数，可设计出不同的流过调整管的最大输出电流Imax。Imax＝(Uz-Ube)/R)。因Ube值基本不变，所以选择不同的Uz、R值，即可设计出各种各样的不同的过流保护值的过流保护电路。它还具有很好的耐高温、低温特性。

③过流保护(电流截止式)的工作原理和工作过程是：

在二次稳压电路的输出端，因在输出端添加了稳压管Z5，即电路具有了过流保护(电流截止式)特性。进而使电路获得了新的特性，能支持用户长时间地将电源输出端短路，即：当“电源输出端”被短路时，本电路的达林顿管作为调整管就会自动进入截止状态，不耗电，当“输出端”短路被解除时，本电路的达林顿管作为调整管又会自动进入正常的工作状态。

具体的过流保护电路工作原理为：因为Vout＝Vz5+VR11(即其输出电压等于电阻R11上的电压VR11加上稳压二极管的Vz5)，当Vz5＝0(过流时)，则VR11会突然增大，就会引起三极管B5突然截止，进而会使达林顿管B4突然截止，产生过流保护(电流截止式)。具体的过流保护电路工作过程为：当电路出现过流时(或输出端短路时)，则稳压二极管Z5就会截止，进而就会出现过流保护(电流截止式)，

④自恢复电路的工作原理和工作过程是：

二次稳压电路，通过电阻R9、电容C6组成的自恢复电路，获得了自恢复功能，即当电路出现过流保护后，一旦电路过流保护解除了，则一次稳压电路就能立即自动恢复工作。

(2)其中三次稳压及本安输出电路，是由电阻R18、R19、R20、R21、R22，电位器W3，电容器C8、C18，稳压管Z8，二极管V9、V14、V16、V18，达林顿管B7，三极管B8构成的。三次稳压及本安输出电路的输入端的一端与电阻R19、二极管V14正极、电阻R18、电容器C8的正极均相连接，另一端与地相连接；达林顿管B7的基极与二极管V9的正极相连接，达林顿管B7的发射极与电阻R19相连接，达林顿管B7的集电极与稳压管Z8的负极、电阻R18、电阻R21均相连接；三极管B8的基极与电位器W3的中心脚、电容器C8的负极均相连接，三极管B8的集电极与二极管V9的负极和二极管V18的负极均相连接，二极管V18的正极与二极管V16的负极相连接，二极管V16的正极与二极管V14的负极相连接，三极管B8的发射极与电阻R20和稳压管Z8的正极均相连接；电阻R21和R22和电位器W3依次串联组成分压和调压电路；电阻R20的另一端和电阻R22的另一端均与地线相连接(即均接地)。

过压保护电路7的连接方式为，电阻R14和R15串联组成分压电路，电阻R16一端和稳压管Z6的负极相连接，组成过压启动电路，稳压管Z6的正极与电阻R14、R15、R17的一端均相连接；三极管B6的基极与电阻R17的另一端相连接，三极管B6的集电极与三极管B8的基极相连接，三极管B6的发射极和电阻R15的另一端均与地线相连接(即均接地)。

该电路的工作原理是：

①典型的串联式稳压电路的工作原理和工作过程是：

首先通过电阻R21和R22和电位器W3组成的分压电路，即可完成对三次稳压电路的输出电压的取样工作；(取样电压是精确、连续可调的，进而输出电压也是精确、连续可调的)

然后将取样的结果，送入三极管B8的基极，进行放大比较，放大比较的结果，送入达林顿管B7的基极中，进而去控制达林顿管B7的工作状态。

②恒流源的工作过程是：通过电阻R19、二极管V9、V14、V16、V18和达林顿管B7的be极组成的电路回路(即通过此恒流源电路)，就可设计出流过一次稳压电路的调整管的最大输出电流Imax，即：通过选择电阻、二极管的参数，可设置出不同的流过调整管的最大输出电流Imax。Imax＝(Uz Ube)/R)。因Ube值基本不变，所以选择不同的Uz、R值，即可设计出各种各样的不同的过流保护值的过流保护电路。它还具有很好的耐高温、低温特性。

③过流保护(电流截止式)的工作原理和工作过程是：

在三次稳压电路的输出端，因在输出端添加了稳压管Z8，即电路具有了过流保护(电流截止式)特性。进而使电路获得了新的特性，能支持用户长时间地将电源输出端短路，即：当“电源输出端”短路时，本电路的达林顿管作为调整管会自动进入截止状态，不耗电，当“输出端”短路被解除时，本电路的达林顿管作为调整管又会自动进入正常的工作状态。正是因为本电源具有了这一特点，所以本电源就具有了非常优秀的、非常难得的特色。

具体的过流保护电路工作原理为：因为Vout＝Vz8+VR20(即其输出电压等于电阻R20上的电压VR20加上稳压二极管的Vz8)，当Vz8＝0(过流时)，则VR20会突然增大，就会引起三极管B8突然截止，进而会使达林顿管B7突然截止，产生过流保护(电流截止式)。

具体的过流保护电路工作过程为：当电路出现过流时(或输出端短路时)，则稳压二极管Z8就会截止，进而就会出现过流保护(电流截止式)，

④自恢复电路的工作原理和工作过程是：

一次稳压电路，通过电阻R18、电容C8、C18组成的自恢复电路，获得了自恢复功能，即当电路出现过流保护后，一旦电路过流保护解除了，则一次稳压电路就能立即自动恢复工作。

其中过压保护的工作原理和工作过程是：过压保护电路7是由电阻R14、R15、R16、R17，稳压管Z6、三极管B6组成的，过压保护电路7是连接在二次稳压及本安输出电路和三次稳压及本安输出电路之间的。它的工作原理为，由电阻R14、R15、R16和稳压管Z6组成分压电路，不过压时，稳压管Z6是不导通的，三极管B6是不导通的；当出现过压时，稳压管Z6就会导通，就会使得三极管B6进入饱和导通状态，进而就会使得三极管B8的基极电压变低，使得输出端电压变得很小，接近为零，进而实现了过压保护。它的工作过程为，平时过压保护电路7是不工作的，(即稳压管Z6、三极管B6均是截止的)，当二次稳压电路输出端出现了过压时，则三次稳压电路就会停止工作，进行过压保护。所以选择不同的电阻、稳压管的参数值，即可设计出不同的过压保护值的过压保护电路7。

结构的设计方案：

多功能串稳电源的外壳结构设计采用隔爆外壳8，能符合国家隔爆性能要求、军用电源要求。

电源的使用环镜：

本发明适用于煤矿井下具有煤尘、瓦斯爆炸性气体环镜中使用，能与多种井下的设备连接使用；适用于军用通信场所。当交流停电时，备用电池会自动投入，保证系统正常运行。

现分别对本电源的上述电路(共6个单元)的作用及工作基本原理作相应的说明：

电池组电路1的作用是：当井下的交流电压停电时，电池组的电量能确保电源还能不间断地工作2小时以上。其工作基本原理就是当交流电压供电正常时，电池组电路始终是处于恒流的浮充状态；当交流电压停电时，电池组的直流电压，就可以实现无延时地给二次稳压及本安输出电路和三次稳压及本安输出电路供电，以确保带CPU控制器的各种单体(如带CPU控制器的基站)在交流电压停电时，也能做到不间断地工作、确保通信数据不丢失。

充放电控制电路2的作用是：当交流电压供电正常时，对电池组电路进行恒流充电；当交流电压停电时，给电池组提供放电回路。其工作基本原理就是当交流电压供电正常时，它的恒流充电电路对电池组电路进行恒流充电；当交流电压停电时，它的续流二极管元件给电池组提供放电回路。以确保基站的CPU在交流电压停电时，也能做到不间断地工作。

变压及整流滤波电路3的作用是：将交流电压变换成直流电压，以便给一次稳压电路供电。其工作基本原理就是在变压器(多抽头的变压器)的初级输入不同的交流电压(127V、660V、220V)，在变压器的次极均会产生20V左右的交流电压，再经过桥式整流电路和滤波电路，产生24V的直流电压。

一次稳压电路4的作用是：将变压及整流滤波电路产生的24V直流电压进行稳压，稳压变换为18V的直流电压，以便给充放电控制电路和二次稳压及本安输出电路供电。其工作基本原理就是首先采用了“典型的串联稳压电路”的工作基本原理，然后再在此电路上通过添加恒流源电路和电流截止式过流保护电路进而实现了新的过流保护功能(电流截止式过流保护)，进而能支持用户将电源输出端进行长期短路；通过电阻和电容实现了电路的自恢复功能。

二次稳压及本安输出电路5的作用是：将一次稳压电路产生的18V直流电压进行稳压，稳压变换为11.25V的直流电压，以便给三次稳压及本安输出电路供电。其工作基本原理就是首先采用了“典型的串联稳压电路”的工作基本原理，然后再在此电路上通过添加恒流源电路和电流截止式过流保护电路进而实现了新的过流保护功能(电流截止式过流保护)，进而能支持用户将电源输出端进行长期短路；通过电阻和电容实现了电路的自恢复功能。

三次稳压及本安输出电路6的作用是：将二次稳压电路产生的11.25V直流电压进行稳压，稳压变换为10.00V的直流电压，以便给井下的本安型基站供电。其工作基本原理就是首先采用了“典型的串联稳压电路”的工作基本原理，然后再在此电路上通过添加恒流源电路和电流截止式过流保护电路进而实现了新的过流保护功能(电流截止式过流保护)，进而能支持用户将电源输出端进行长期短路；通过电阻和电容实现了电路的自恢复功能。

在二次稳压及本安输出电路和三次稳压及本安输出电路之间，通过添加由电阻、稳压管、三极管组成的过压保护电路7，就实现了本电路的过压保护电路7功能。

多功能串稳电源所解决的技术难题、技术特点和技术应用方案、效益，作以下详细说明：

1、采用了“恒流充电”工作方式给电池的充电，可确保电池的充电安全。可防止出现“电池过充电”现象。

2、采用了有“跳闸点”工作方式，让电池进行放电，可确保电池的放电安全。可防止出现“电池过放电”现象。

3、采用了过压保护技术，可确保用户的使用安全，能让用户用得放心。

4、采用了(电流截止式)过流保护技术、且具有了自恢复功能。确保了本电源的极高可靠性。

5、使用带来方便、能确保使用安全、能支持“长时间地将本安输出端进行短路”。

6、实现了全采用分离器件进行电路设计，进而实现了以低廉的价格完成了功能完善的隔爆兼本安型电源和军用电源设计；实现了生产、调试、维护非常方便的要求；实现了做出一套具有独特优势、特点、稳定性和可靠性极高的隔爆兼本安型电源和军用电源愿望。

7、实现了采用“富有余量法”来选元器件，对关键件实行定点采购，进而可保证电源工作的高可靠性。

8、实现了采用“防爆外壳”，进而确保了电源的隔爆性能、防水性能，可确保用户的使用安全。

9、本电源设计思路、方案，能设计、生产出一系列不同技术指标参数的多功能串稳电源，因而具有很广阔的市场前景。

多功能串稳电源技术先进、技术成熟、技术指标好、技术性能好、稳定性极高；它的生产和维修成本低、故障率极低，相信它应是一种理想的矿用隔爆兼本安型电源、军用电源。本电源就能长期运行的、能支持用户将输出端长期短路的。因本电源采用的是电流截止式过流保护电路，即一但将本电源的“输出端”进行长期短路时，则流过本电源内部电路的电流只有几十毫安(30mA---40mA)，其中的关键器件，如：调整管，均是处于截止状态、不发热状态的，因此器件就不会损坏，得到了很好的保护，进而就确保了本电源的可靠性极高。确保了本电源能长期正常运行，本电源的多种完善功能，如：自恢复功能，能确保用户使用本电源非常方便。

Claims (8)

1.一种多功能串稳电源，它包括电池组Bat[1]、充放电控制电路[2]、变压及整流滤波电路[3]、一次稳压电路[4]、二次稳压及本安输出电路[5]、三次稳压及本安输出电路[6]，并设有隔爆外壳[8]，其特征在于，电池组Bat[1]与充放电控制电路[2]相连接，变压及整流滤波电路[3]的输出端连接一次稳压电路[4]的输入端，一次稳压电路[4]的输出端与充放电控制电路[2]输入端及二次稳压及本安输出电路[5]的输入端连接，二次稳压及本安输出电路[5]的输出端和三次稳压及本安输出电路[6]的输入端连接，二次稳压及本安输出电路[5]与三次稳压及本安输出电路[6]之间设置有过压保护电路[7]。

2.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述电池组Bat[1]包括充电电池组[11]和放电电路板[12]，充电电池组[11]的输入端与电池放电电路板[12]的输出端连接，放电电路板[12]的输入端与充放电控制电路[2]的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述充放电控制电路[2]由电阻R7、电阻R8，电容C5、续流二极管V6，稳压管Z3，三极管B3，电池组Bat和短路插塞JP4组成，电阻R7的一端连接电容C5的正极，并通过短路插塞JP4与电池组Bat的正极连接；电阻R7的另一端与稳压管Z3的正极和三极管B3的基极连接，三极管B3的集电极与电池组Bat的负极和续流二极管V6的负极连接，三极管B3的发射极与电阻R8连接；稳压管Z3的负极、电容C5的负极、电阻R8的另一端、续流二极管V6的正极均接地。

4.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述变压及整流滤波电路[3]由保险丝F1，电容器C1、C2、C3，变压器T1，二极管V1、V2、V3、V4，发光二极管H4，电阻R1和二芯插头JP5组成，变压器T1两抽头的输出端连接有二芯插头JP5，变压器T1一输出端通过保险丝F1与由二极管V1、V2、V3、V4构成的桥式整流电路的输入端、发光二极管H4的正极相连，发光二极管H4的负极与电阻R1相连，电阻R1的另一端与二极管V4的正极相联，桥式整流电路的输出端与滤波电容器C1、C2、C3的正极连接，变压器T1的另一输出端、桥式整流电路的另一端及滤波电容器C1、C2、C3的负极接地。

5.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述一次稳压电路[4]由电阻R2、R3、R4、R5、R6，电位器W1，电容器C4、C17，稳压管Z1、Z2，达林顿管B1，三极管B2组成，一次稳压电路[4]的输入端的一端与电阻R3、电阻R2、电容器C4的正极及稳压管Z1的负极连接，达林顿管B1的基极与稳压管Z1的正极、三极管B2的集电极连接，达林顿管B1的发射极与电阻R3连接，达林顿管B1的集电极与稳压管Z2的负极及电阻R2、电阻R5的一端相连接为一次稳压电路[4]的输出端，三极管B2的基极与电位器W1的中心脚、电容器C4的负极、电容器C17的正极连接，三极管B2的发射极与电阻R4、稳压管Z2的正极连接，电位器W1与电阻R5的另一端连接，电阻R4的另一端、电容器C17的负极接地，电位器W1通过电阻R6接地。

6.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述二次稳压及本安输出电路[5]由电阻R9、R10、R11、R12、R13，电位器W2，电容器C6，稳压管Z5，达林顿管B4，二极管V7、V8、V10、V12，三极管B5组成，二次稳压及本安输出电路[5]的输入端的一端与电阻R10、二极管V8正极、电阻R9、电容器C6的正极连接，达林顿管B4的基极与二极管V7的正极连接，达林顿管B4的发射极与电阻R10连接，达林顿管B4的集电极与稳压管Z5的负极、电阻R9、电阻R12连接，三极管B5的基极与电位器W2的中心脚、电容器C6的负极连接，三极管B5的集电极与二极管V7及二极管V12的负极连接，二极管V12的正极与二极管V10的负极连接，二极管V10的正极与二极管V8的负极连接，三极管B5的发射极与电阻R11的一端及稳压管Z5的正极连接；电阻R12的一端连接二次稳压及本安输出电路[5]的输出端，电阻R12的另一端与电位器W2、电阻R13依次串联，电阻R13的一端和电阻R11的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述过压保护电路[7]：电阻R14和电阻R16的一端及电容C7的正极与二次稳压及本安输出电路[5]的输出端连接，电阻R14另一端与稳压管Z6的正极、电阻R15、电阻R17连接，电阻R16的另一端和稳压管Z6的负极连接，三极管B6的基极与电阻R17的另一端连接，三极管B6的发射极、电阻R15的另一端及电容C7的负极接地，三极管B6的集电极与电容C8的负极、三极管B8的基极均相连接。

8.根据权利要求1所述的多功能串稳电源，其特征在于，所述三次稳压及本安输出电路[6]包括电阻R18、R19、R20、R21、R22，电位器W3，电容器C8、C18，稳压管Z8，二极管V9、V14、V16、V18，达林顿管B7，三极管B8，三次稳压及本安输出电路[6]的输入端与电阻R19及电阻R18的一端、二极管V14的正极、电容器C8的正极相连接，达林顿管B7的基极与二极管V9的正极连接，达林顿管B7的发射极与电阻R19另一端连接，达林顿管B7的集电极与稳压管Z8的负极、电阻R18另一端及电阻R21的一端连接并为三次稳压及本安输出电路[6]的输出端，三极管B8的基极与电位器W3的中心脚、电容器C18的正极、电容器C8的负极连接，三极管B8的集电极与二极管V9的负极和二极管V18的负极均相连接，二极管V18的正极与二极管V16的负极相连接，二极管V16的正极与二极管V14的负极相连接，三极管B8的发射极与电阻R20和稳压管Z8的正极均相连接；电阻R21的另一端通过电位器W3与电阻R22串联且接地，发光二极管H1的正极连接三次稳压及本安输出电路[6]的输出端，发光二极管H1的负极通过电阻R23接地。

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