CN102237785A - 一种提高本安开关电源性能的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种提高本安开关电源性能的方法及装置,属于爆炸性危险环境的本安开关电源。采用电感检测电流变化率的方法,使主电路截止,同时通过电感来延迟短路时电流变化的时间,使得在电压降为零后电流才开始上升,从而减少故障时的放电能量,同时电感控制短路时电流变化率,降低了EMI的影响;该装置的电流微分测量器与驱动电路的输入端连接,驱动电路的输出端与开关的控制端连接,第一开关与限流电感为串联连接,第二开关通过负载电阻接地,限流电感与二极管并联连接,并联连接的限流电感与二极管通过电阻RL接地。优点:该方法及装置提高了本安开关电源的功率,增强了本安系统安全性和可靠性;电流变化率下降,降低了EMI干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种在爆炸性危险环境的本安开关电源,特别是一种提高本安开关电源性能的方法及装置。
背景技术
目前国际上普遍采用的防爆类型有:隔爆型、增安型、本质安全型等等。比较各种防爆形式可知,本质安全型电气设备从电路的电气参数设计保证了防爆的要求,省去了厚重的防爆外壳,有着安全程度高,体积小,重量轻,携带维护方便和造价较低等优点,因此本质型安全电路被广泛应用。
大功率电气设备的广泛使用,增加了对大功率本安开关电源的需求。又由于本质安全的特殊要求,当本安电源采取并联方式提高本安电源的功率时,会由于电流不均衡造成本安电源失效的问题,所以无法通过多个本安电源通过并联的方式来实现功率的提高。此外,当本安电源在满载运行情况下出现短路故障时电流变化率较大,本安开关电源的EMI效果较差。
目前为实现输出本质安全而提出的方法有:(1)采用分流元件,如电感的分流元件,分流电容等,但是此方法只能用于本安电路中的元器件;(2)采用保护性组件,如进行过流,过压保护,但是目前多采用恒流型本安电源,发热严重。(3)对电气设备中元件参数进行限制,但是必须对所有的元器件故障状态下所存储的能量作出详细计算,设计过程复杂且需模型准确。虽然采用了各种方法来提高本安开关电源的功率,但是目前本安开关电源的功率停留在10W左右的级别,仍然无法满足工业现场的功率要求。又因为保护方法中应用了电力电子器件,导致了EMI效果较差。
发明内容
本发明的目的是要提供一种提高本安开关电源性能的方法及装置,解决目前本安开关电源功率较小,本安开关电源的EMI效果较差的问题。
本发明的目的是这样实现的:采用电感检测电流变化率的方法,使主电路截止,同时通过电感来延迟短路时电流变化的时间,使得在电压降为零后电流才开始上升,从而减少故障时的放电能量,同时电感控制短路时电流变化率,降低了EMI的影响;采用由运算放大器及电阻构成的电流微分测量器,对输入信号进行检测并放大,运算放大器的输出端通过逻辑门与驱动电路的输入端连接,驱动电路产生的驱动信号控制第一开关和第二开关的断开与闭合;第一开关与限流电感串联连接,限流电感延迟电流变化的时间,使电压降为零时电流才开始上升;电流微分测量器检测电流变化率,电感的两端接在电流微分测量器的输入端,当发生短路时,即在电容性点燃情况下,电感两端产生感应电动势,电流微分测量器检测到该信号并放大,放大器输出信号使得驱动电路驱动第二开关闭合,第一开关断开;当电路断开时,即在电感性点燃情况下,限流电感与二极管形成内部环路,吸收限流电感上的尖峰电压,阻止限流电感上能量的释放。
本发明的装置包括电流微分测量器、驱动电路、第一开关、第二开关、电感、限流电感和二极管,电流微分测量器与驱动电路的输入端连接,驱动电路的输出端同时与第一开关和第二开关的控制端连接,第一开关连接在电流微分测量器和限流电感之间,与限流电感为串联连接,第二开关的一端连接在第一开关和限流电感之间,第二开关的另一端通过电阻R接地,限流电感与二极管并联连接,并联连接的限流电感与二极管通过负载电阻接地;
电源的负极接地,正极连接电感,然后依次连接第一开关,限流电感,负载电阻、最后接地,当负载发生电容性点燃的情况下,第二开关闭合将限流电感接地;所述的电流微分测量器,运放U1的一个输入端接在电感的正端,另一输入端分别通过电阻R 1接在运放U2的一个输入端,通过电阻R 2及电阻R 3接在运放U3的一个输入端;运放U2的一个输入端接在电感的负端,另一输入端通过电阻R 5及R 6接在运放U3的一个输入端,此输入端通过电阻R 7接地,运放U3的另一输入端通过电阻R 4接在运放U3输出端上;运放U3输出端与第一逻辑门U4及第二逻辑门U5连接,再分别接到二个驱动电路的输入端,二个驱动电路的输出端分别与第一开关和第二开关的控制端相连接。
有益效果,由于采用了上述方案:电流微分测量器的运算放大器对信号进行检测并放大,动算放大器的输出端通过逻辑门接在二个开关的驱动电路输入端,驱动电路产生的信号驱动二个开关的断开与闭合;第一开关串接限流电感,利用限流电感延迟电流变化的时间,使电压降为零时电流才开始上升,降低了故障时的放电能量,提高输出功率;电流微分测量器检测电流变化率,电感L1的两端接到电流微分测量器的输入端,当发生短路时,即在电容性点燃情况下,电流微分测量器di/dt变化很大,电感两端产生感应电动势,电流微分测量器检测到该信号并放大,运算放大器输出信号使得驱动电路驱动第二开关闭合,第一开关断开;第一开关断开,切断电源向短路故障点的能量传输;第二开关闭合接入电阻R在电源内部消耗一部分电感L的储能,减少对故障点的能量释放,软开关方法进一步减少了电容性点燃时能量释放,从而提高了电源输出功率,使本安开关电源的应用范围更加广泛;当电路断开时,即在电感性点燃情况下,电感L与二极管D形成内部环路,将电感上的尖峰电压吸收,阻止电感上能量的释放;本发明的方法,可以提高电容性点燃情况下的功率,而不影响原来电感性点燃的功率。解决目前本安开关电源功率较小,本安开关电源的EMI效果较差的问题,达到了本发明的目的。
优点:该方法能够使检测速度大大提高,同时使用电感来延迟电流变化,从而减少故障时的放电能量,有效地避免爆炸的发生,提高了本安开关电源的功率,增强了本安系统安全性和可靠性;又因为电感的应用使得电流变化率下降,从而降低了EMI干扰。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
图2是本发明的电路结构图。
图3是火花放电能量曲线图。
图中:1、电流微分测量器;2、驱动电路;3、限流电感;RL、负载电阻;Q1、第一开关;Q2、第二开关;D、二极管;U4、非门;U5、与门;L1、电感。
具体实施方式
实施例1:采用电感检测电流变化率的方法,使主电路截止,同时通过电感来延迟短路时电流变化的时间,使得在电压降为零后电流才开始上升,从而减少故障时的放电能量,同时电感控制短路时电流变化率,降低了EMI的影响;
本发明的具体方法为:电流微分测量器1由运算放大器及电阻构成,对输入信号进行检测并放大,运算放大器的输出端通过逻辑门与驱动电路的输入端连接,驱动电路产生的驱动信号控制第一开关Q1和第二开关Q2的断开与闭合;第一开关Q1与限流电感3串联连接,限流电感延迟电流变化的时间,使电压降为零时电流才开始上升;电流微分测量器1检测电流变化率,电感L1的两端接在电流微分测量器1的输入端,当发生短路时,即在电容性点燃情况下,电感L1两端产生感应电动势,电流微分测量器检测到该信号并放大,放大器输出信号使得驱动电路驱动第二开关Q2闭合,第一开关Q1断开;当电路断开时,即在电感性点燃情况下,限流电感3与二极管D形成内部环路,吸收限流电感3上的尖峰电压,阻止限流电感3上能量的释放。
该装置包括电流微分测量器1、驱动电路2、第一开关Q1、第二开关Q2、电感L1、限流电感3和二极管D,电流微分测量器1与驱动电路2的输入端连接,驱动电路2的输出端同时与第一开关Q1和第二开关Q2的控制端连接,第一开关Q1连接在电流微分测量器1和限流电感3之间,与限流电感3为串联连接,第二开关Q2的一端连接在第一开关Q1和限流电感之间,第二开关Q2的另一端通过电阻R接地,限流电感3与二极管D并联连接,并联连接的限流电感L与二极管D通过负载电阻RL接地。
电源E的负极接地,正极连接电感L 1,然后依次连接第一开关Q1,限流电感3,负载电阻R L、最后接地,当负载发生电容性点燃的情况下,第二开关Q2闭合将限流电感3接地;所述的电流微分测量器,运放U1的一个输入端接在电感L 1的正端,另一输入端分别通过电阻R 1接在运放U2的一个输入端,通过电阻R 2及电阻R 3接在运放U3的一个输入端;运放U2的一个输入端接在电感L 1的负端,另一输入端通过电阻R 5及R 6接在运放U3的一个输入端,此输入端通过电阻R 7接地,运放U3的另一输入端通过电阻R 4接在其输出端上;该输出端与第一逻辑门U4及第二逻辑门U5连接,再分别接到二个驱动电路的输入端,二个驱动电路的输出端与分别与第一开关Q1和第二开关Q2的控制端相连接,控制二个开关的开通与断开。
在图3中,曲线(1)是电压变化曲线,曲线(2)是未加电感时电流变化曲线,曲线(3)是加入电感时电流变化曲线。单斜线构成的区域与交叉线构成的区域之和是未加电感时的放电量,交叉线构成的区域是加入电感时的放电量,图中竖线表示发生短路故障的时刻。
Claims (2)
1.一种提高本安开关电源性能的方法,其特征是:采用电感检测电流变化率的方法,使主电路截止,同时通过电感来延迟短路时电流变化的时间,使得在电压降为零后电流才开始上升,从而减少故障时的放电能量,同时电感控制短路时电流变化率,降低了EMI的影响;采用由运算放大器及电阻构成的电流微分测量器,对输入信号进行检测并放大,运算放大器的输出端通过逻辑门与驱动电路的输入端连接,驱动电路产生的驱动信号控制第一开关和第二开关的断开与闭合;第一开关与限流电感串联连接,限流电感延迟电流变化的时间,使电压降为零时电流才开始上升;电流微分测量器检测电流变化率,电感的两端接在电流微分测量器的输入端,当发生短路时,即在电容性点燃情况下,电感两端产生感应电动势,电流微分测量器检测到该信号并放大,放大器输出信号使得驱动电路驱动第二开关闭合,第一开关断开;当电路断开时,即在电感性点燃情况下,限流电感与二极管形成内部环路,吸收限流电感上的尖峰电压,阻止限流电感上能量的释放。
2.一种实现权利要求1所述方法的提高本安开关电源性能的装置,其特征是:该装置包括电流微分测量器、驱动电路、第一开关、第二开关、电感、限流电感和二极管,电流微分测量器与驱动电路的输入端连接,驱动电路的输出端同时与第一开关和第二开关的控制端连接,第一开关连接在电流微分测量器和限流电感之间,与限流电感为串联连接,第二开关的一端连接在第一开关和限流电感之间,第二开关的另一端通过电阻R接地,限流电感与二极管并联连接,并联连接的限流电感与二极管通过负载电阻接地;
电源的负极接地,正极连接电感,然后依次连接第一开关,限流电感,负载电阻、最后接地,当负载发生电容性点燃的情况下,第二开关闭合将限流电感接地;所述的电流微分测量器,运放U1的一个输入端接在电感的正端,另一输入端分别通过电阻R 1接在运放U2的一个输入端,通过电阻R 2及电阻R 3接在运放U3的一个输入端;运放U2的一个输入端接在电感的负端,另一输入端通过电阻R 5及R 6接在运放U3的一个输入端,此输入端通过电阻R 7接地,运放U3的另一输入端通过电阻R 4接在运放U3输出端上;运放U3输出端与第一逻辑门U4及第二逻辑门U5连接,再分别接到二个驱动电路的输入端,二个驱动电路的输出端分别与第一开关和第二开关的控制端相连接。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103368134A (zh) * | 2013-07-17 | 2013-10-23 | 上海工业自动化仪表研究院 | 一种实现本质安全关联设备输出最大功率的方法 |
CN103928911A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-16 | 西安科技大学 | 本安Boost变换器的短路电感能量旁路电路 |
CN105655968A (zh) * | 2016-03-25 | 2016-06-08 | 张恒雄 | 一种用于直流的过流短路保护的电气装置 |
CN105932648A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-09-07 | 上海电机学院 | 一种用于直流配电系统的负载安全保护装置 |
CN110190746A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-30 | 中国矿业大学 | 矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器 |
CN113097012A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-07-09 | 湖北亿纬动力有限公司 | 防大电流冲击继电器及其控制方法、车辆用电池 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070230071A1 (en) * | 2006-04-03 | 2007-10-04 | Nexter Systems | Protection device for an oscillating power circuit |
CN201230273Y (zh) * | 2008-05-29 | 2009-04-29 | 上海煤科实业有限公司 | 输出本质型安全电源装置 |
CN101702507A (zh) * | 2009-11-04 | 2010-05-05 | 清华大学 | 基于电火花动态监测与关断的本质安全防爆方法与装置 |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070230071A1 (en) * | 2006-04-03 | 2007-10-04 | Nexter Systems | Protection device for an oscillating power circuit |
CN201230273Y (zh) * | 2008-05-29 | 2009-04-29 | 上海煤科实业有限公司 | 输出本质型安全电源装置 |
CN101702507A (zh) * | 2009-11-04 | 2010-05-05 | 清华大学 | 基于电火花动态监测与关断的本质安全防爆方法与装置 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103368134A (zh) * | 2013-07-17 | 2013-10-23 | 上海工业自动化仪表研究院 | 一种实现本质安全关联设备输出最大功率的方法 |
CN103368134B (zh) * | 2013-07-17 | 2015-10-21 | 上海工业自动化仪表研究院 | 一种实现本质安全关联设备输出最大功率的方法 |
CN103928911A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-16 | 西安科技大学 | 本安Boost变换器的短路电感能量旁路电路 |
CN103928911B (zh) * | 2014-04-25 | 2016-12-21 | 西安科技大学 | 本安Boost变换器的短路电感能量旁路电路 |
CN105655968A (zh) * | 2016-03-25 | 2016-06-08 | 张恒雄 | 一种用于直流的过流短路保护的电气装置 |
CN105932648A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-09-07 | 上海电机学院 | 一种用于直流配电系统的负载安全保护装置 |
CN110190746A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-30 | 中国矿业大学 | 矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器 |
CN110190746B (zh) * | 2019-05-21 | 2021-07-30 | 中国矿业大学 | 矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器 |
CN113097012A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-07-09 | 湖北亿纬动力有限公司 | 防大电流冲击继电器及其控制方法、车辆用电池 |
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