CN103094883A - 一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置，该本质安全型电源电路包括双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，上述电路有较强的故障检测保护功能及自动恢复工作功能，使得该本质安全型电源电路在故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强；本发明公开的本质安全型电源电路容置于具有隔爆功能的箱体内，使装置兼具隔爆功能，安全可靠，适用于防爆领域。另外，该本质安全型电源电路还包括软启动保护电路，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，发生过流、过压或短路故障。

Description

一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置

技术领域

本发明涉及电力电源技术领域，更具体的说，是涉及一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置。

背景技术

在煤矿井下、石油化工、冶金等领域中，由于存在可爆炸性或可燃物，应用于这些领域的各种电气设备需要符合相关领域的防爆技术标准才能正式运行使用。目前，常见的防爆装置有三种形式，即本质安全型、隔爆型和增安型。对于本质安全型（本安型）防爆装置是通过抑制点火源能量达到防爆目的的，由于其结构简单、适用范围广、操作简单和维护方便等优点，因此被广泛应用于防爆领域。

但是，本安技术是一种低功率设计技术，其原理是从限制能量入手，将电路中的电压和电流限制在一个允许的范围内，从而将能量限制在安全范围内，以保证设备正常工作或在发生事故时，如发生过压过流等情况时，设备产生的电火花和热效应不至于引起其周围可能存在的危险气体而爆炸。但在机器运行过程中，可能会因各种原因发生过流、过压或者短路故障，防爆领域中一些设备在检测到故障后即会自动停止工作，待人工排除故障后再由人工对故障设备进行启动，即故障后不能自动恢复工作，设备操作比较复杂。同时，为了限制能量，一些防爆设备将很多电流电压参数都设置的很低，限制了设备的应用范围。

因此，提供一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置，在设备检测到故障后自动停止工作，待故障排除后自动恢复工作，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置，以克服现有技术中由于在设备检测到故障后自动停止工作，但待故障排除后无法实现自动恢复工作的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种本质安全型电源电路，包括开关电源、采样电路、基准电路、软启动保护电路、第一开关电路、第二开关电路、一级限流保护电路、二级限流保护电路，一级输出过压保护电路、二级输出过压保护电路、一级输出短路保护电路和二级输出短路保护电路，其中：

所述开关电源的输出端依次经所述采样电路、所述第一开关电路和所述第二开关电路后输出电源电压值，所述第二开关电路的输出端为所述本质安全型电源电路的输出端；

所述采样电路分别与所述一级限流保护电路和所述二级限流保护电路相连，所述一级限流保护电路的输出端与所述第一开关电路的控制端相连，所述二级限流保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连；

所述一级输出过压保护电路和所述二级输出过压保护电路的输入端均与所述本质安全型电源电路的输出端相连，所述一级输出过压保护电路的输出端与所述第一开关电路的控制端相连，所述二级输出过压保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连；

所述一级输出短路保护电路和所述二级输出短路保护电路的输入端均与所述本质安全型电源电路的输出端相连，所述一级输出短路保护电路的输出端与所述第一开关电路的控制端相连，所述二级输出短路保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连；

所述基准电路与所述开关电源的输出端相连，为所述本质安全型电源电路提供所需的参考电压；

所述软启动保护电路分别与所述开关电源的输出端和所述第一开关电路的控制端相连，控制所述本质安全型电源电路的软启动。

优选的，所述基准电路包括：第一可调稳压器、第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：

所述第一可调稳压器的阴极经所述第一电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一可调稳压器的阴极与参考极之间连接有所述第二电阻，所述第一可调稳压器的阳极与参考极之间连接有第三电阻，所述第一可调稳压器的阳极接地。

优选的，所述采样电路包括：采样电阻，所述采样电阻的一端与所述开关电源的输出端相连，另一端与所述第一开关电路、所述一级限流保护电路和所述二级限流保护电路相连。

优选的，所述第一开关电路包括：第一开关管、第一稳压管、第四电阻和第五电阻，其中：

所述第一开关管的源极经所述采样电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一开关管的栅极，即所述第一开关电路的控制端，与所述第一稳压管的阳极相连，所述第一稳压管的阴极与所述第一开关管的源极相连，所述第一开关管的栅极与源极之间连接有所述第四电阻，所述第一开关管的栅极，经所述第五电阻接地，所述第一开关管的漏极输入至所述第二开关电路；

所述第二开关电路包括：第二开关管，稳压管和两个电阻，其中，所述第二开关管的栅极，即所述第二开关电路的控制端，分别经所述稳压管和一电阻与所述第二开关管的源极相连，所述第二开关管的栅极经另一电阻接地，所述第二开关管的源极与所述第一开关管的漏极相连，所述第二开关管的漏极即为所述本质安全型电源电流的输出端。

优选的，所述一级限流保护电路包括：第六电阻~第十一电阻、第三开关管、第四开关管、第一运算放大器和第一电容，其中：

所述开关电源的输出端依次经所述第六电阻和所述第七电阻接地，所述第三开关管的发射极连接至所述开关电源的输出端，所述第三开关管的基极经所述第八电阻和所述采样电阻后与所述开关电源的输出端相连，所述第三开关管的集电极连接到所述第六电阻和所述第七电阻的连接点，所述第三开关管的集电极依次经所述第九电阻与所述第十电阻后接地，所述第四开关管的发射极连接到所述开关电源的输出端，所述第四开关管的集电极与所述第一开关电路的控制端相连，所述第四开关管的基极经所述第十一电阻与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一运算放大器的输出端经所述第一电容与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第一运算放大器的反相输入端经所述第十电阻接地，所述第一运算放大器的同相端与所述基准电路的第二参考极相连；

所述二级限流保护电路与所述一级限流保护电路所包含的器件和连接关系相同，所述二级限流保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连。

优选的，所述一级输出过压保护电路包括：第二可调稳压器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第五开关管和第一二极管，其中：

所述第十二电阻的一端与所述本质安全型电源电路的输出端相连，另一端经所述第十三电阻接地，所述第二可调稳压器的阳极接地，所述第二可调稳压器的参考极连接至所述第十二电阻和所述第十三电阻的连接点，所述第二可调稳压器的阴极经所述第十四电阻与所述第五开关管的基极相连，所述第五开关管的发射极与所述开关电源的输出端相连，所述第五开关管的集电极经所述第一二极管与所述第一开关电路的控制端相连；

所述二级输出过压保护电路与所述一级输出过压保护电路所包含的器件和连接关系相同，所述二级输出过压保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连。

优选的，所述一级输出短路保护电路包括：第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第二十电阻、第二十二电阻~第二十五电阻、第四电容~第七电容、第一比较器、第一控制器、第六开关管和第七开关管，其中：

所述第十六电阻的一端与所述本质安全型电源电路的输出端相连，另一端经所述第十七电阻接地，且所述第十六电阻和所述第十七电阻的连接点输入到所述第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的同相输入端与所述基准电路的第一参考极相连，所述第一比较器的输出端经所述第二十五电阻接地，并经所述第二十四电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一比较器的输出端还与所述第一控制器的RST引脚相连，所述第一控制器的DISCHARGE引脚经所述第二十二电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一控制器的DISCHARGE引脚还依次经所述第二十三电阻和所述第五电容接地，所述第一控制器的THR引脚和TRI引脚相连，且连接到所述第二十三电阻和所述第五电容的连接点上，所述第一控制器的VCC引脚直接与所述开关电源的输出端相连，所述第一控制器的CONTROL引脚经所述第六电容接地，所述第一控制器的GND引脚直接接地，所述第一控制器的输出OUTPUT引脚依次经所述第十八电阻和所述第十九电阻接地，所述第六开关管的基极连接到所述第十八电阻和所述第十九电阻的连接点，所述第六开关管的发射极接地，所述第六开关管的集电极经所述第二十电阻与所述第七开关管的基极相连，所述第七开关管的发射极与所述开关电源的输出端相连，所述第七开关管的发射极和基极之间连接有第二十一电阻，所述第七开关管的集电极与第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阴极为所述一级输出短路保护电路的输出端，与所述第一开关电路的控制端相连；

所述二级输出短路保护电路与一级输出短路保护电路所包含的器件和连接关系相同，所述二级输出短路保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连。

优选的，所述软启动保护电路包括：第一电阻、第八开关管和第八电容，其中：

所述第八开关管的发射极经所述第一电阻与所述开关电源的输出端相连,所述第八开关管的基极经所述第八电容接地，所述第八开关管的集电极接地，所述第八开关管的发射极与所述第一运算放大器的同相输入端相连。

其中，所述开关管为三极管、MOSFET或IGBT。

本发明在上述公开的一种本质安全型电源电路的基础上，还公开了一种具有本质安全型电源电路的装置，包括上述所述的本质安全型电源电路，所述本质安全型电源电路设置于具有隔爆功能的箱体内。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置，该本质安全型电源电路包括双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，上述电路有较强的故障的检测保护功能及自动恢复工作功能，使得该本质安全型电源电路在故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强。

本发明公开的本质安全型电源电路容置于具有隔爆功能的箱体内，使装置兼具隔爆功能，安全可靠，适用于防爆领域。另外，该本质安全型电源电路还包括软启动保护电路，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，发生过流、过压或短路故障。此外，选择合适的各元器件的参数，可以在本安要求的限制范围内使本质安全型电源电路输出较大的输出电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种本质安全型电源电路的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的基准电路的电路结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种本质安全型电源电路的整体电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置，该本质安全型电源电路包括双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，上述电路有较强的故障检测保护功能及自动恢复工作功能，使得该本质安全型电源电路在故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强。本发明公开的本质安全型电源电路容置于具有隔爆功能的箱体内，使装置兼具隔爆功能，安全可靠，适用于防爆领域。另外，该本质安全型电源电路还包括软启动保护电路，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，发生过流、过压或短路故障。此外，选择合适的各元器件的参数，可以在本安要求的限制范围内使本质安全型电源电路输出较大的输出电流。

请参阅附图1，为本发明实施例公开的一种本质安全型电源电路的结构示意图。本发明公开了一种本质安全型电源电路，该本质安全型电源电路具体包括：开关电源101、采样电路102、基准电路103、软启动保护电路104、第一开关电路105、第二开关电路106、一级限流保护电路107、二级限流保护电路108，一级输出过压保护电路109、二级输出过压保护电路110、一级输出短路保护电路111和二级输出短路保护电路112。

其中：开关电源101的输出端IN依次经采样电路102、第一开关电路105和第二开关电路106后输出电源电压值，第二开关电路106的输出端为本质安全型电源电路的输出端OUT；采样电路102分别与一级限流保护电路107和二级限流保护电路108相连，一级限流保护电路107的输出端与第一开关电路105的控制端V1相连，用于控制第一开关电路105的关断，二级限流保护电路108的输出端与第二开关电路106的控制端V2相连，用于控制第二开关电路106的关断；一级输出过压保护电路109和二级输出过压保护电路110的输入端均与本质安全型电源电路的输出端OUT相连，一级输出过压保护电路109的输出端与第一开关电路105的控制端V1相连，用于控制第一开关电路105的关断，二级输出过压保护电路110的输出端与第二开关电路106的控制端V2相连，用于控制第二开关电路106的关断；一级输出短路保护电路111和二级输出短路保护电路112的输入端均与本质安全型电源电路的输出端OUT相连，一级输出短路保护电路111的输出端与第一开关电路105的控制端相连，二级输出短路保护电路112的输出端与第二开关电路106的控制端相连；基准电路103与开关电源101的输出端IN相连，为本质安全型电源电路提供所需的参考电压。软启动保护电路104分别与开关电源101的输出端IN和第一开关电路105的控制端V1相连，控制本质安全型电源电路的软启动，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，避免发生过流、过压或短路故障。

该本质安全型电源电路包括双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，上述电路有较强的故障检测保护功能及自动恢复工作功能，使得该本质安全型电源电路在故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强；另外，该本质安全型电源电路还包括软启动保护电路，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，发生过流、过压或短路故障。此外，选择合适的各元器件的参数，可以在本安要求的限制范围内使本质安全型电源电路输出较大的输出电流。

具体的，下面结合各部分的具体电路来介绍各个部分的工作原理。

请参阅附图2，为本发明实施例公开的基准电路的电路结构示意图。由图可知，基准电路包括第一可调稳压器P1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，其中：第一可调稳压器P1的阴极经第一电阻R1与开关电源101的输出端IN相连，第一可调稳压器P1的阴极与参考极之间连接有第二电阻R2，第一可调稳压器P1的参考极与阳极之间连接有第三电阻R3，同时，第一可调稳压器P1的阳极接地。由于第一可调稳压器P1的稳压作用，可以将其参考极电压稳定为第一参考电压VREF1，另外，通过选择合适的第二电阻R2和第三电阻R3可将第一可调稳压器P1的阴极稳定为第二参考电压VREF2，为了描述方便，将输出第一参考电压VREF1的第一可调稳压器P1的参考极称为第一参考极，输出第二参考电压VREF2的第一可调稳压器P1的阴极称为第二参考极。

其中：

VREF2=(1+R3R2)*VREF1。

上述基准电路主要为该本质安全型电源电路的其他电路提供第一参考电压VREF1和第二参考电压VREF2，如与一级限流保护电路相连，为一级限流保护电路提供其所需的参考电压，或与二级限流保护电路相连，为其提供所需的参考电压。另外，在该本质安全型电源电路中基准电路也可以设置多个，如另设一基准电路与二级限流保护电路相连。

其他电路请参阅附图3，本发明实施例公开的一种本质安全型电源电路的整体电路结构示意图。

优选的，采样电路102包括采样电阻R0，用以检测开关电源101输出的输出电流，采样电路102经采样电阻R0后输出电压V0，采样电阻R0的一端与开关电源101的输出端IN相连，另一输出电压V0端与第一开关电路105、一级限流保护电路107和二级限流保护电路108相连，将开关电源101输出的输出电流输入至第一开关电路105、一级限流保护电路107和二级限流保护电路108中。

优选的，第一开关电路105包括：第一开关管Q1、第一稳压管Z1、第四电阻R4和第五电阻R5，在附图3所示的实施例中，第一开关管Q1可选用P沟道MOSFET。第一开关管Q1的源极经采样电阻R0与开关电源101的输出端IN相连，第一开关管Q1的栅极，即第一开关电路105的控制端V1，与第一稳压管Z1的阳极相连，第一稳压管Z1的阴极与第一开关管Q1的源极相连，第一开关管Q1的栅极与源极之间还连接有第四电阻R4，第一开关管Q1的栅极，还经第五电阻R5接地，第一开关管Q1的漏极电压VQ输入至第二开关电路。

与第一开关电路105相似的，第二开关电路106包括：第二开关管Q2，稳压管和两个电阻，其中，第二开关管Q2同样选用P沟道MOSFET，且各器件之间的连接关系与第一开关电路105相似，第二开关管Q2的栅极，即第二开关电路106的控制端V2，分别经稳压管和一电阻与第二开关管Q2的源极相连，第二开关管Q2的栅极经另一电阻接地；第二开关电路106的输入端，即第二开关管Q2的源极，其与第一开关管Q1的漏极相连，输入第一开关管Q1的漏极电压VQ，第二开关管Q2的漏极即为该本质安全型电源电路的输出端OUT。

结合附图3分析第一开关电路105的工作原理：当第一开关电路105正常工作时，开关电源101的输出电压V_IN依次经采样电阻R0、第四电阻R4和第五电阻R5接地，而第四电阻R4两端的压降使第一开关管Q1导通；当第一开关管Q1的源极与栅极之间的压降减小，不足以使第一开关管Q1导通时，第一开关管Q1关断，控制第一开关电路105停止工作。同理，当第二开关管Q2的源极与栅极之间的压降减小时，控制第二开关电路106停止工作。

由于开关电源101的输出电压V_IN依次经过第一开关电路105和第二开关电路106中的第一开关管Q1和第二开关管Q2后才能得到输出电压V_OUT，因此只有在第一开关电路105和第二开关电路106同时导通的情况下，才能得到输出电压V_OUT。

其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2可选用MOSFET、三极管等开关管。在该本质安全型电源电路正常工作的时候，第一开关管Q1和第二开关管Q2均导通，该电源电路的输出端电压V_OUT即为开关电源101输出端电压V_IN。

优选的，一级限流保护电路107包括：第六电阻R6~第十一电阻R11、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一运算放大器U1-A及第一电容C1。在附图3所示的实施例中，第三开关管Q3、第四开关管Q4选用PNP型三极管。开关电源101的输出端IN依次经第六电阻R6和第七电阻R7接地；第三开关管Q3的发射极连接至开关电源101的输出端IN，第三开关管Q3的基极经第八电阻R8和采样电阻R0后与开关电源101的输出端IN相连，第三开关管Q3的集电极连接到第六电阻R6和第七电阻R7的连接点，第三开关管Q3的集电极还依次经第九电阻R9与第十电阻R10后接地；第四开关管Q4的发射极连接到开关电源101的输出端IN，第四开关管Q4的集电极与第一开关电路105的控制端V1相连，第四开关管Q4的基极经第十一电阻R11与第一运算放大器U1-A的输出端相连；第一运算放大器U1-A的输出端经第一电容C1与其反相输入端相连，其反相输入端经第十电阻R10接地，其同相端与基准电路103的第二参考极相连，输入第二参考电压VREF2。

二级限流保护电路108与一级限流保护电路107所包含的器件和连接关系一致，需要注意的是，二级限流保护电路108的输出端与第二开关电路106的控制端V2相连。

结合附图3分析一级限流保护电路107的工作原理：正常工作时，采样电阻R0检测到的电流较小，致使第三开关管Q3无法导通，此时开关电源101的输出端IN经第六电阻R6后分别经过第七电阻R7接地和经第九电阻R9、第十电阻R10接地，第一运算放大器U1-A的反相输入端的电压极小，而其同相输入端的电压为第二参考电压VREF2，经比较后输出高电平导致第四开关管Q4无法导通，此时第一开关电路105正常工作；同理，二级限流保护电路108中的第二开关电路106也正常工作，该电源电路正常输出电压V_OUT。

当该电源电路的输出电流过大时，采样电阻R0两端的电压增大，使第三开关管Q3导通，此时开关电源101的输出电压V_IN经第三开关管Q3后分别经过第七电阻R7接地和经第九电阻R9、第十电阻R10接地，由于第一运算放大器U1-A的反相输入端的电压增大，经比较后输出低电平，此时第四开关管Q4导通，使第四开关管Q4的集电极向第一开关电路105的控制端V1输出高电平，使第一开关管Q1的源极与栅极之间的压降减小，控制第一开关电路105停止工作；同理，二级限流保护电路108中的第二开关电路106也停止工作，此时电路不再输出电压。

当输出电流恢复正常状态，采样电阻R0检测到的电流减小，致使第三开关管Q3、第四开关管Q4无法导通，而第一开关电路105和第二开关电路106恢复正常工作，该电源电路正常输出电压V_OUT。

关于二级限流保护电路的工作原理与一级限流保护电路工作原理相同，在此不再赘述。

优选的，一级输出过压保护电路109包括：第二可调稳压器P2、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第五开关管Q5和第一二极管D1。在图示3的实施例中，第五开关管Q5选用PNP型三极管。第十二电阻R12的一端与该本质安全型电源电路的输出端OUT相连，另一端经第十三电阻R13接地；第二可调稳压器P2的阳极接地，其参考极连接至第十二电阻R12和第十三电阻R13的连接点，其阴极经第十四电阻R14与第五开关管Q5的基极相连，第五开关管Q5的发射极与开关电源101的输出端IN相连，第五开关管Q5的集电极经第一二极管D1与第一开关电路105的控制端V1相连。

其中，为了消除谐波影响，可在第二可调稳压器P2的阴极与参考极之间增设第二电容C2，还可在第五开关管Q5的发射极与基极之间增设第三电容C3；另外，为了保护第五开关管Q5，还可在第五开关管Q5的发射极与基极之间连接第十五电阻R15。

二级输出过压保护电路110与一级输出过压保护电路109所包含的器件和连接关系一致，需要注意的是，二级输出过压保护电路109的输出端与第二开关电路106的控制端V2相连。

结合附图3分析一级输出过压保护电路109的工作原理：电路正常工作时，第二可调稳压器P2不工作，从而控制第五开关管Q5关断及一级输出过压保护电路109不工作。当该电源电路的输出电压V_OUT过压时，第二可调稳压器P2导通，第五开关管Q5基极经第十四电阻R14后接地，第五开关管Q5导通，此时其集电极向第一开关电路105的控制端V1输出高电平，使第一开关管Q1的源极与栅极之间的压降减小，控制第一开关电路105停止工作；同理，二级输出过压保护电路110中的第二开关电路106也停止工作，此时电路不再输出电压。

由于第一开关电路105和第二开关电路106停止工作，控制该本质安全型电源电路无输出电压，一级输出过压保护电路109和二级输出过压保护电路110因无输入电压而停止工作，在此期间，若该电源电路过压故障消除，第一开关电路105和第二开关电路106可恢复正常工作，该电源电路正常输出电压V_OUT。

关于二级输出过压保护电路的工作原理与一级输出过压保护电路工作原理相同，在此不再赘述。

优选的，一级输出短路保护电路111包括：第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十电阻R20、第二十二电阻R22~第二十五电阻R25、第四电容C4~第七电容C7、第一比较器U2-A、第一控制器U3、第六开关管Q6和第七开关管Q7。在附图3的本实施例中，第六开关管Q6选用NPN型三极管，第七开关管Q7选用PNP型三极管。第十六电阻R16的一端与该本质安全型电源电路的输出端OUT相连，另一端经第十七电阻R17接地，且两电阻的连接点输入到第一比较器U2-A的反相输入端，第一比较器U2-A的同相输入端与所述基准电路103的第一参考极相连，输入第一参考电压VREF1，第一比较器U2-A的输出端经第二十五电阻R25接地，同时经第二十四电阻R24与开关电源101的输出端IN相连，第一比较器U2-A的输出端还与第一控制器U3的RST引脚相连,第一控制器U3的输出OUTPUT引脚依次经第十八电阻R18和第十九电阻R19接地，第六开关管Q6的基极连接到第十八电阻R18和第十九电阻R19的连接点上，第六开关管Q6的发射极接地，第六开关管Q6的集电极经第二十电阻R20与第七开关管Q7的基极相连，第七开关管Q7的发射极与开关电源101的输出端IN相连，第七开关管Q7的集电极与第二二极管D2的阳极相连，第二二极管D2的阴极，即一级输出短路保护电路111的输出端，与第一开关电路105的控制端V1相连。

其中，所述第十九电阻R19为了保护第六开关管Q6和第七开关管Q7，为了进一步的保护第六开关管Q6和第七开关管Q7，还可以在第七电阻Q7的基极和发射极之间增设第二十一电阻R21。另外，为了消除第一控制器U3输出电压中的谐波，可在第十九电阻R19两端并联第四电容C4。

其中，第一控制器U3的DISCHARGE引脚经第二十二电阻R22与开关电源101的输出端IN相连，第一控制器U3的DISCHARGE引脚还依次经第二十三电阻R23和第五电容C5接地，第一控制器U3的THR引脚和TRI引脚相连，且与第二十三电阻R23和第五电容C5的连接点相连，VCC引脚直接与开关电源101的输出端IN相连，CONTROL引脚经第六电容C6接地，GND引脚直接接地。

其中，为了消除VCC引脚输入电压的高频信号，还可增加第七电容C7，VCC引脚经第七电容C7接地，消除出入电压的高频信号。

二级输出短路保护电路112与一级输出短路保护电路111所包含的器件和连接关系一致，需要注意的是，二级输出短路保护电路112的输出端与第二开关电路106的控制端V2相连。

结合附图3分析一级输出短路保护电路111的工作原理：正常工作时，第一比较器U2-A的反相输入端输入的电压高，第一比较器U2-A输出低电平到第一控制器U3，第一控制器U3的输出OUTPUT引脚输出低电平，导致第六开关管Q6和第七开关管Q7均断开，一级输出短路保护电路111无输出。当输出短路时，第一比较器U2-A的反相输入端电压减小，第一比较器U2-A的输出端置换为高电平到第一控制器U3，第一控制器U3的输出OUTPUT引脚输出脉冲信号：高电平时第六开关管Q6和第七开关管Q7均导通，一级输出短路保护电路111的输出端向第一开关电路105的控制端V1输出高电平，使第一开关电路105停止工作；低电平时第六开关管Q6和第七开关管Q7均关断，一级输出短路保护电路111无输出，在此阶段该电源电路可恢复正常工作。若输出短路故障已消除，则二级输出短路保护电路112不工作无输出，该电源电路正常工作；若输出短路故障仍存在，则一级输出短路保护电路111工作并输出高电平，如此反复。

关于二级输出短路保护电路的工作原理与一级输出短路保护电路工作原理相同，在此不再赘述。

参见附图3，软启动保护电路104包括第一电阻R1，第八开关管Q8和第八电容C8。在附图3该实施例中，第八开关管Q8选用PNP型开关管。第八开关管Q8的发射极经第一电阻R1与开关电源101的输出端IN相连,第八开关管Q8的基极经第八电容C8接地，第八开关管Q8的集电极接地，第八开关管Q8的发射极与第一运算放大器U1-A的同相输入端相连。

结合附图3分析软启动保护电路104的工作原理：该电源电路刚开始启动时，开关电源101经第一电阻R1为第八电容C8充电，第八开关管Q8的基极电压不断升高，其发射极电压也不断升高，发射极电压最终钳位为第二参考电压V_REF2，使第一运算放大器U1-A输出高电平，使第四开关管Q4关断；发射极电压最终钳位为第二参考电压V_REF2后，由于第八电容C8电压仍在升高，第八开关管Q8也关断，软启动保护电路停止工作。

如上所述的软启动保护电路与第一开关电路105相连，还可设置另一结构相同的软启动保护电路与第二开关电路106相连。

优选的，本实施例中的开关管Q1~Q8均可选用合适的三极管、MOSFET、IGBT等开关管。

由于该本质安全型电源电路采用双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，故障的检测保护功能强，故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强；输出电流大，装置可适用范围广。

本发明公开了一种本质安全型电源电路，该本质安全型电源电路包括双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，上述电路有较强的故障检测保护功能及自动恢复工作功能，使得该本质安全型电源电路在故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强；另外，该本质安全型电源电路还包括软启动保护电路，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，发生过流、过压或短路故障。此外，选择合适的各元器件的参数，可以在本安要求的限制范围内使本质安全型电源电路输出较大的输出电流。

在上述本发明公开的实施例的基础上，本发明还公开的了一种具有本质安全型电源电路的装置，包括上述描述中的所述本质安全型电源电路，并将所述本质安全型电源电路设置于具有隔爆功能的箱体内，实现隔爆功能。

本发明公开的所述本质安全型电源电路容置于具有隔爆功能的箱体内，使装置兼具隔爆功能，安全可靠，适用于防爆领域。

综上所述：本发明公开了一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置，该本质安全型电源电路包括双重限流保护电路、双重输出过压保护电路和双重输出短路保护电路，上述电路有较强的故障的检测保护功能及自动恢复工作功能，使得该本质安全型电源电路在故障恢复后能自动启动，抗干扰能力强；本发明公开的本质安全型电源电路容置于具有隔爆功能的箱体内，使装置兼具隔爆功能，安全可靠，适用于防爆领域。

另外，该本质安全型电源电路还包括软启动保护电路，通过软启动保护电路控制整个本质安全型电源电路的正常启动，在其正常启动之后，软启动保护电路停止工作，在启动过程中避免了电流电压等突然的增加，发生过流、过压或短路故障。此外，选择合适的各元器件的参数，可以在本安要求的限制范围内使本质安全型电源电路输出较大的输出电流。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种本质安全型电源电路，其特征在于，包括开关电源、采样电路、基准电路、软启动保护电路、第一开关电路、第二开关电路、一级限流保护电路、二级限流保护电路，一级输出过压保护电路、二级输出过压保护电路、一级输出短路保护电路和二级输出短路保护电路，其中：

所述开关电源的输出端依次经所述采样电路、所述第一开关电路和所述第二开关电路后输出电源电压值，所述第二开关电路的输出端为所述本质安全型电源电路的输出端；

所述采样电路分别与所述一级限流保护电路和所述二级限流保护电路相连，所述一级限流保护电路的输出端与所述第一开关电路的控制端相连，所述二级限流保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连；

所述一级输出过压保护电路和所述二级输出过压保护电路的输入端均与所述本质安全型电源电路的输出端相连，所述一级输出过压保护电路的输出端与所述第一开关电路的控制端相连，所述二级输出过压保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连；

所述一级输出短路保护电路和所述二级输出短路保护电路的输入端均与所述本质安全型电源电路的输出端相连，所述一级输出短路保护电路的输出端与所述第一开关电路的控制端相连，所述二级输出短路保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连；

所述基准电路与所述开关电源的输出端相连，为所述本质安全型电源电路提供所需的参考电压；

所述软启动保护电路分别与所述开关电源的输出端和所述第一开关电路的控制端相连，控制所述本质安全型电源电路的软启动。

2.根据权利要求1所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述基准电路包括：第一可调稳压器、第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：

所述第一可调稳压器的阴极经所述第一电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一可调稳压器的阴极与参考极之间连接有所述第二电阻，所述第一可调稳压器的阳极与参考极之间连接有第三电阻，所述第一可调稳压器的阳极接地。

3.根据权利要求1所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述采样电路包括：采样电阻，所述采样电阻的一端与所述开关电源的输出端相连，另一端与所述第一开关电路、所述一级限流保护电路和所述二级限流保护电路相连。

4.根据权利要求1所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一开关管、第一稳压管、第四电阻和第五电阻，其中：

所述第一开关管的源极经所述采样电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一开关管的栅极，即所述第一开关电路的控制端，与所述第一稳压管的阳极相连，所述第一稳压管的阴极与所述第一开关管的源极相连，所述第一开关管的栅极与源极之间连接有所述第四电阻，所述第一开关管的栅极，经所述第五电阻接地，所述第一开关管的漏极输入至所述第二开关电路；

所述第二开关电路包括：第二开关管，稳压管和两个电阻，其中，所述第二开关管的栅极，即所述第二开关电路的控制端，分别经所述稳压管和一电阻与所述第二开关管的源极相连，所述第二开关管的栅极经另一电阻接地，所述第二开关管的源极与所述第一开关管的漏极相连，所述第二开关管的漏极即为所述本质安全型电源电流的输出端。

5.根据权利要求1所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述一级限流保护电路包括：第六电阻~第十一电阻、第三开关管、第四开关管、第一运算放大器和第一电容，其中：

所述开关电源的输出端依次经所述第六电阻和所述第七电阻接地，所述第三开关管的发射极连接至所述开关电源的输出端，所述第三开关管的基极经所述第八电阻和所述采样电阻后与所述开关电源的输出端相连，所述第三开关管的集电极连接到所述第六电阻和所述第七电阻的连接点，所述第三开关管的集电极依次经所述第九电阻与所述第十电阻后接地，所述第四开关管的发射极连接到所述开关电源的输出端，所述第四开关管的集电极与所述第一开关电路的控制端相连，所述第四开关管的基极经所述第十一电阻与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一运算放大器的输出端经所述第一电容与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第一运算放大器的反相输入端经所述第十电阻接地，所述第一运算放大器的同相端与所述基准电路的第二参考极相连；

所述二级限流保护电路与所述一级限流保护电路所包含的器件和连接关系相同，所述二级限流保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连。

6.根据权利要求1所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述一级输出过压保护电路包括：第二可调稳压器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第五开关管和第一二极管，其中：

所述第十二电阻的一端与所述本质安全型电源电路的输出端相连，另一端经所述第十三电阻接地，所述第二可调稳压器的阳极接地，所述第二可调稳压器的参考极连接至所述第十二电阻和所述第十三电阻的连接点，所述第二可调稳压器的阴极经所述第十四电阻与所述第五开关管的基极相连，所述第五开关管的发射极与所述开关电源的输出端相连，所述第五开关管的集电极经所述第一二极管与所述第一开关电路的控制端相连；

所述二级输出过压保护电路与所述一级输出过压保护电路所包含的器件和连接关系相同，所述二级输出过压保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连。

7.根据权利要求1所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述一级输出短路保护电路包括：第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第二十电阻、第二十二电阻~第二十五电阻、第四电容~第七电容、第一比较器、第一控制器、第六开关管和第七开关管，其中：

所述第十六电阻的一端与所述本质安全型电源电路的输出端相连，另一端经所述第十七电阻接地，且所述第十六电阻和所述第十七电阻的连接点输入到所述第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的同相输入端与所述基准电路的第一参考极相连，所述第一比较器的输出端经所述第二十五电阻接地，并经所述第二十四电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一比较器的输出端还与所述第一控制器的RST引脚相连，所述第一控制器的DISCHARGE引脚经所述第二十二电阻与所述开关电源的输出端相连，所述第一控制器的DISCHARGE引脚还依次经所述第二十三电阻和所述第五电容接地，所述第一控制器的THR引脚和TRI引脚相连，且连接到所述第二十三电阻和所述第五电容的连接点上，所述第一控制器的VCC引脚直接与所述开关电源的输出端相连，所述第一控制器的CONTROL引脚经所述第六电容接地，所述第一控制器的GND引脚直接接地，所述第一控制器的输出OUTPUT引脚依次经所述第十八电阻和所述第十九电阻接地，所述第六开关管的基极连接到所述第十八电阻和所述第十九电阻的连接点，所述第六开关管的发射极接地，所述第六开关管的集电极经所述第二十电阻与所述第七开关管的基极相连，所述第七开关管的发射极与所述开关电源的输出端相连，所述第七开关管的发射极和基极之间连接有第二十一电阻，所述第七开关管的集电极与第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阴极为所述一级输出短路保护电路的输出端，与所述第一开关电路的控制端相连；

所述二级输出短路保护电路与一级输出短路保护电路所包含的器件和连接关系相同，所述二级输出短路保护电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连。

8.根据权利要求5所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述软启动保护电路包括：第一电阻、第八开关管和第八电容，其中：

所述第八开关管的发射极经所述第一电阻与所述开关电源的输出端相连,所述第八开关管的基极经所述第八电容接地，所述第八开关管的集电极接地，所述第八开关管的发射极与所述第一运算放大器的同相输入端相连。

9.根据权利要求4至8所述的本质安全型电源电路，其特征在于，所述开关管为三极管、MOSFET或IGBT。

10.一种具有本质安全型电源电路的装置，其特征在于，包括上述权利要求1至9任意一项中所述的本质安全型电源电路，所述本质安全型电源电路设置于具有隔爆功能的箱体内。

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