CN103457469B - 防爆稳压电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防爆稳压电源，包括主电路，所述主电路包括DC/DC变换器、芯片LT1247、为芯片LT1247提供工作电压的自馈电路，所述DC/DC变换器包括高频变压器T1、二极管D13、电容C9、电阻R13和开关管VT，所述自馈电路包括二极管D12和电容C4，高频变压器T1包括绕组L1、绕组L2、绕组L3；该种防爆稳压电源能够大大减小电源的体积与重量，实现小型化；选择合适的开关电源拓扑结构和开关工作频率，可降低电感、电容等储能元件的存储能量，并可提高电源的输出功率。该种防爆稳压电源采用的开关管一般功耗小，散热少，从而所需的散热片也小，且该种防爆稳压电源功率损耗和温升儿乎不随电压的波动而变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种防爆稳压电源。
背景技术
电源作为电气设备的心脏，具有极其重要的地位。据有关资料统计发现在电子设备发生的故障中因为电源引起的故障就约占70%。电源直接影响了电气设备的可靠性和稳定性。因此，本质安全电源的安全性能以及技术发展水平越来越被关注。目前，本质安全型直流电源大多仍采用线性电源实现，线性本质安全电源主要由工频变压器!输入整流滤波电路!稳压电路和限能保护电路组成。
在本质安全电源电路中，虽然线性本质安全电路应用较为广泛，但表现出来的缺点也越来越明显，已不能满足未来整体本质安全系统的要求，其存在的缺点主要有以下几点：一、使用50Hz工频降压变压器大大增加整个电源的体积和重量，还需要隔爆外壳，因此，耗材大，成本高。二、必须有较大容量的滤波电容，从而增加电源的瞬间放电电流，在易燃易爆环境中降低了安全性。三、功率调整管在整个工作过程中一直工作在线性放大区，自身功耗大，因此，必须选用功率余量大的管子，并给管子加上较大散热片。四、线性电源担负过负荷和短路的能力较差，效率也不高，电网适应性差。
上述问题是在电源电路的设计与实现过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种防爆稳压电源解决现有技术中线性本质安全电路存在的体积和重量大、耗材大、成本高、安全性较低、自身功耗大、效率低、电网适应性差等问题。
本发明的技术解决方案是：
一种防爆稳压电源，包括主电路，所述主电路包括DC/DC变换器、芯片LT1247、为芯片LT1247提供工作电压的自馈电路，所述DC/DC变换器包括高频变压器T1、二极管D13、电容C9、电阻R13和开关管VT，所述自馈电路包括二极管D12和电容C4，高频变压器T1包括绕组L1、绕组L2、绕组L3；
所述芯片LT1247的引脚1通过电阻R9连接芯片LT1247的引脚2，所述芯片LT1247的引脚1通过电容C6连接芯片LT1247的引脚2，所述芯片LT1247的引脚2通过电组R11连接有线性光耦PC817A的第一输出端子，所述芯片LT1247的引脚8连接有线性光耦PC817A的第二输出端子，所述芯片LT1247的引脚2通过电组R11、电阻R12连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚3通过电容C5连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚3依次通过电阻R7、电阻R8连接绕组L3，所述芯片LT1247的引脚3通过电阻R7连接开关管VT，所述芯片LT1247的引脚6通过电阻R6连接开关管VT，所述芯片LT1247的引脚5通过绕组L3连接二极管D12的正极，二极管D12的负极连接芯片LT1247的引脚7，所述芯片LT1247的引脚7通过电容C4接地，所述芯片LT1247的引脚4通过电阻R10连接芯片LT1247的引脚8，所述芯片LT1247的引脚4通过电容C8连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚8通过电容C7连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚5接地；
所述主电路的输出端连接有过流保护电路，所述过流保护电路包括三极管Qa、电阻Ra1、电阻Ra2、二极管Da1、二极管Da2和三端稳压器，所述主电路的输出端通过电阻Ra1连接二极管Da1的正极，二极管Da1的负极连接二极管Da2的正极，二极管Da2的负极连接三端稳压器，所述三极管Qa的基极通过电阻Ra1连接三极管Qa的集电极，所述三极管Qa的发射极通过电阻Ra2连接三端稳压器。
优选地，所述DC/DC变换器连接有自启动电路，所述自启动电路包括电阻R4、电阻R5、二极管D8、二极管D9和三极管Q1，所述芯片LT1247的引脚5通过二极管D8连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的基极通过电阻R4连接绕组L1，所述三极管Q1的集电极通过电阻R5连接绕组L1，所述三极管Q1的发射极通过二极管D9连接所述芯片LT1247的引脚7。
优选地，所述DC/DC变换器连接有用于吸收开关管VT关断时由高频变压器T1初级漏感产生的尖峰电压的漏极钳位电路，所述漏极钳位电路包括二极管D10和二极管D11，所述二极管D10的正极、二极管D11的正极分别连接绕组L1的两端，所述二极管D10的负极连接所述二极管D11的负极。
优选地，所述DC/DC变换器的输出端连接有稳压电路，所述稳压电路包括稳压管TL431、线性光耦PC817A、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C10、电容C11，所述稳压管TL431的阳极通过电阻R18连接稳压管TL431的参考极，所述稳压管TL431的阴极通过电阻R16、电阻R14连接主电路的输出正极端，线性光耦PC817A的第一输入端子连接在电阻R14与电阻R16间，线性光耦PC817A的第二输入端子连接在电阻R16与电阻R17间，线性光耦PC817A的第二输入端子还连接电容C11、稳压管TL431的阴极，所述主电路的输出正极端通过电阻R15连接电容C11，所述主电路的输出正极端通过电阻R15、电容C10、电阻R17连接所述稳压管TL431的阴极，所述稳压管TL431的参考极通过电容C11连接所述稳压管TL431的阴极，所述稳压管TL431的阳极接地。优选地，所述过流保护电路连接有过压保护电路，所述过压保护电路包括二极管SCR、二极管Dz、电阻Rb1、电容Cb1，所述电阻Rb1的一端接地，所述电阻Rb1的另一端连接二极管Dz的正极，二极管Dz的负极、二极管SCR的正极分别连接三端稳压器的输出端，二极管SCR的控制极连接在二极管Dz的正极与电阻Rb1间，所述二极管SCR的负极接地，所述电阻Rb1并联有电容Cb1。
本发明一种防爆稳压电源，经整流滤波后直接送给DC/DC变换器的原边，由DC/DC变换器将高压交流电转换为稳压直流电输出。该种防爆稳压电源，能够大大减小电源的体积与重量，实现小型化；选择合适的开关电源拓扑结构和开关工作频率，可降低电感、电容等储能元件的存储能量，并可提高电源的输出功率。高频变压器的原边绕组和副边绕组相互隔离，这样有利于电源的本安处理。采用的开关管一般功耗小，散热少，从而所需的散热片也小，且该种防爆稳压电源功率损耗和温升儿乎不随电压的波动而变化。
该种防爆稳压电源中，二极管D10和二极管D11构成的漏极钳位电路能吸收在开关管VT关断时由高频变压器初级漏感产生的尖峰电压，保护开关管VT不受损坏。漏极钳位电路可采用一个稳压二极管和肖特基二极管构成，利用这两个二极管能吸收此尖峰电压，保护开关管不受损坏，并且此吸收电路是无损吸收，不影响电源效率，同时电路中无大容量电容，使本安电源的效率大幅度提高，电路中省去了工频变压器，直接用单端反激式变换器，不仅能很好地实现电气隔离，而且能实现多路输出，体积大大缩小，重量减轻，也有利于便携式。该种防爆稳压电源中，自启动电路只在启动和反馈期间工作，然后由绕组L3和二极管D12、二极管D14构成自馈电路给芯片LT1247提供工作电压。电阻R10、电容C8是芯片LT1247的外部定时电阻和定时电容，调节电阻R10、电容C8的值可以得到不同的开关频率。
该种防爆稳压电源中，所述DC/DC变换器的输出端连接有稳压电路，稳压电路包括稳压管TL431和线性光耦PC817A，当DC/DC变换器的副边输出电压因故障或负载减小而增大时，稳压管TL431导通，经过线性光耦PC817A的引脚2后电压变高，使线性光耦PC817A的引脚6输出PWM脉冲宽度变窄，从而使输出保持不变，其中电阻R9、电容C6、电阻R17、电容C10和电容C11为补偿元件；检测电阻R8可实现逐个脉冲峰值电流限制，故可实现开关电源的输出过流或短路保护；二极管D13和电容C9为输出整流滤波元件；单端反激式电路中DC/DC变换器的副边不可以开路，故加假负载电阻R13。
本发明的有益效果是：本发明一种防爆稳压电源，能够大大减小电源的体积与重量，实现小型化；选择合适的开关电源拓扑结构和开关工作频率，可降低电感、电容等储能元件的存储能量，并可提高电源的输出功率。高频变压器的原边绕组和副边绕组相互隔离，这样有利于电源的本安处理。采用的开关管一般功耗小，散热少，从而所需的散热片也小，且该种防爆稳压电源功率损耗和温升儿乎不随电压的波动而变化。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例主电路、过流保护电路与过压保护电路的结构框图；
图3是本发明实施例中过流保护电路的电路图；
图4是本发明实施例中过压保护电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
如图1所示，本实施例提供一种防爆稳压电源，包括主电路，所述主电路包括DC/DC变换器、芯片LT1247、为芯片LT1247提供工作电压的自馈电路，所述DC/DC变换器包括高频变压器T1、二极管D13、电容C9、电阻R13和开关管VT，所述自馈电路包括二极管D12和电容C4，高频变压器T1包括绕组L1、绕组L2、绕组L3；
所述芯片LT1247的引脚1通过电阻R9连接芯片LT1247的引脚2，所述芯片LT1247的引脚1通过电容C6连接芯片LT1247的引脚2，所述芯片LT1247的引脚2通过电组R11连接有线性光耦PC817A的第一输出端子，所述芯片LT1247的引脚8连接有线性光耦PC817A的第二输出端子，所述芯片LT1247的引脚2通过电组R11、电阻R12连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚3通过电容C5连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚3依次通过电阻R7、电阻R8连接绕组L3，所述芯片LT1247的引脚3通过电阻R7连接开关管VT，所述芯片LT1247的引脚6通过电阻R6连接开关管VT，所述芯片LT1247的引脚5通过绕组L3连接二极管D12的正极，二极管D12的负极连接芯片LT1247的引脚7，所述芯片LT1247的引脚7通过电容C4接地，所述芯片LT1247的引脚4通过电阻R10连接芯片LT1247的引脚8，所述芯片LT1247的引脚4通过电容C8连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚8通过电容C7连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚5接地。
所述DC/DC变换器连接有自启动电路，所述自启动电路包括电阻R4、电阻R5、二极管D8、二极管D9和三极管Q1，所述芯片LT1247的引脚5通过二极管D8连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的基极通过电阻R4连接绕组L1，所述三极管Q1的集电极通过电阻R5连接绕组L1，所述三极管Q1的发射极通过二极管D9连接所述芯片LT1247的引脚7。
所述DC/DC变换器连接有用于吸收开关管VT关断时由高频变压器T1初级漏感产生的尖峰电压的漏极钳位电路，所述漏极钳位电路包括二极管D10和二极管D11，所述二极管D10的正极、二极管D11的正极分别连接绕组L1的两端，所述二极管D10的负极连接所述二极管D11的负极。
所述DC/DC变换器的输出端连接有稳压电路，所述稳压电路包括稳压管TL431、线性光耦PC817A、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C10、电容C11，所述稳压管TL431的阳极通过电阻R18连接稳压管TL431的参考极，所述稳压管TL431的阴极通过电阻R16、电阻R14连接主电路的输出正极端，线性光耦PC817A的第一输入端子连接在电阻R14与电阻R16间，线性光耦PC817A的第二输入端子连接在电阻R16与电阻R17间，线性光耦PC817A的第二输入端子还连接电容C11、稳压管TL431的阴极，所述主电路的输出正极端通过电阻R15连接电容C11，所述主电路的输出正极端通过电阻R15、电容C10、电阻R17连接所述稳压管TL431的阴极，所述稳压管TL431的参考极通过电容C11连接所述稳压管TL431的阴极，所述稳压管TL431的阳极接地。
如图2和图3所示，所述主电路的输出端连接有过流保护电路，所述过流保护电路包括三极管Qa、电阻Ra1、电阻Ra2、二极管Da1、二极管Da2和三端稳压器，所述主电路的输出端通过电阻Ra1连接二极管Da1的正极，二极管Da1的负极连接二极管Da2的正极，二极管Da2的负极连接三端稳压器，所述三极管Qa的基极通过电阻Ra1连接三极管Qa的集电极，所述三极管Qa的发射极通过电阻Ra2连接三端稳压器。在过流保护电路中，在主电路输出端接上三端稳压器，使电路输出端输出稳定的18V直流电。正常工作时，三极管Qa导通；当电路发生过流时，三极管Qa截止，电流经过二极管Da1、二极管Da2两个二极管输出到三端稳压器的输入端，从而保证后级电路的正常工作。
如图4所示，所述过流保护电路连接有过压保护电路，所述过压保护电路包括二极管SCR、二极管Dz、电阻Rb1、电容Cb1，所述电阻Rb1的一端接地，所述电阻Rb1的另一端连接二极管Dz的正极，二极管Dz的负极、二极管SCR的正极分别连接三端稳压器的输出端，二极管SCR的控制极连接在二极管Dz的正极与电阻Rb1间，所述二极管SCR的负极接地，所述电阻Rb1并联有电容Cb1。在过流保护电路后面加上过压保护电路，正常情况下，二极管SCR、二极管Dz均截止，电路输出18V直接给负载供电；当本质安全型开关电源的整体设计18v<Vout<l8.7V时，二极管DZ导通，给电容Cb1充电，但二极管SCR没有足够大的门极触发电流仍截止；但Vout>18.7V时，二极管DZ导通，二极管SCR产生门极触发电流而导通，快速关断输出，从而起到保护作用。
本实施例的有益效果是：本实施例一种防爆稳压电源能够大大减小电源的体积与重量，实现小型化；选择合适的开关电源拓扑结构和开关工作频率，可降低电感、电容等储能元件的存储能量，并可提高电源的输出功率。该种防爆稳压电源采用的开关管一般功耗小，散热少，从而所需的散热片也小，且该种防爆稳压电源功率损耗和温升儿乎不随电压的波动而变化。
Claims (5)
1. 一种防爆稳压电源，其特征在于：包括主电路，所述主电路包括DC/DC变换器、芯片LT1247、为芯片LT1247提供工作电压的自馈电路，所述DC/DC变换器包括高频变压器T1、二极管D13、电容C9、电阻R13和开关管VT，所述自馈电路包括二极管D12和电容C4，高频变压器T1包括绕组L1、绕组L2、绕组L3；
所述芯片LT1247的引脚1通过电阻R9连接芯片LT1247的引脚2，所述芯片LT1247的引脚1通过电容C6连接芯片LT1247的引脚2，所述芯片LT1247的引脚2通过电组R11连接有线性光耦PC817A的第一输出端子，所述芯片LT1247的引脚8连接有线性光耦PC817A的第二输出端子，所述芯片LT1247的引脚2通过电组R11、电阻R12连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚3通过电容C5连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚3依次通过电阻R7、电阻R8连接绕组L3，所述芯片LT1247的引脚3通过电阻R7连接开关管VT，所述芯片LT1247的引脚6通过电阻R6连接开关管VT，所述芯片LT1247的引脚5通过绕组L3连接二极管D12的正极，二极管D12的负极连接芯片LT1247的引脚7，所述芯片LT1247的引脚7通过电容C4接地，所述芯片LT1247的引脚4通过电阻R10连接芯片LT1247的引脚8，所述芯片LT1247的引脚4通过电容C8连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚8通过电容C7连接芯片LT1247的引脚5，所述芯片LT1247的引脚5接地；
所述主电路的输出端连接有过流保护电路，所述过流保护电路包括三极管Qa、电阻Ra1、电阻Ra2、二极管Da1、二极管Da2和三端稳压器，所述主电路的输出端通过电阻Ra1连接二极管Da1的正极，二极管Da1的负极连接二极管Da2的正极，二极管Da2的负极连接三端稳压器，所述三极管Qa的基极通过电阻Ra1连接三极管Qa的集电极，所述三极管Qa的发射极通过电阻Ra2连接三端稳压器。
2.如权利要求1所述的防爆稳压电源，其特征在于：所述DC/DC变换器连接有自启动电路，所述自启动电路包括电阻R4、电阻R5、二极管D8、二极管D9和三极管Q1，所述芯片LT1247的引脚5通过二极管D8连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的基极通过电阻R4连接绕组L1，所述三极管Q1的集电极通过电阻R5连接绕组L1，所述三极管Q1的发射极通过二极管D9连接所述芯片LT1247的引脚7。
3.如权利要求1所述的防爆稳压电源，其特征在于：所述DC/DC变换器连接有用于吸收开关管VT关断时由高频变压器T1初级漏感产生的尖峰电压的漏极钳位电路，所述漏极钳位电路包括二极管D10和二极管D11，所述二极管D10的正极、二极管D11的正极分别连接绕组L1的两端，所述二极管D10的负极连接所述二极管D11的负极。
4.如权利要求1所述的防爆稳压电源，其特征在于：所述DC/DC变换器的输出端连接有稳压电路，所述稳压电路包括稳压管TL431、线性光耦PC817A、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C10、电容C11，所述稳压管TL431的阳极通过电阻R18连接稳压管TL431的参考极，所述稳压管TL431的阴极通过电阻R16、电阻R14连接主电路的输出正极端，线性光耦PC817A的第一输入端子连接在电阻R14与电阻R16间，线性光耦PC817A的第二输入端子连接在电阻R16与电阻R17间，线性光耦PC817A的第二输入端子还连接电容C11、稳压管TL431的阴极，所述主电路的输出正极端通过电阻R15连接电容C11，所述主电路的输出正极端通过电阻R15、电容C10、电阻R17连接所述稳压管TL431的阴极，所述稳压管TL431的参考极通过电容C11连接所述稳压管TL431的阴极，所述稳压管TL431的阳极接地。
5.如权利要求1-4任一项所述的防爆稳压电源，其特征在于：所述过流保护电路连接有过压保护电路，所述过压保护电路包括二极管SCR、二极管Dz、电阻Rb1、电容Cb1，所述电阻Rb1的一端接地，所述电阻Rb1的另一端连接二极管Dz的正极，二极管Dz的负极、二极管SCR的正极分别连接三端稳压器的输出端，，二极管SCR的控制极连接在二极管Dz的正极与电阻Rb1间，所述二极管SCR的负极接地，所述电阻Rb1并联有电容Cb1。
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