CN109449905A - 矿用电源安全栅快速关闭电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用电源安全栅快速关闭电路，包括电流取样电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R10、检测放大运算放大器IC1、短路检测三极管Q8、二极管D1、稳压管D2、场效应管Q0、启动电路，本电路采用稳压管D2固定、限制场效应管Q0栅‑源极导通电压值Vgs，使其不进入深度饱合状态，抑制米勒效应。与深度饱合导通方式相比，场效应管退出导通状态延迟时间减少到原来的一半时间，提高了场效应管响应速度，当输出电压端对地短路时快速关闭安全栅。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿用电源安全栅快速关闭电路，属于矿用设备技术领域。
背景技术
在易燃易爆环境中，如果生产过程中大量使用电气设备，各种磨擦的电火花、静电火花、高温等不可避免，尤其当设备发生故障时，都有可能会点燃爆炸环境。本质安全是系统防爆的技术，安全场所的控制室设备通过安全栅与危险场所的本安设备相连，传递信号或能量。安全栅利用限流和限压电路，限制了从安全场所传递到危险场所的能量；处于危险场所的本安设备在这样的能量下能够正常工作，但这样的能量不足以引燃爆炸环境，即使本安设备自身发生故障，也不会产生任何足以引燃的电火花或发热表面。因此，无论是安全场所的控制室设备还是危险场所的本安设备发生故障，只要安全栅的限流限压电路正常工作，整个系统都会处于安全状态，不会产生爆炸。
安全栅接在本质安全电路和非本质安全电路之间，将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内。安全栅的主要功能为限流限压，限制进入现场的能量。矿用电源安全栅技术在煤矿监控设备中被广泛采用，目的是防止危险能量进入危险现场，以保障人身及设备安全。安全栅的快速关闭，对于提高矿用设备的安全性、可靠性具有重要意义和实用价值。
安全栅有多种构架方案，常用场效应管MOS电路来完成。场效应管栅极(G极)存在米勒电容Cgs。引发米勒效应，米勒效应导致场效应管高频响应降低，使MOS场效应管不能快速导通、截止。从而使安全栅不能快速关闭，影响矿用设备的安全性、可靠性。
如果能抑制米勒效应，提高场效应管响应速度，快速关闭安全栅，对提高矿用设备安全具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿用电源安全栅快速关闭电路，利用稳压二极管给予场效应管栅极合理、固定的电压值，使其不进入深度饱合状态，抑制米勒效应，提高场效应管响应速度，当输出电压端对地短路时快速关闭安全栅。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种矿用电源安全栅快速关闭电路，包括电流取样电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R10、检测放大运算放大器IC1、短路检测三极管Q8、二极管D1、稳压管D2、场效应管Q0、启动电路1，所述电流取样电阻R0的一端与电压输入端相连，电流取样电阻R0的另一端与场效应管Q0的源极相连，所述电阻R3的一端与电压输入端相连，电阻R3的另一端经电阻R5接地，所述电阻R4的一端与场效应管Q0的源极相连，电阻R4的另一端经电阻R6接地，所述检测放大运算放大器IC1的正相输入端连接于电阻R3、电阻R5之间，所述检测放大运算放大器IC1的反相输入端连接于电阻R4、电阻R6之间，所述电阻R2连接于场效应管Q0的源极和栅极之间，所述稳压管D2的阳极连接于场效应管Q0的栅极，稳压管D2的阴极连接于场效应管Q0的源极，所述二极管D1的阳极与检测放大运算放大器IC1的输出端，所述二极管D1的阴极与场效应管Q0的栅极相连，所述电阻R1的一端与场效应管Q0的栅极相连，电阻R1的另一端与短路检测三极管Q8的集电极连接，短路检测三极管Q8发射极接地，电阻R10的一端与短路检测三极管Q8基极相连，电阻R10的另一端与场效应管Q0的漏极相连，所述启动电路1的一端与电压输入端相连，启动电路1的另一端与场效应管Q0的漏极相连，场效应管Q0的漏极与电压输出端相连。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述矿用电源安全栅快速关闭电路，其中稳压管D2稳压值＝(Vgs*12％)+Vgs(th)；Vgs为场效应管Q0的栅极-源极电压，Vgs(th)为场效应管Q0的开启电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用场效应管非深度饱合导通方式，与深度饱合导通方式相比，场效应管退出导通状态延迟时间减少到原来的一半时间，提高了场效应管响应速度，当输出电压端对地短路时快速关闭安全栅。
附图说明
图1是本发明实施例1的电路图；
图2是本发明实施例2的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，矿用电源安全栅快速关闭电路，包括电流取样电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R10、检测放大运算放大器IC1、短路检测三极管Q8、二极管D1、稳压管D2、场效应管Q0、启动电路1，场效应管Q0为P沟道场效应管。所述电流取样电阻R0的一端与电压输入端相连，电流取样电阻R0的另一端与场效应管Q0的源极相连，所述电阻R3的一端与电压输入端相连，电阻R3的另一端经电阻R5接地，所述电阻R4的一端与场效应管Q0的源极相连，电阻R4的另一端经电阻R6接地，所述检测放大运算放大器IC1的正相输入端连接于电阻R3、电阻R5之间，所述检测放大运算放大器IC1的反相输入端连接于电阻R4、电阻R6之间，所述电阻R2连接于场效应管Q0的源极和栅极之间，所述稳压管D2的阳极连接于场效应管Q0的栅极，稳压管D2的阴极连接于场效应管Q0的源极，所述二极管D1的阳极与检测放大运算放大器IC1的输出端，所述二极管D1的阴极与场效应管Q0的栅极相连，所述电阻R1的一端与场效应管Q0的栅极相连，电阻R1的另一端与短路检测三极管Q8的集电极连接，短路检测三极管Q8发射极接地，电阻R10的一端与短路检测三极管Q8基极相连，电阻R10的另一端与场效应管Q0的漏极相连，所述启动电路1的一端与电压输入端相连，启动电路1的另一端与场效应管Q0的漏极相连，场效应管Q0的漏极与电压输出端相连。启动电路1的作用：安全栅输入电压时，因场效应管处于关闭状态，所以没有输出电压。需要人为把输入电压以很小电流，输出到输出端。待输出电压升高后，启动电路停止工作，场效应管可以持续工作，输出电流。
电压正常输出时，检测放大运算放大器IC1运放输出低电平，被二极管D1隔离不起作用。三极管Q8导通使场效应管Q0导通。受稳压管D2限制，P勾道场效应管Q0处于非深度导通状态。当电压输出端电极对地短路瞬间，取样电阻两端电压上升，使检测放大运算放大器IC1翻转输出高电平并与场效应管Q0构成反馈，限制、稳定了输出电流。
本电路稳压管D2固定、限制场效应管Q0栅-源极导通电压值Vgs，使其不进入深度饱合状态，抑制米勒效应。但稳压管D2的稳压值的取值对抑制米勒效应至关重要，如果取D2为12V的稳压管，当输出端对地瞬间短路时，关断瞬间因米勒电容效应，场效应管G极电压在米勒台阶上停留约100nS，导致输出电压被延迟到150nS切断，效果并不明显。
本发明给出稳压二极管最佳取值的公式如下：
稳压管D2稳压值＝(Vgs*12％)+Vgs(th)
其中，Vgs(th)与Vgs的值可以通过场效应管参数手册查得。
例如：某场效应管参数：Vgs＝20V，Vgs(th)＝3V。则稳压管D2稳压值＝(20*12％)+3＝5.4V；
查稳压二极管参数表得知，可以选用标称5.6V稳压二极管，把稳压二极管并联在场效应管栅极-源极之间。当场效应管导通时，场效应管G极-S极电压限制在5.6V，则场效应管进入非深度导通状态。非深度饱和场效应管能够快速退出导通状态，使输出电压U0在70nS内降到零。比改进前时间减少1/2多，效果最显著。
场效应管关闭速度对输出能量有直接影响，后端短路了，安全栅应该立即停止输出。延迟越小越好，使输出能量最小，不产生火花避免引爆危险物质。
如图2所示是本发明实施例2的电路图。其中场效应管是N沟道场效应管。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种矿用电源安全栅快速关闭电路，其特征在于，包括电流取样电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R10、检测放大运算放大器IC1、短路检测三极管Q8、二极管D1、稳压管D2、场效应管Q0、启动电路，所述电流取样电阻R0的一端与电压输入端相连，电流取样电阻R0的另一端与场效应管Q0的源极相连，所述电阻R3的一端与电压输入端相连，电阻R3的另一端经电阻R5接地，所述电阻R4的一端与场效应管Q0的源极相连，电阻R4的另一端经电阻R6接地，所述检测放大运算放大器IC1的正相输入端连接于电阻R3、电阻R5之间，所述检测放大运算放大器IC1的反相输入端连接于电阻R4、电阻R6之间，所述电阻R2连接于场效应管Q0的源极和栅极之间，所述稳压管D2的阳极连接于场效应管Q0的栅极，稳压管D2的阴极连接于场效应管Q0的源极，所述二极管D1的阳极与检测放大运算放大器IC1的输出端，所述二极管D1的阴极与场效应管Q0的栅极相连，所述电阻R1的一端与场效应管Q0的栅极相连，电阻R1的另一端与短路检测三极管Q8的集电极连接，短路检测三极管Q8发射极接地，电阻R10的一端与短路检测三极管Q8基极相连，电阻R10的另一端与场效应管Q0的漏极相连，所述启动电路的一端与电压输入端相连，启动电路的另一端与场效应管Q0的漏极相连，场效应管Q0的漏极与电压输出端相连。
2.如权利要求1所述的矿用电源安全栅快速关闭电路，其特征在于，稳压管D2稳压值＝(Vgs*12％)+Vgs(th)；Vgs为场效应管Q0的栅极-源极电压，Vgs(th)为场效应管Q0的开启电压。
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