CN110190746B - 矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，电源与第一电感、第一二极管和第一电容相串联构成第一开关回路，电源与第一电感和第一开关电路相串联构成第二开关回路，第二电感和第二二极管相串联，且与相串联的第一电感和第一二极管相并联，第一电容与负载相并联，第三开关电路串联于电源的正极端或者负极端，第一、第二电流变化率测量电路分别与第一、第二电感相串联，第四开关电路并联于相串联的第三开关电路和电源两端，开关控制电路的输入端与第一、第二电流变化率测量电路相连，输出端与第三开关电路控制端相连。第三开关电路串联于电源正极端或负极端，在发生电感开路电弧时，可以切除电源从而提高了电路的本质安全性能。

Description

矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器
技术领域
本发明属于电子领域，尤其涉及一种电源矿井侦测机器人用交错并联Boost变换器。
背景技术
矿井侦测机器人用开关电源对纹波和增益比提出了较高的要求，同时又要求达到本质安全。而开关变换器是开关电源的核心，因此矿井侦测机器人用开关电源的变换器的本质安全设计就成为一个重要环节。
现有交错并联Boost变换器能够达到降低输出纹波和提高增益比的效果，储能电感和滤波电容的数值均得到相应的降低，优于传统Boost变换器。在实现本质安全性能时需要考虑电感的储能释放问题。交错并联储能电感为提高效率,一般采用磁耦合结构，如图1所示，第一电感L1和第二电感L2相互耦合。
现有技术在电感两端反并联二极管来实现本质安全，但对于Boost变换器会碰到磁耦合特性利用以及电源影响问题，需要先做处理，在发生电感的开路电弧时需切断电源的供应。
发明内容
本发明的目的在于提出一种矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，在发生电感开路电弧时，可以切除电源从而提高了电路的本质安全性能。
本发明的技术实施方案是：矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，包括第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一电容、负载、第一开关电路、第二开关电路和电源，电源与第一电感、第一二极管和第一电容相串联构成第一开关回路，电源与第一电感和第一开关电路相串联构成第二开关回路，第二电感和第二二极管相串联，且与相串联的第一电感和第一二极管相并联，第一电容与负载相并联，还包括第三开关电路、第四开关电路、第一电流变化率测量电路、第二电流变化率测量电路和开关控制电路，第三开关电路串联于电源的正极端或者负极端，第一电流变化率测量电路与第一电感相串联，电源、第一电感、第一电流变化率测量电路和第一开关电路构成第三开关回路，第二电流变化率测量电路与第二电感相串联，电源、第二电感、第二电流变化率测量电路和第二开关电路构成第四开关回路，第四开关电路并联于相串联的第三开关电路和电源两端，开关控制电路输入端与第一电流变化率测量电路和第二电流变化率测量电路相连，开关控制电路的输出端与第三开关电路的控制端相连，开关控制电路用于根据第一电流变化率测量电路或者第二电流变化率测量电路输入的信号，控制第三开关电路的开与关。
基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：还包括第一内部释放回路和第二内部释放回路，第一内部释放回路与相串联的第一电感和第一电流变化率测量电路相并联，第二内部释放回路与相串联的第二电感和第二电流变化率测量电路相并联。
基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：第一内部释放回路包括第一双向稳压管，第二内部释放回路包括第二双向稳压管。
基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：第一内部释放回路包括相串联的第五开关管和第四二极管，第四二极管的阳极与第一电感的正极直接或者间接相连，第二内部释放回路包括相串联的第六开关管和第五二极管，第五二极管的阳极与第二电感的正极直接或者间接相连。
基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：第四开关电路为第三二极管，第三二极管的阳极与电源的负极直接或者间接相连。
基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：开关控制电路包括或门、基本RS触发器和反相器，或门的输入端作为开关控制电路的输入端，或门的输出端接至基本RS触发器的输入端，基本RS触发器的输出端接至反相器的输入端，反相器的输出端作为开关控制电路的输出端。
基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路分别为第一开关管、第二开关管和第三开关管。
有益效果
本发明由于采用上述方案在保证原交错并联Boost变换器功能基础上，第三开关电路串联于电源的正极端或负极端，在发生电感开路电弧时，可以切除电源从而提高了电路的本质安全性能。
增加电源切除开关第三开关电路，增加磁耦合回路第四开关电路，同时在第一电感和第二电感两端分别并联第一内部释放回路和第二内部释放回路。通过第三开关电路、第四开关电路、第一内部释放回路、第二内部释放回路的配合，实现了正常功能不变，但发生电感开路电弧时，能量的两个回路释能，一个是通过第一内部释放回路和第二内部释放回路释放能量，一个是利用磁耦合功能释放能量，达到了变换器的本质安全性能。
附图说明
图1为现有技术矿井侦测机器人用交错并联Boost变换器电路原理图；
图2为本发明本质安全Boost变换器电路原理图；
图3为本发明本质安全Boost变换器发生开路电弧的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本发明进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图2所示，矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C、负载R、第一开关电路、第二开关电路和电源Ui，电源Ui与第一电感L1、第一二极管D1和第一电容C相串联构成第一开关回路，电源与第一电感L1和第一开关电路相串联构成第二开关回路，第二电感L2和第二二极管D2相串联，且与相串联的第一电感L1和第一二极管D1相并联，第一电容C与负载R相并联，还包括第三开关电路、第四开关电路、第一电流变化率测量电路A1、第二电流变化率测量电路A2和开关控制电路，第三开关电路串联于电源Ui的正极端或者负极端，第一电流变化率测量电路A1与第一电感L1相串联，电源Ui、第一电感L1、第一电流变化率测量电路A1和第一开关电路构成第三开关回路，第二电流变化率测量电路A2与第二电感L2相串联，电源Ui、第二电感L2、第二电流变化率测量电路A2和第二开关电路构成第四开关回路，第四开关电路并联于相串联的第三开关电路和电源Ui两端，开关控制电路输入端与第一电流变化率测量电路A1和第二电流变化率测量电路相连，开关控制电路的输出端与第三开关电路的控制端相连，开关控制电路用于根据第一电流变化率测量电路A1或者第二电流变化率测量电路A2输入的信号，控制第三开关电路的开与关。还包括第一内部释放回路和第二内部释放回路，第一内部释放回路与相串联的第一电感和第一电流变化率测量电路A1相并联，第二内部释放回路与相串联的第二电感和第二电流变化率测量电路A2相并联。第一内部释放回路包括第一双向稳压管W1，第二内部释放回路包括第二双向稳压管W2。第四开关电路为第三二极管D3，第三二极管D3的阳极与电源的负极直接或者间接相连。开关控制电路包括或门、基本RS触发器和反相器，或门的输入端作为开关控制电路的输入端，或门的输出端接至基本RS触发器的输入端，基本RS触发器的输出端接至反相器的输入端，反相器的输出端作为开关控制电路的输出端。开关控制电路也可以采用芯片通过软件编程的方式进行控制。所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路分别包括第一开关管S1、第二开关管S2和第三开关管S3。
原理如图2所示。在原有Boost电路基础上增加第三开关管S3和第三二极管D3，在第一电感L1和第二电感L2的两端分别并联第一双向稳压管W1和第二双向稳压管W2。同时在第一电感L1和第二电感L2的线路上增加第一电流变化率测量电路A1和第二电流变化率测量电路A2，第一电流变化率测量电路A1和第二电流变化率测量电路A2进行逻辑或后，通过基本RS触发器，再经过反相器作用于第三开关管S3。
第三开关管S3的作用是发生电感开路电弧时切除电源；
第一双向稳压管W1和第二双向稳压管W2的作用是在发生电感开路电弧时电感能量的内部释放；
第三二极管D3的作用是发生电感开路电弧时电弧能量通过耦合形成回路，形成电感能量的外部释放；
A1第一电流变化率测量电路、A2第二电流变化率测量电路、或门、基本RS触发起和反相器构成电弧检测和保护电路。
保护过程：
正常工作时，第三开关管S3闭合，第三三极管D3截止，第一双向稳压管W1和第二双向稳压管W2均截止，电路完成Boost变换器正常功能。
不失一般性，如图3所示，当第一电感L1线路出现开路电弧时，通过第一电流变化率测量电路A1检测到电流的变化，通过或门驱动基本RS触发器，基本RS触发器低电平，第三开关管S3断开，切除电源。第一电感L1产生的过电压造成第一双向稳压管W1导通，即第一电感L1的能量首先通过稳压管续流。同时通过磁耦合作用，作用于第二电感L2，第二电感L2通过第二二极管D2，第一电容C和负载R，第三二极管D3形成回路，同时消耗第一电感L1的电感能量。
这两个回路的共同作用，大大提高了电路的本质安全性能。
实施例二
与实施例一不同之处在于：第一内部释放回路包括相串联的第五开关管和第四二极管，第四二极管的阳极与第一电感的正极直接或者间接相连，第二内部释放回路包括相串联的第六开关管和第五二极管，第五二极管的阳极与第二电感的正极直接或者间接相连。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (5)

1.矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，包括第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一电容、负载、第一开关电路、第二开关电路和电源，电源与第一电感、第一二极管和第一电容相串联构成第一开关回路，电源与第一电感和第一开关电路相串联构成第二开关回路，第二电感和第二二极管相串联，且与相串联的第一电感和第一二极管相并联，第一电容与负载相并联，其特征在于：还包括第三开关电路、第四开关电路、第一电流变化率测量电路、第二电流变化率测量电路和开关控制电路，第三开关电路串联于电源的正极端或者负极端，第一电流变化率测量电路与第一电感相串联，电源、第一电感、第一电流变化率测量电路和第一开关电路构成第三开关回路，第二电流变化率测量电路与第二电感相串联，电源、第二电感、第二电流变化率测量电路和第二开关电路构成第四开关回路，第四开关电路并联于相串联的第三开关电路和电源两端，开关控制电路输入端与第一电流变化率测量电路和第二电流变化率测量电路相连，开关控制电路的输出端与第三开关电路的控制端相连，开关控制电路用于根据第一电流变化率测量电路或者第二电流变化率测量电路输入的信号，控制第三开关电路的开与关；
开关控制电路包括或门、基本RS触发器和反相器，或门的输入端作为开关控制电路的输入端，或门的输出端接至基本RS触发器的输入端，基本RS触发器的输出端接至反相器的输入端，反相器的输出端作为开关控制电路的输出端；
还包括第一内部释放回路和第二内部释放回路，第一内部释放回路与相串联的第一电感和第一电流变化率测量电路相并联，第二内部释放回路与相串联的第二电感和第二电流变化率测量电路相并联。
2.根据权利要求1所述的矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，其特征在于：第一内部释放回路包括第一双向稳压管，第二内部释放回路包括第二双向稳压管。
3.根据权利要求1所述的矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，其特征在于：第一内部释放回路包括相串联的第五开关管和第四二极管，第四二极管的阳极与第一电感的正极直接或者间接相连，第二内部释放回路包括相串联的第六开关管和第五二极管，第五二极管的阳极与第二电感的正极直接或者间接相连。
4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，其特征在于：第四开关电路为第三二极管，第三二极管的阳极与电源的负极直接或者间接相连。
5.根据权利要求1所述的矿井侦测机器人用本安型交错并联Boost变换器，其特征在于：第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路分别为第一开关管、第二开关管和第三开关管。
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