CN110536185A - 一种用于井下综合基站的电源电路及其井下综合基站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于井下综合基站的电源电路及其井下综合基站，所述用于井下综合基站的电源电路包括：控制电路、网络通讯电路、电源开关电路、电压检测电路和电流检测电路，所述网络通讯电路和电源开关电路分别与所述控制电路相连接，所述电压检测电路分别与所述控制电路和电源开关电路相连接，所述电流检测电路分别与所述控制电路和电源开关电路相连接；其中，所述电源开关电路包括光电耦合电路和MOS开关电路，所述控制电路通过所述光电耦合电路连接至所述MOS开关电路。本发明能够实现开关控制、电压检测和电流检测，进而为安全型电源提供了基础，电路结构合理，所述电源电路的模块轻且小，便于产品的模块和结构化设计，便于实现功能扩展。

Description

一种用于井下综合基站的电源电路及其井下综合基站

技术领域

本发明涉及一种电源电路，尤其涉及一种用于井下综合基站的电源电路，并涉及采用了该电源电路的井下综合基站。

背景技术

在井下综合基站中，防爆指的是一种防止在特定危险气体下产生爆炸的方式，比如隔爆浇封为防爆的形式之一；隔爆的特点是通过厚重的金属外壳包裹设备。内部产生爆炸时，不会点燃外部的可燃性气体，但是这种形式的隔爆非常笨重。此外，本质安全型同样也是防爆形式之一，指电路在一个或者两个故障情况下，任意产生短路后能量不足以引爆标准气体，但是只能适用于低压和低功耗设备。浇封则是将电路板用环氧树脂浇封，隔绝可燃性气体，以实现防爆，浇封类的设备往往体积很小。

而任何一个符合矿井环境的综合基站系统，或者矿下的任何弱电通讯类设备，都要通过AC转DC完成。这样就有几种选择：第一、完全隔爆，这样即使AC短路也没有关系；第二、对弱电部分进行本质安全型设计，使用DC供电，配以隔爆兼本质安全型电源，比如整体隔爆，输出符合本质安全型标准。而现有技术中的井下基站基本没有采用浇封电源的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种安全可靠的用于井下综合基站的电源电路，还优选进一步提供采用了该电源电路的井下综合基站。

对此，本发明提供一种用于井下综合基站的电源电路，包括：控制电路、网络通讯电路、电源开关电路、电压检测电路和电流检测电路，所述网络通讯电路和电源开关电路分别与所述控制电路相连接，所述电压检测电路分别与所述控制电路和电源开关电路相连接，所述电流检测电路分别与所述控制电路和电源开关电路相连接；其中，所述电源开关电路包括光电耦合电路和MOS开关电路，所述控制电路通过所述光电耦合电路连接至所述MOS开关电路。

本发明的进一步改进在于，所述控制电路包括主控电路和烧写电路，所述烧写电路与所述主控电路的MCU相连接。

本发明的进一步改进在于，所述控制电路还包括电容储能电路，所述电容储能电路与所述主控电路的MCU相连接。

本发明的进一步改进在于，所述网络通讯电路包括以太网模块电路、以太网隔离变压电路和以太网接口，所述控制电路通过所述以太网模块电路连接至所述以太网隔离变压电路，所述以太网隔离变压电路连接至所述以太网接口。

本发明的进一步改进在于，所述以太网接口为网线接口。

本发明的进一步改进在于，所述光电耦合电路包括电阻R30、光电耦合器U7、贴片保险丝F1以及电阻R31，所述电阻R30的一端连接至电位端，所述电阻R30的另一端连接至所述光电耦合器U7的输入端，所述光电耦合器U7的输出端正极通过贴片保险丝F1连接至所述MOS开关电路，所述电耦合器U7的输出端负极通过电阻R31接地。

本发明的进一步改进在于，所述MOS开关电路包括电阻R27、MOS管U6、电阻R28、三极管Q1、电阻R29，所述贴片保险丝F1远离所述光电耦合器U7的一端分别连接至所述电阻R27的一端和所述MOS管U6的源极，所述电阻R27的另一端连接至所述MOS管U6的栅极，所述MOS管U6的漏极连接至VCC，所述电阻R29的一端连接至所述电耦合器U7的输出端负极，所述电阻R29的另一端连接至所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极通过电阻R28连接至所述MOS管U6的栅极。

本发明的进一步改进在于，所述电压检测电路包括电阻R43、三极管Q2、电阻R41、电容C33和电阻R42，所述电阻R43的一端连接至所述控制电路，所述电阻R43的另一端连接至所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极通过电阻R41连接至所述电源开关电路，所述三极管Q2的发射极分别通过电容C33和电阻R42接地，所述三极管Q2的发射极连接至所述控制电路。

本发明还提供一种井下综合基站，采用了如上所述的用于井下综合基站的电源电路，并包括交换机模块和扩展模块，所述用于井下综合基站的电源电路分别与所述交换机模块和扩展模块相连接，所述扩展模块包括插拔式的定位模块、wifi模块、广播模块、传感采集模块、IP电话模块、无线通讯模块以及数据传输模块中的任意一种或几种。

本发明的进一步改进在于，所述井下综合基站包括了至少两个所述的用于井下综合基站的电源电路，其中一个所述用于井下综合基站的电源电路连接至路由器和交换机模块，其余所述用于井下综合基站的电源电路连接至所述扩展模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：对用于井下综合基站的电源电路进行了设计，能够实现开关控制、电压检测和电流检测，进而为本质安全型电源提供了硬件电路基础，电路结构合理，使得所述电源电路的模块轻且小，便于产品的模块和结构化设计。在此基础上，所述井下综合基站通过交换机模块和扩展模块等能够实现模块化插槽设计，便于实现井下综合基站的功能扩展需求。

附图说明

图1是本发明一种实施例的电路模块结构示意图；

图2是本发明一种实施例的控制电路的电路原理图；

图3是本发明一种实施例的网络通讯电路的电路原理图；

图4是本发明一种实施例的电源开关电路的电路原理图；

图5是本发明一种实施例的电压检测电路的电路原理图；

图6是本发明一种实施例的电流检测电路的电路原理图；

图7是本发明一种实施例的井下综合基站的结构示意图；

图8是本发明一种实施例的井下综合基站的电源分配控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1至图6所示，本例提供一种用于井下综合基站的电源电路，包括：控制电路1、网络通讯电路2、电源开关电路3、电压检测电路4和电流检测电路5，所述网络通讯电路2和电源开关电路3分别与所述控制电路1相连接，所述电压检测电路4分别与所述控制电路1和电源开关电路3相连接，所述电流检测电路5分别与所述控制电路1和电源开关电路3相连接；其中，所述电源开关电路3包括光电耦合电路301和MOS开关电路302，所述控制电路1通过所述光电耦合电路301连接至所述MOS开关电路302。

与现有技术不同，本例为内置浇封兼本质安全型电源，弱电部分采取本质安全型设计，整体体积小，重量轻。

如图2所示，本例所述控制电路1包括主控电路101、烧写电路102和电容储能电路103，所述烧写电路102和电容储能电路103分别与所述主控电路101的MCU相连接。

本例所述控制电路1的电源监控底板的主控芯片为MCU，优选采用STM32芯片，即图2中的主控芯片U3，所述控制电路1优选还包含烧写电路102和电容储能电路103，便于为实现烧录和储能等提供硬件电路基础。所述主控电路101的MCU的对外连接包含了如图3所示的网络通讯电路2；并且还通过电源开关电路3提供了浇封兼本质安全型电源到功能模块的通断控制和分配的电路基础，如图4所示；图5所示的电压检测电路4和图6所示的电流检测电路5，也分别符合浇封兼本质安全型电源的电压监测和电流监测需求，符合井下环境对电源产品的要求。

如图3所示，本例所述网络通讯电路2包括以太网模块电路201、以太网隔离变压电路202和以太网接口203，所述控制电路1通过所述以太网模块电路201连接至所述以太网隔离变压电路202，所述以太网隔离变压电路202连接至所述以太网接口203。所述以太网接口203优选为网线接口。

本例所述网络通讯电路2为所述主控电路101的MCU（STM32）的网络部分，以太网模块芯片U4为以太网物理层芯片，以太网隔离变压芯片U6为以太网隔离变压器，以太网接口203J8为RJ45接口。所述主控电路101的MCU（STM32）通过所述网络通讯电路2接到所述井下综合基站的交换机模块6，并可与上层服务器进行交互，所述井下综合基站优选为井下多功能综合基站。

如图4所示，本例所述光电耦合电路301包括电阻R30、光电耦合器U7、贴片保险丝F1以及电阻R31，所述电阻R30的一端连接至电位端，所述电阻R30的另一端连接至所述光电耦合器U7的输入端，所述光电耦合器U7的输出端正极通过贴片保险丝F1连接至所述MOS开关电路302，所述电耦合器U7的输出端负极通过电阻R31接地。

如图4所示，本例所述MOS开关电路302包括电阻R27、MOS管U6、电阻R28、三极管Q1、电阻R29，所述贴片保险丝F1远离所述光电耦合器U7的一端分别连接至所述电阻R27的一端和所述MOS管U6的源极，所述电阻R27的另一端连接至所述MOS管U6的栅极，所述MOS管U6的漏极连接至VCC，所述电阻R29的一端连接至所述电耦合器U7的输出端负极，所述电阻R29的另一端连接至所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极通过电阻R28连接至所述MOS管U6的栅极。

图4所示的，是一组电源开关电路3的电路原理图，固定用于交换机模块6和所述控制电路1的电源监控底板。在实际应用中，这个电源开关电路3可以设置为两组以上，比如两组至八组。

本例所述电源开关电路3优选设置为八组，可以控制第二输入电源、第三输入电源与第二输出、第三输出、第四输出和第五输出之间的互通，可以覆盖所有电源分配的情况，这些控制都由所述主控电路101的MCU（STM32）的通用IO口实现。比如，所述主控电路101的MCU（STM32）通过一个通用IO口（SNG1），再通过光电耦合器U7和MOS管U6，就可以为两路~三路输入到两路~四路输出之间的通断控制提供硬件电路基础，如图8所示。

如图5所示，本例所述电压检测电路4包括电阻R43、三极管Q2、电阻R41、电容C33和电阻R42，所述电阻R43的一端连接至所述控制电路1，所述电阻R43的另一端连接至所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极通过电阻R41连接至所述电源开关电路3，所述三极管Q2的发射极分别通过电容C33和电阻R42接地，所述三极管Q2的发射极连接至所述控制电路1。

图5所示的是其中一组电压检测电路4。CON1信号来自MCU（STM32），通常置低，三极管Q2（BCW33）关断，电压检测电路4暂时不起作用。CON1信号按照1秒1次的周期，短暂置高数毫秒，三极管Q2（BCW33）接通。通过电阻分压，可以把待测电源的电压降到一个合理范围。TEXT4信号接MCU（STM32）的ADC，通过ADC即可测量待测电源电压。优选的，本例所述电源电路包括五组所述电压检测电路4，所述五组的电压检测电路4均与所述主控电路101的MCU（STM32）相连接，即通过CON1至CON5与所述MCU（STM32）相连接。

图6所示的是其中一组电流检测电路5。每一个电源的负极都接入了高精度0.39欧电阻。图6中，H1与H2为输出的正负极。当输出接了负载后，电流流过电阻R33，TEXT1就有相应的电平。TEXT1也接入STM32的ADC，通过换算即可获得被测电源此时电流。优选的，本例所述电源电路也包括五组所述电流检测电路5，所述五组的电流检测电路5均与所述主控电路101的MCU（STM32）相连接。

如图7和图8所示，本例还提供一种井下综合基站，采用了如上所述的用于井下综合基站的电源电路，并包括交换机模块6和扩展模块7，所述用于井下综合基站的电源电路分别与所述交换机模块6和扩展模块7相连接，所述扩展模块7包括插拔式的定位模块、wifi模块、广播模块、传感采集模块、IP电话模块、无线通讯模块以及数据传输模块中的任意一种或几种。

本例所述井下综合基站包括了至少两个所述的用于井下综合基站的电源电路，其中一个所述用于井下综合基站的电源电路连接至路由器和交换机模块6，其余所述用于井下综合基站的电源电路连接至所述扩展模块7。

本例的特点是，所述井下综合基站的模块全部使用本质安全型设计。除了核心交换机模块6的交换机功能，还优选扩展了四个插槽（四个扩展模块7）供扩展使用，即所述扩展模块7。这些插槽可以放入定位、WIFI、485数传、IP电话等功能。所述井下优选包括了三个所述的用于井下综合基站的电源电路，其中一个所述用于井下综合基站的电源电路连接至路由器和交换机模块6，其余两个所述用于井下综合基站的电源电路连接至所述扩展模块7，以实现插槽供电。由于每个业务插板所需功率不同，因此，该本例所述井下综合基站内有一套电源监控/分配电路，可以将两路电源以任意的排列组合方式提供给四路插槽（四个扩展模块7），如图8所示。

因此，本例便于施工安装，减小调试维护难度；同时保持走线的整齐美观；并且，由于所述电源电路采用本质安全型设计，并内置浇封兼本质安全型电源，比起传统的隔爆、隔爆兼本质安全型设计，体积明显减小，重量不足这些现有技术设计的1/3。通过所述电源电路，也能够很好适应扩展模块7的插板的不同功率需求。

如图7所示，本例所述井下综合基站主要由一系列可插拔板卡构成。左起第一块为交换机模块6；此后的四个扩展模块7允许自由搭配，可以是以下模块中的任意一个或多个：定位模块、wifi模块、广播模块、传感采集模块、ip电话模块、无线通讯模块以及CAN/485等数据传输模块等。最右边为三路独立的浇封兼本质安全型的电源模块8，为所述井下综合基站供电，也就是用于设置所述电源电路的电源模块8。

如图8所示，三路独立的浇封兼本质安全型的电源模块8，通过所述控制电路1给多个模块供电。根据本质安全型的要求，两路或者两路以上的所述电源电路不可合并。因此，该所述控制电路1的电源监控底板仅可将特定的一路或者几路电源拆分。其中，路由器和电源监控底板本身的电路部分使用其中1路电源电路实现供电，另外的两路电源电路可自由分配。

通过第一电源开关电路至第四电源开关电路的导通或关断，可将第二输入电源分配至第二输出至第五输出中的任何一个或者多个。通过第五开关电路至第八开关电路的导通或关断，可将第三输入电源分配至第二输出至第五输出中的一个或者多个。这种分配方式非常灵活。譬如第二输出需要一个重载模块，则可以引导第二输入电源和第三输入电源同时供电。如果都是轻载模块，则可分开供电。另外，所述电源开关电路3还可以通过远程控制通断，对负载模块进行强制断电、强制重启，有助于系统故障诊断和排除。图8中箭头表示电流可能的途径，所述控制模块1对其电源监控底板进行控制。

综上所述，本例对用于井下综合基站的电源电路进行了设计，能够实现开关控制、电压检测和电流检测，进而为本质安全型电源提供了硬件电路基础，电路结构合理，使得所述电源电路的模块轻且小，便于产品的模块和结构化设计。在此基础上，所述井下综合基站通过交换机模块6和扩展模块7等能够实现模块化插槽设计，便于实现井下综合基站的功能扩展需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，包括：控制电路、网络通讯电路、电源开关电路、电压检测电路和电流检测电路，所述网络通讯电路和电源开关电路分别与所述控制电路相连接，所述电压检测电路分别与所述控制电路和电源开关电路相连接，所述电流检测电路分别与所述控制电路和电源开关电路相连接；其中，所述电源开关电路包括光电耦合电路和MOS开关电路，所述控制电路通过所述光电耦合电路连接至所述MOS开关电路。

2.根据权利要求1所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述控制电路包括主控电路和烧写电路，所述烧写电路与所述主控电路的MCU相连接。

3.根据权利要求2所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述控制电路还包括电容储能电路，所述电容储能电路与所述主控电路的MCU相连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述网络通讯电路包括以太网模块电路、以太网隔离变压电路和以太网接口，所述控制电路通过所述以太网模块电路连接至所述以太网隔离变压电路，所述以太网隔离变压电路连接至所述以太网接口。

5.根据权利要求4所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述以太网接口为网线接口。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述光电耦合电路包括电阻R30、光电耦合器U7、贴片保险丝F1以及电阻R31，所述电阻R30的一端连接至电位端，所述电阻R30的另一端连接至所述光电耦合器U7的输入端，所述光电耦合器U7的输出端正极通过贴片保险丝F1连接至所述MOS开关电路，所述电耦合器U7的输出端负极通过电阻R31接地。

7.根据权利要求6所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述MOS开关电路包括电阻R27、MOS管U6、电阻R28、三极管Q1、电阻R29，所述贴片保险丝F1远离所述光电耦合器U7的一端分别连接至所述电阻R27的一端和所述MOS管U6的源极，所述电阻R27的另一端连接至所述MOS管U6的栅极，所述MOS管U6的漏极连接至VCC，所述电阻R29的一端连接至所述电耦合器U7的输出端负极，所述电阻R29的另一端连接至所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极通过电阻R28连接至所述MOS管U6的栅极。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的用于井下综合基站的电源电路，其特征在于，所述电压检测电路包括电阻R43、三极管Q2、电阻R41、电容C33和电阻R42，所述电阻R43的一端连接至所述控制电路，所述电阻R43的另一端连接至所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极通过电阻R41连接至所述电源开关电路，所述三极管Q2的发射极分别通过电容C33和电阻R42接地，所述三极管Q2的发射极连接至所述控制电路。

9.一种井下综合基站，其特征在于，采用了如权利要求1至8任意一项所述的用于井下综合基站的电源电路，并包括交换机模块和扩展模块，所述用于井下综合基站的电源电路分别与所述交换机模块和扩展模块相连接，所述扩展模块包括插拔式的定位模块、wifi模块、广播模块、传感采集模块、IP电话模块、无线通讯模块以及数据传输模块中的任意一种或几种。

10.根据权利要求9所述的井下综合基站，其特征在于，所述井下综合基站包括了至少两个所述的用于井下综合基站的电源电路，其中一个所述用于井下综合基站的电源电路连接至路由器和交换机模块，其余所述用于井下综合基站的电源电路连接至所述扩展模块。