CN202997672U

CN202997672U - 新型矿用本安电源

Info

Publication number: CN202997672U
Application number: CN 201220714688
Authority: CN
Inventors: 崔均亮
Original assignee: Zhengzhou Electric Power College
Current assignee: Zhengzhou Electric Power College
Priority date: 2012-12-23
Filing date: 2012-12-23
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-23

Abstract

本实用新型公开了一种新型矿用本安电源，它含有AC/DC转换器，所述AC/DC转换器的输入端与隔离变压器连接，其输出端分别与DC/DC稳压器和充放电电路的输入端连接，所述充放电电路通过开关与蓄电池连接，所述DC/DC稳压器的输出端与本安输出器连接，所述本安输出器输出直流电，并且，所述本安输出器与双重过流过压保护器连接。本实用新型采用截止式双重过压过流保护，当电压或电流大于动作保护值时会切断电源，避免了其点燃规定的爆炸性气体，达到了本安输出的目的，另外，当电路故障排除电压和电流恢复正常时，能够自动恢复电源输出，满足了工作面自动化控制系统的供电需求。

Description

新型矿用本安电源

技术领域：

本实用新型涉及一种矿井使用的安全电源，特别是涉及一种新型矿用本安电源。

背景技术：

随着我国煤矿机械化、自动化程度的提高，以智能仪表为核心的数据采集和控制系统越来越多地被煤矿所选用。矿用本安电源作为这个数据采集和控制系统的供电电源，其是否能够满足性能要求决定了整个系统的可靠性，关系到矿井安全生产、抗灾能力和矿工的安危。由于现场智能仪表数量众多，因此要求本安电源能提供足够的输出电流。另一方面由于工作面煤尘更大，瓦斯浓度更高，对电源的本安性要求严格，限制了本安电源电流输出能力的提高。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、带负载能力强、具有双重保护、安全稳定性高的新型矿用本安电源。

本实用新型的技术方案是：一种新型矿用本安电源，含有AC/DC转换器，所述AC/DC转换器的输入端与隔离变压器连接，其输出端分别与DC/DC稳压器和充放电电路的输入端连接，所述充放电电路通过开关与蓄电池连接，所述DC/DC稳压器的输出端与本安输出器连接，所述本安输出器输出直流电，并且，所述本安输出器与双重过流过压保护器连接。

所述DC/DC稳压器的电路采用LM2676-ADJ，所述LM2676-ADJ的前端通过电容器接前级AC/DC转换器提供的直流27V电压，所述LM2676-ADJ的后端通过分压电阻R2和电位器RP1向后级本安输出器提供18V直流电压。

所述本安输出器的电路采用两个功率场效应管IRF9530串联在一起，并且，每一个所述功率场效应管IRF9530的开关触发端分别与所述双重过流过压保护器的一个控制电路的控制信号端连接，通过两个所述功率场效应管IRF9530的控制实现了从输入端非本安18伏直流电压到输出端18V本安电压的转换。

所述双重过流过压保护器包括两个相同的控制电路，每一控制电路均采用稳压管TL431，所述稳压管TL431的输出端通过电阻分别与四个电压比较器LM339连接，其中一个所述电压比较器LM339通过三极管Q1分别与所述本安输出器的功率场效应管IRF9530的输入端连接线和开关触发端连接。

每一所述控制电路均加装一个可重触发单稳态触发器4538，所述可重触发单稳态触发器4538与所述电压比较器LM339连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用截止式双重过压过流保护，当电压或电流大于动作保护值时会切断电源，避免了其点燃规定的爆炸性气体，达到了本安输出的目的，另外，当电路故障排除电压和电流恢复正常时，能够自动恢复电源输出，满足了工作面自动化控制系统的供电需求。

2、本实用新型采用开关型集成稳压器，其电路采用LM2676-ADJ，具有良好的线性和负载调节特性：使用一只低导通电阻的DMOS电源开关获得高输出效率，输入电压8V～40V，输出电压1.2V～37V可调，其内部含有频率补偿器和一个固定频率震荡器，将外部元件的数目减到最少，使用方便。

3、本实用新型本安输出电路采用IR的第五代HEXFETs功率场效应管IRF9530作为主控核心器件，其采用先进的工艺技术制造，具有极低的导通阻抗和快速的转换速率，另外，为了达到双重保护的目的，采用两个IRF9530串联的方式连接，并且采用双路过流过压保护电路分别控制两个IRF9530，在一路保护电路故障失去保护作用时，另一路还能正常保护，提高了电路的可靠性，这样通过两个IRF9530的控制实现了从非本安18伏直流电压到OUTPUT+和OUTPUT-输出端的18V本安电压转换。

4、本实用新型过流过压保护电路中电压基准采用TL431，它是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源，其输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值，该器件的典型动态阻抗仅为0.2Ω。信号比较选用四电压比较器集成电路LM339，具有工作电源电压范围宽、输入失调电压小、消耗电流小、共模输入电压范围宽及输出可以用开路集电极连接“或”门等特点。

5、本实用新型过流过压保护电路中加入一个可重触发单稳态触发器4538，当电路电压或电流在临界值附近波动导致LM339的A、B单元输出振荡脉冲时，利用4538下降沿可重触发Q端输出高电平的特性，控制IRF9530在关断状态，使电路起到了可靠过流过压保护的同时，也保护了IRF9530器件不被损坏。

6、本实用新型在实际使用过程中工作稳定、带负载能力强、故障动作迅速及故障后自动恢复可靠，其适用范围广，易于推广实施，具有良好的经济效益。

附图说明：

图1为新型矿用本安电源的组成原理图；

图2为图1所示DC/DC稳压器的电路原理图；

图3为图1所示本安输出器的电路原理图；

图4为图1所示过流过压保护器的电路原理图。

具体实施方式：

实施例：参见图1-图4，图中，1-隔离变压器，2-AC/DC转换器，3-DC/DC稳压器，4-本安输出器，5-双重过流过压保护器，6-蓄电池，7-开关，8-充放电电路。

新型矿用本安电源含有AC/DC转换器2，其中：AC/DC转换器2的输入端与隔离变压器1连接，其输出端分别与DC/DC稳压器3和充放电电路8的输入端连接，充放电电路8通过开关7与蓄电池6连接， DC/DC稳压器3的输出端与本安输出器4连接，本安输出器4输出直流电，并且，本安输出器4与双重过流过压保护器5连接。

为了满足不同电压场合的需要，变压器一次设有多个输入抽头，接线时只需根据现场的实际电压等级选用对应等级的抽头和公共零线接入即可。不同电压等级的交流输入经保险管进隔离变压器1相应的输入端，不管隔离变压器1的一次选用那种电压等级，其二次输出都为33V。AC/DC转换器2输出的直流电压，一路经充放电电路8对备用蓄电池6充电，贮存电能；另一路经DC/DC稳压器3稳压环节得到稳定的电源输出。当交流电停电时，蓄电池6中贮存的电能通过稳压环节放电，保持稳定的电源输出，实现不间断供电功能。开关7的作用是本设备在储存期间手动断开电池，防止放置电池电量过放。

AC/DC转换器2可以采用传统的整流滤波电路，也可采用专用的AC/DC模块，其产生27V的直流电压作为本安板和电池充电的电源。

DC/DC稳压器3的电路采用LM2676-ADJ，它是一种开关型集成稳压器，可提供一个驱动能力达3 A、可逐级下降的开关稳压器的所有功能，具有良好的线性和负载调节特性：使用一只低导通电阻的DMOS电源开关获得高输出效率；输入电压8V～40V，输出电压1.2V～37V可调。其内部含有频率补偿器和一个固定频率震荡器，将外部元件的数目减到最少，使用方便。其电路如图2所示。

图中Vin为其输入端，接前级AC/DC转换器2提供的直流27V电压，V18为其输出端，向后级本安电路提供18V直流电压，可以通过调整电位器RP1来保证18V电压的输出。

本安输出器4的电路采用IR的第五代HEXFETs功率场效应管IRF9530作为主控核心器件。其电路如图3所示。

当电路的电压或者电流超过设定值时，双重过流过压保护器5通过MK1.4(或MK2.4)输出控制信号控制IRF9530关断。为了达到双重保护的目的，这里采用两个IRF9530串联的方式连接，采用双路过流过压保护控制电路分别控制两个IRF9530，在一路保护电路故障失去保护作用时，另一路还能正常保护，提高了电路的可靠性。这样通过两个IRF9530的控制实现了从非本安18伏直流电压到OUTPUT+和OUTPUT-输出端的18V本安电压转换。

这里MK1.1(或MK2.1)为过流过压保护电路电源的输入端，MK1.2(或MK2.2) 为过流过压保护电路的电压采样端，MK1.3(或MK2.3) 为过流过压保护电路的电流采样端。

由于双重过流过压保护器5的双路过流过压保护电路完全相同，这里给出一路的电路（以第一路标号标示），如图4所示。

电路中电压基准选用稳压管TL431，其是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源，它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值，该器件的典型动态阻抗仅为0.2Ω。信号比较选用四电压比较器集成电路LM339。

电路中Z1(TL431)的3端输出2.5V的基准电压，直接进入LM339的B、C、D单元作为比较参考电压。通过R13和R14分压作为LM339的A单元的参考电压。正常工作时由于LM339 A、B、D单元的负输入端电位都小于正输入端电位，故它们的输出端开路，由R11上拉电阻将LM339的C单元正输入端电位拉高而使其高于负输入端的2.5V，其输出端输出高电位，PNP三极管Q1截至，MK1.4由下拉电阻R18下拉输出低电位，图3中的IRF9530器件V_GS<-5V而控制其导通，本安电源正常输出。当图3中的V18端电压高于18.75V时，MK1.2端输出电压高，即使图4中LM339的B单元负输入端电位高于正输入端电位，从而输出低电位，导致LM339的C单元输出端输出低电位，Q1三极管导通，MK1.4输出高电位，图3中的IRF9530器件V_GS≈0V而控制其关断，起到过压保护的作用。同样，当图3中的电源电流高于1.55A时，MK1.3端输出电压高于R7×1.55=0.248V，图4中LM339的A单元输出低电位，控制图3中的IRF9530关断，起到过流保护的作用。

为了防止电压或电流在保护临界值时电路反复开关使电路工作的不稳定及对IRF9530器件的损坏。电路中加入了一个可重触发单稳态触发器4538。由于4538的工作电压范围为3.0V～15V，LM339的工作电压范围为2.0V～36V，故图4中由MK1.1的18V电压通过Z2、Q2产生11.5V左右的VDD来作为4538和LM339的工作电源。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种新型矿用本安电源，含有AC/DC转换器，其特征是：所述AC/DC转换器的输入端与隔离变压器连接，其输出端分别与DC/DC稳压器和充放电电路的输入端连接，所述充放电电路通过开关与蓄电池连接，所述DC/DC稳压器的输出端与本安输出器连接，所述本安输出器输出直流电，并且，所述本安输出器与双重过流过压保护器连接。

2.根据权利要求1所述的新型矿用本安电源，其特征是：所述DC/DC稳压器的电路采用LM2676-ADJ，所述LM2676-ADJ的前端通过电容器接前级AC/DC转换器提供的直流27V电压，所述LM2676-ADJ的后端通过分压电阻R2和电位器RP1向后级本安输出器提供18V直流电压。

3.根据权利要求1所述的新型矿用本安电源，其特征是：所述本安输出器的电路采用两个功率场效应管IRF9530串联在一起，并且，每一个所述功率场效应管IRF9530的开关触发端分别与所述双重过流过压保护器的一个控制电路的控制信号端连接，通过两个所述功率场效应管IRF9530的控制实现了从输入端非本安18伏直流电压到输出端18V本安电压的转换。

4.根据权利要求3所述的新型矿用本安电源，其特征是：所述双重过流过压保护器包括两个相同的控制电路，每一控制电路均采用稳压管TL431，所述稳压管TL431的输出端通过电阻分别与四个电压比较器LM339连接，其中一个所述电压比较器LM339通过三极管Q1分别与所述本安输出器的功率场效应管IRF9530的输入端连接线和开关触发端连接。

5.根据权利要求4所述的新型矿用本安电源，其特征是：每一所述控制电路均加装一个可重触发单稳态触发器4538，所述可重触发单稳态触发器4538与所述电压比较器LM339连接。