CN203119761U - 矿用本安电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种矿用本安电源，包括：DC-DC恒压模块；将DC-DC恒压模块输出的电流信号转换为第一电压信号，并将该第一电压信号输出至第一比较模块和第二比较模块，并依据第一比较模块和第二比较模块反馈信号连通或切断本安输出的过流保护模块；将输入的第一电压信号与预设的第一比较电压进行比较，如果大于该第一比较电压，则向过流保护模块输出高电平；否则向过流保护模块输出低电平的第一比较模块；以及将输入的第一电压信号与预设的第二电压比较进行比较，如果大于该第二比较电压，则向过流保护模块输出低电平；否则向过流保护模块输出高电平的第二比较模块。本实用新型矿用本安电源具有两级过流保护，使得电路安全系数更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及安全生产技术领域，尤其涉及一种矿用本安电源。
背景技术
随着现代社会对能源需求越来越大，作为主要能源提供的煤炭行业近年来有了长足的发展，社会发展对煤炭行业一次次的提出了更高的要求，要求矿山提供越来越多的煤炭能源，要求矿山行业对采掘的工人提供更高的安全保障。这些因素都在推动矿山机械化、自动化飞速的发展，矿山作业中出现越来越多的自动化设备，这些设备的工作稳定性、安全性、可靠性都和相关的矿用电源有着直接的联系。
社会的发展，信息技术的发展，以及行业的特殊性，使得矿山行业处在舆论监督的风口浪尖上，人们的目光不仅仅关注矿山的生产效率，整个社会同时在关注矿山的生产安全。矿井生产流程的机械自动化越来越高，对其供电电源的稳定性和安全性要求也就越来越高。加之煤炭行业工作环境的特殊性，使得高安全性、高可靠性、高性能的电源技术难度越来越高。
目前国内外应用方案中采用的电源大部分具有输出安全保护。但是，如图1所示，通常矿用本安电源只有一级的过压/过流保护，安全性低。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述的一个或多个问题，本实用新型提供了一种矿用本安电源。
(二)技术方案
根据本实用新型的一个方面，提供了一种具有两级输出保护的矿用本安电源。该矿用本安电源包括：将输入电压进行电压转换的DC-DC恒压模块；与DC-DC恒压模块相连接，将DC-DC恒压模块输出的电流信号转换为第一电压信号，并将该第一电压信号输出至第一比较模块和第二比较模块，并依据第一比较模块和第二比较模块反馈信号连通或切断本安输出的过流保护模块；与过流保护模块相连接，将输入的第一电压信号与预设的第一比较电压进行比较，如果大于该第一比较电压，则向过流保护模块输出高电平；否则向过流保护模块输出低电平的第一比较模块；以及与过流保护模块相连接，将输入的第一电压信号与预设的第二电压比较进行比较，如果大于该第二比较电压，则向过流保护模块输出低电平；否则向过流保护模块输出高电平的第二比较模块。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，过流保护模块包括：第十六电阻R16、电源线保护电路和地线保护电路，其中：第十六电阻R16，其一端连接至内部地，其另一端连接至第一比较模块的第一输入端(1_a1)和第二比较模块的第一输入端(2_a1)；该电源线保护电路包括：第一NPN型三极管Q1，其集电极通过第九电阻R9连接至DC-DC模块输出端，其发射极连接至内部地，其基极通过第十一电阻R11连接至第二比较模块的输出端(2_b1)；第三PMOS管Q3，其栅极连接至第一NPN型三极管Q1的集电极，其源极连接到DC-DC模块输出端，其漏极连接至该矿用本安电源本安输出的电源线端；该地线保护电路包括：第二PNP型三极管Q2，其集电极通过第十电阻R10连接至DC-DC恒压模块的输出端(VDD)，其发射极连接到内部地，其基极通过第十二电阻R12连接至第一比较器的输出端(1_b1)；第四NMOS管Q4，其源极连接内部地，其栅极连接至第二PNP型三极管Q2的集电极，其漏极连接该矿用本安电源本安输出的地线端。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，DC-DC模块输出端的电压为12V，第九电阻R9的阻值为5.1k ohm，第十一电阻的阻值为1k ohm。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第一比较模块包括：第十三电阻R13，其一端连接DC-DC模块输出端；第十四电阻R14，其一端连接第十三电阻R13的另一端，另一端连接内部地；第一比较器，其一输入端连接至第十三电阻R13和第十四电阻R14之间，另一个输入端连接至第一比较模块的第一输入端(1_a1)，其输出端连接至第一比较模块的输出端(1_b1)；第十电容C10，其一端接地，另一端连接至第一比较器的输出端。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第十电容C10的延迟时间在0.1ms到1s之间可调；第十三电阻R13的阻值12.3K ohm，第十四电阻R14的阻值为1K ohm。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第二比较模块包括：第十七电阻R17，其一端连接DC-DC模块输出端；第十八电阻R18，其一端与第十七电阻R17的另一端连接；另一端连接内部地；第二比较器，其一输入端连接至第十八电阻R18与第十七电阻R17之间，另一输入端连接至第二比较模块的第一输入端(2_a1)，其输出端连接至第二比较器的输出端(2_b1)；第十一电容C11，其一端接地，另一端连接至第二比较器的输出端。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第十一电容C11的延迟时间在0.1ms到1s之间可调；第十七电阻R17的阻值12.3Kohm，第十八电阻R18的阻值为1Kohm。
优选地，本实用新型矿用本安电源还包括：将DC-DC恒压模块输出的电压信号分压后转换成第二电压信号，将第二电压信号输出至第一比较模块和第二比较模块；第一比较模块，还将输入的第二电压信号与预设的第三比较电压进行比较，如果大于该第三比较电压，则向过流保护模块输出高电平；如果小于该第三比较电压，则向过压检测模块输出低电平；以及第二比较模块，还将输入的第二电压信号与预设的第四比较电压进行比较，如果大于该第四比较电压，则向过流保护模块输出低电平；如果小于该第四比较电压，则向过压检测模块输出高电平。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，过压检测模块包括：第六电阻R6，其一端连接到DC-DC恒压模块的输出端VDD；第七电阻R7，其一端连接至第六电阻R6的另一端，其另一端连接到内部地；第一比较模块的第二输入端(1_a2)连接到第七电阻R7和第六电阻R6之间；第二比较模块的第二输入端(2_a2)连接到第七电阻R7和第六电阻R6之间。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第一比较模块还包括：第十二电阻R12，其一端连接到DC-DC模块输出端；第二十一电阻R21，其一端连接至第二十一电阻R21的另一端，其另一端连接到内部地；第三比较器，其第一输入端连接到第十二电阻R12和第二十一电阻R21之间，其第二输入端作为第一比较模块的第二输入端(1_a2)；其输出端1_b1连接至第一比较模块的输出端(1_b1)。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第二比较模块还包括：第十五电阻R15，其一端连接到DC-DC模块输出端；第十六电阻R16，其一端连接至第十五电阻R15的另一端，其另一端连接至内部地；第四比较器，其第一输入端连接至第十六电阻R16和第十五电阻R15之间，其第二输入端作为第二比较模块的第二输入端(2_a2)；其输出端连接至第二比较模块的输出端(2_b1)。
优选地，本实用新型矿用本安电源中，第十六电阻R16取值9K，第十五电阻R15取值1K；第六电阻R6取值为9K，第七电阻R7取值为1K；第十二电阻R12取值9K，第二十一电阻R21取值1K。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本实用新型矿用本安电源具有以下有益效果：
(1)两级过流保护，使得电路安全系数更高，更大限度保护现场应用的安全性；
(2)恢复时间变得可以控制，能够根据不同的矿山设备异常采取不同的动作，让设备更加安全。
附图说明
图1为现有技术矿用本案电源的结构示意图；
图2为根据本发明实施例矿用本安电源的结构示意图；
图3为图2所示矿用本安电源中过流保护模块的电路图；
图4A和图4B分别为图2所示矿用本安电源中第一比较模块和第二比较模块的电路图；
图5为根据本发明另一实施例矿用本安电源的结构示意图；
图6为图5所示矿用本安电源中过压保护模块的电路图；
图7A和图7B为图5所示矿用本安电源中第一比较模块和第二比较模块的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种矿用本安电源。图2为根据本实用新型实施例矿用本安电源的示意图。请参照图2，本实施例矿用本安电源包括：DC-DC恒压模块、过流保护模块、第一比较模块和第二比较模块。
DC-DC恒压模块将输入的24V～18V的电压转换为约为12V的电压。
过流保护模块将DC-DC恒压模块输入的电流信号转换为第一电压信号，并将该第一电压信号输出至第一比较模块和第二比较模块，并依据第一比较模块和第二比较模块反馈的信号连通或切断本安输出。
第一比较模块将输入的第一电压信号与预设的第一电压比较信号进行比较，如果大于该第一比较电压信号，则向过流保护模块输出高电平；如果小于该预设电压信号，则向过流保护模块输出低电平。
第二比较模块将输入的第一电压信号与预设的第二电压比较信号进行比较，如果大于该第二比较电压信号，则向过流保护模块输出低电平；如果小于该预设的第二比较电压信号，则向过流保护模块输出高电平。
本实施例中，第一比较电压和第二比较电压通常取值为0.9V。通过两级的过流过压保护，实现了对输出电压和电流的监控，提高了电源输入的安全等级。
以下对上述各模块进行详细说明。
DC-DC恒压模块的构造已为本领域技术人员所熟知，在本实用新型中不再详细说明。
图3为图2所示矿用本安电源中过流保护模块的电路图。请参照图3，该过流保护模块包括：第十六电阻R16、对电源线进行保护的电源线保护电路和对地线进行保护的地线保护电路，DC-DC恒压模块通过VDD网络输出给过流保护模块和过压检测模块。
第十六电阻R16，其一端连接至内部地，其另一端连接至第一比较模块的第一输入端(1_a1)和第二比较模块的第一输入端(2_a1)，将本安输出的电流信息通过电压形式输送给第一比较模块和第二比较模块。第一比较模块和第二比较模块将输入的电压同预设好的电压基准作比较，然后通过第一比较模块输出端(1_b1)和第二比较模块输出端(2_b1)做出动作响应。
该电源线保护电路包括：第一NPN型三极管Q1，其集电极通过第九电阻R9连接至DC-DC模块输出端VDD_12V，其发射极连接至内部地，其基极通过第十一电阻R11连接至第二比较模块的输出端(2_b1)；第三PMOS管Q3，其栅极连接至第一NPN型三极管Q1的集电极，其源极连接到DC-DC模块输出端VDD_12V，其漏极连接至本实施例矿用本安电源本安输出的电源线端。其中，第九电阻R9的阻值为5.1k ohm，第十一电阻R11的阻值为1k ohm。
当第二比较模块的第一输入端(2_a1)输入的电压低于0.9V，其在输出端(2_b1)输出高电平，第一NPN型三极管Q1导通，第三PMOS管Q3导通，输出本安回路正常输出。当第二比较模块的第一输入端(2_a1)输入高于0.9V时，其在输出端(2_b1)输出低电平，第一NPN型三极管Q1截止，第三PMOS管Q3的第二管脚和第三管脚断开，本安输出回路断开。
该地线保护电路包括：第二PNP型三极管Q2，其集电极通过第十电阻R10连接至DC-DC模块输出端(VDD)其发射极连接到内部地，其基极通过第十二电阻R12连接至第一比较器的输出端(1_b1)；第四NMOS管Q4，其源极连接内部地，其栅极连接至第二PNP型三极管Q2的集电极，其漏极连接本实施例矿用本安电源本安输出的地线端。
当第一比较模块的第一输入端(1_a1)输入的电压高于0.9V，其在输出端(1_b1)高电平，PNP型三极管Q2导通，NMOS管Q4截止，本安输出回路断开。当第一比较模块的输出端(1_a1)输入的电压低于0.9V，其在输出端低电平，第二PNP型三极管Q2截止，第四NMOS管Q4导通，输出本安回路正常输出。
图4A和图4B为图2所示矿用本安电源中第一比较模块和第二比较模块的电路图。
如图4A所示，该第一比较模块包括：第一比较器，第一比较电压信号的分压电阻第十三电阻R13和第十四电阻R14，延迟时间控制电容第十电容C10。第十电容C10取值为0.1uF，延迟时间为0.5s，通过修改第十电容C10可以在0.1ms到1s之间任意修改延迟时间。第十三电阻R13取值12.3K，第十四电阻R14取值1K，第十三电阻R13一端连接电源VDD_12V，另一端连接第十四电阻R14，第十四电阻R14的另一端连接内部地，第十四电阻R14与第十三电阻R13之间连接至第一比较器的一输入端连接，第一比较器的另一输入端连接至第一比较模块的第一输入端(1_a1)。
如图4B所示，该第二比较模块包括：第二比较器，第二电压比较信号的分压电阻第十七电阻R17和第十八电阻R18，延迟时间控制电容第十一电容C11。第十一电容C11取值为0.1uF，延迟时间为0.5s，通过修改第十一电容C11可以在0.1ms到1s之间任意修改延迟时间。第十七电阻R17取值12.3K，第十八电阻R18取值1K，第十七电阻R17一端连接电源VDD_12V，另一端连接第十八电阻R18，第十八电阻R18的另一端连接内部地。第十八电阻R18与第十七电阻R17之间连接至第二比较器的一输入端连接。第二比较器的另一输入端连接至第二比较模块的第一输入端，其输出端连接至第二比较器的输出端(2_b1)。
在本发明的另一个优选实施例中，如图5所示，矿用本案电源还包括：过压检测模块，并且，第一比较模块和第二比较模块也有了相应的改进。在本实施例中，同实施例1类似的部分将不再重复描述。
如图6所示，该过压保护模块包括：过压检测模块，第一比较模块以及第二比较模块。此时，第一比较模块以及第二比较模块还用于监测本安输出回路输出电压的异常情况。
过压检测模块包括：两分压电阻-第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6取值为9K，第七电阻R7取值为1K，第六电阻R6一端连接到电源VDD_12V，另一端通过第七电阻R7连接到内部地，第七电阻R7与第六电阻R6连接端同时作为过压信号，输出给第一比较模块的第二输入端(1_a2)和第二比较模块的第二输入端(2_a2)。
图7A和图7B为图5所示矿用本安电源中第一比较模块和第二比较模块的电路图。
如图7A所示，该第一比较模块还包括：第三电压比较信号的分压电阻-第十二电阻R12和第二十一电阻R21、第三比较器。第十二电阻R12取值9K，第二十一电阻R21取值1K。第十二电阻R12一端连接到DC-DC模块输出端VDD_12V，另一端通过第二十一电阻R21连接到内部地。第三比较器的一输入端连接到第二十一电阻R21与第十二电阻R12之间，另一输入端作为第一比较模块的第二输入端(1_a2)，其输出端(1_b1)连接至第一比较模块的输出端(1_b1)。
如图7B所示，该第二比较模块还包括：第二基准电压信号的分压电阻-第十六电阻R16和第十五电阻R15，和第四比较器。第十六电阻R16取值9K，第十五电阻R15取值1K。第十六电阻R16一端连接到DC-DC模块输出端VDD_12V，另一端通过第十五电阻R15连接到内部地。第四比较器的一输入端连接至第十六电阻R16和第十五电阻R15之间，输入端作为所述第二比较模块的第二输入端(2_a2)；其输出端连接至第二比较模块的输出端(2_b1)。
第一比较模块的输入端(1_a4)为第三比较电压，为1.2V。第二比较模块的输入端(2_a4)为第四比较电压，为1.2V。
基于上述构造，当第一比较模块的输入端(1_a2)输入的信号大于1.2V时，相应动作如同第一比较模块的输入端(1_a1)端输入信号大于0.9V一样，切断本安输出回路；当第一比较模块的输入端(1_a2)输入的信号小于1.2V时，相应动作如同第一比较模块的输入端(1_a1)端输入信号小于0.9V一样，本安回路正常输出。当第二比较模块的输入端(2_a2)输入的信号大于1.2V时，动作如同第二比较模块的输入端(2_a1)输入信号大于0.9V一样，切断本安回路；当第二比较模块的输入端(2_a2)输入的信号小于1.2V时，动作如同第二比较模块的输入端(2_a1)输入信号小于0.9V一样，本安回路正常输出。
需要说明的是，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：
(1)第三PMOS管Q3，第四NMOS管Q4还可以三极管形式出现；
(2)基准电压可以用三端稳压管来代替。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种矿用本安电源，其特征在于，包括：
将输入电压进行电压转换的DC-DC恒压模块；
与所述DC-DC恒压模块相连接，将DC-DC恒压模块输出的电流信号转换为第一电压信号，并将该第一电压信号输出至第一比较模块和第二比较模块，并依据第一比较模块和第二比较模块反馈信号连通或切断本安输出的过流保护模块；
与所述过流保护模块相连接，将输入的第一电压信号与预设的第一比较电压进行比较，如果大于该第一比较电压，则向过流保护模块输出高电平；否则向过流保护模块输出低电平的第一比较模块；以及
与所述过流保护模块相连接，将输入的第一电压信号与预设的第二电压比较进行比较，如果大于该第二比较电压，则向过流保护模块输出低电平；否则向过流保护模块输出高电平的第二比较模块。
2.根据权利要求1所述的矿用本安电源，其特征在于，所述过流保护模块包括：第十六电阻(R16)、电源线保护电路和地线保护电路，其中：
所述第十六电阻(R16)，其一端连接至内部地，其另一端连接至第一比较模块的第一输入端(1_a1)和第二比较模块的第一输入端(2_a1)；
所述电源线保护电路包括：第一NPN型三极管(Q1)，其集电极通过第九电阻(R9)连接至DC-DC模块输出端，其发射极连接至内部地，其基极通过第十一电阻(R11)连接至第二比较模块的输出端(2_b1)；第三PMOS管(Q3)，其栅极连接至第一NPN型三极管(Q1)的集电极，其源极连接到DC-DC模块输出端，其漏极连接至该矿用本安电源本安输出的电源线端；
所述地线保护电路包括：第二PNP型三极管(Q2)，其集电极通过第十电阻(R10)连接至DC-DC恒压模块的输出端(VDD)，其发射极连接到内部地，其基极通过第十二电阻(R12)连接至第一比较器的输出端(1_b1)；第四NMOS管(Q4)，其源极连接内部地，其栅极连接至第二PNP型三极管(Q2)的集电极，其漏极连接该矿用本安电源本安输出的地线端。
3.根据权利要求2所述的矿用本安电源，其特征在于，所述DC-DC模块输出端的电压为12V，第九电阻（R9）的阻值为5.1k ohm，第十一电阻的阻值为1k ohm。
4.根据权利要求2所述的矿用本安电源，其特征在于，所述第一比较模块包括：
第十三电阻(R13)，其一端连接DC-DC模块输出端；
第十四电阻(R14)，其一端连接第十三电阻(R13)的另一端，另一端连接内部地；
第一比较器，其一输入端连接至第十三电阻(R13)和第十四电阻(R14)之间，另一个输入端连接至第一比较模块的第一输入端(1_a1)，其输出端连接至第一比较模块的输出端(1_b1)；
第十电容(C10)，其一端接地，另一端连接至第一比较器的输出端。
5.根据权利要求4所述的矿用本安电源，其特征在于，所述第十电容(C10)的延迟时间在0.1ms到1s之间可调；
所述第十三电阻(R13)的阻值12.3K ohm，第十四电阻(R14)的阻值为1K ohm。
6.根据权利要求4所述的矿用本安电源，其特征在于，所述第二比较模块包括：
第十七电阻(R17)，其一端连接DC-DC模块输出端；
第十八电阻(R18)，其一端与第十七电阻(R17)的另一端连接；另一端连接内部地；
第二比较器，其一输入端连接至第十八电阻(R18)与第十七电阻(R17)之间，另一输入端连接至第二比较模块的第一输入端(2_a1)，其输出端连接至第二比较器的输出端(2_b1)；
第十一电容(C11)，其一端接地，另一端连接至第二比较器的输出端。
7.根据权利要求6所述的矿用本安电源，其特征在于，所述第十一电容(C11)的延迟时间在0.1ms到1s之间可调；
所述第十七电阻(R17)的阻值12.3Kohm，第十八电阻(R18)的阻值为1Kohm。
8.根据权利要求6所述的矿用本安电源，其特征在于，还包括：
将DC-DC恒压模块输出的电压信号分压后转换成第二电压信号，将第二电压信号输出至第一比较模块和第二比较模块；
所述第一比较模块，还将输入的第二电压信号与预设的第三比较电压进行比较，如果大于该第三比较电压，则向过流保护模块输出高电平；如果小于该第三比较电压，则向所述过压检测模块输出低电平；以及
所述第二比较模块，还将输入的第二电压信号与预设的第四比较电压进行比较，如果大于该第四比较电压，则向过流保护模块输出低电平；如果小于该第四比较电压，则向所述过压检测模块输出高电平。
9.根据权利要求8所述的矿用本安电源，其特征在于，所述过压检测模块包括：
第六电阻(R6)，其一端连接到DC-DC恒压模块的输出端(VDD)；
第七电阻(R7)，其一端连接至所述第六电阻(R6)的另一端，其另一端连接到内部地；
所述第一比较模块的第二输入端(1_a2)连接到第七电阻(R7)和第六电阻(R6)之间；
所述第二比较模块的第二输入端(2_a2)连接到第七电阻(R7)和第六电阻(R6)之间。
10.根据权利要求9所述的矿用本安电源，其特征在于，所述第一比较模块还包括：
第十二电阻(R12)，其一端连接到DC-DC模块输出端；
第二十一电阻(R21)，其一端连接至第二十一电阻(R21)的另一端，其另一端连接到内部地；
第三比较器，其第一输入端连接到第十二电阻(R12)和第二十一电阻(R21)之间，其第二输入端作为所述第一比较模块的第二输入端(1_a2)；其输出端(1_b1)连接至第一比较模块的输出端(1_b1)。
11.根据权利要求9所述的矿用本安电源，其特征在于，所述第二比较模块还包括：
第十五电阻(R15)，其一端连接到DC-DC模块输出端；
第十六电阻(R16)，其一端连接至第十五电阻(R15)的另一端，其另一端连接至内部地；
所述第四比较器，其第一输入端连接至第十六电阻(R16)和第十五电阻(R15)之间，其第二输入端作为所述第二比较模块的第二输入端(2_a2)；其输出端连接至第二比较模块的输出端(2_b1)。
12.根据权利要求11所述的矿用本安电源，其特征在于：
第十六电阻(R16)取值9Kohm，第十五电阻(R15)取值1Kohm；
第六电阻(R6)取值为9Kohm，第七电阻(R7)取值为1Kohm；
第十二电阻(R12)取值9Kohm，第二十一电阻(R21)取值1Kohm。
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