实用新型内容
有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种性能可靠、满足ia防爆等级,能够对电源本身提供多种保护的本质安全一种矿用瓦斯管道不间断直流电源。
为达到上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种矿用瓦斯管道不间断直流电源,包括交流输入隔离变换模块、开关电源、蓄电池组、电源主板、限流电阻、过压保护模块和电涌保护板;其中交流输入隔离变换模块、开关电源、电源主板、限流电阻和过压保护模块依次串联连接,,所述开关电源对蓄电池组充电,所述电源主板对蓄电池组进行管理,所述的交流输入隔离变换模块与电涌保护板连接;所述电源主板包括输入过压保护电路、交流与电池切换电路和用于采集蓄电池组电压、控制蓄电池组充放电的电池充放电管理电路,所述输入过压保护电路的输入端分别与开关电源的输出端和蓄电池组的输出端连接,输入过压保护电路的输出端分别与交流与电池切换电路的第一输入端和电池充放电管理电路的第一输入端连接,电池充放电管理电路的第二输入端与蓄电池组输出端连接,电池充放电管理电路的输出端与交流与电池切换电路的第二输入端连接,交流与电池切换电路的输出端与输出模块连接;所述电池充放电管理电路包括电池电压采集电路、充电控制电路和单片机处理单元电路,所述电池电压采集单元用于,对电池的绝对电池电压及相对电池电压采集,所述充电控制电路用于,限压恒流充电控制,所述单片机处理单元电路用于,对采集的电池电压做判断处理、交流电与电池切换管理以及电池热启动放电管理;所述电池充放电管理电路还包括杜绝在电池无故情况下电池冷启动耗电的电池热启动放电电路。
进一步,所述电池充放电管理电路还包括避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电的电池反充保护电路。
进一步,所述电池充放电管理电路还包括当电池电压小于设定值时切断输出的电池过放保护电路。
进一步,所述电池热启动放电电路包括第三场效应管Q3、第三三极管S3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一二极管D1、第二二极管D2、第一触发器U1和第一电容C1,其中第七电阻R7并联在第一场效应管Q1的源极与栅极之间,第一场效应管Q1的漏极接电池过放保护电路的输入端,第三三极管S3的集电极与第一场效应管Q1的栅极连接,第九电阻R9并联在第三三极管S3的基极与发射极之间,第三三极管S3的发射极接地,第三三极管S3的基极通过串联第八电阻R8连接到第一触发器U1的第5脚,电源端VDD依次串联反向第一二极管D1和反向第二二极管D2到地,第十一电阻R11与第二二极管S2并联,第一二极管S1和第二二极管S2的公共端连接第十电阻R10,第十电阻R10的另一端与输入过压保护电路的输出端连接,第十电阻R10和第十一电阻R11的公共端与第一触发器U1的第2脚连接,第一触发器U1的第1脚和第3脚分别和单片机处理单元连接,第一触发器U1的第7、10、11、12、13脚分别接地,第一触发器U1的第1脚经过第一电容接地。
进一步,所述电池反充保护电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一瞬态电压抑制二极管TV1、第一三极管S1、第一场效应管Q1和跳线开关,第二电阻R2与蓄电池组连接,第二电阻R2的另一端分别与第一瞬态电压抑制二极管TV1的阴极端、第三电阻R3的一端和第一场效应管Q1的栅极相连,第一瞬态电压抑制二极管TV1的阳极端、第三电阻R3的另一端、第一场效应管Q1的源极、跳线开关的一端和第一三极管S1的发射极均连至地, 跳线开关的另一端与第一三极管D3的基极连接,第一场效应管Q1的漏极分别与第一电阻R1的一端和第一三极管S1的基极相连,第一三极管S1的集电极与充电控制电路的第一输出端连接,第一电阻R1的另一端与充电控制电路的第二输出端连接。
进一步,所述电池过放保护电路包括所述的包括第一稳压管D1A、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二三极管S2和第二场效应管Q2,其中,第一稳压管D1A的阴极端、第二场效应管Q2的源极、第四电阻R4的一端分别与蓄电池组连接,第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端并联后与第一稳压管D1A的阳极端相连,第五电阻R5的另一端与第二三极管S2的基极相连,第六电阻R6的另一端、第二三极管S2的发射极均连至地,第二三极管S2的集电极与第四电阻R4的另一端、第二场效应管Q2的栅极相连,第二场效应管Q2的漏极与交流与电池切换电路的输出端相连。
进一步,所述交流输入隔离变换模块采用隔离工频变压器,所述隔离工频变压器的初级端与次级端与电涌保护模块并联。
进一步,所述过压保护模块包括串联连接的第一过压保护模块、第二过压保护模块和第三过压保护模块,所述第一过压保护模块的输入端与限流电阻的输出端连接,所述第三过压保护模块的输出端作为整个直流电源的输出端。
进一步,所述电源主板还包括DC/DC电路,所述DC/DC电路用于连接交流与电池切换电路和限流模块。
进一步,所述蓄电池组为镍氢电池组。
有益技术效果:
1、本实用新型提供的电池反充保护电路能够避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电,避免电极接反而引起电池的损坏。
2、本实用新型提供的电池过放保护电路能够在电池电量过低的情况下及时切断电池的输出,提高了电池的使用寿命。
3、本实用新型提供的电池热启动放电技术杜绝在电池无故情况下电池冷启动耗电,提高电池的用电效率。
4、本实用新型具有性能可靠、抗干扰能力强的特点,能够满足在长期处于爆炸环境使用的0区范围使用,具有良好的市场推广价值。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本实用新型的实践中得到教导。
具体实施方式
下面将结合附图,对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示,一种矿用瓦斯管道不间断直流电源,包括交流输入隔离变换模块、开关电源、蓄电池组、电源主板、限流电阻、过压保护模块和电涌保护板;其中交流输入隔离变换模块、开关电源、电源主板、限流电阻和过压保护模块依次串联连接,,所述开关电源对蓄电池组充电,所述电源主板对蓄电池组进行管理,所述的交流输入隔离变换模块与电涌保护板连接;所述电源主板包括输入过压保护电路、交流与电池切换电路和用于采集蓄电池组电压、控制蓄电池组充放电的电池充放电管理电路,所述输入过压保护电路的输入端分别与开关电源的输出端和蓄电池组的输出端连接,输入过压保护电路的输出端分别与交流与电池切换电路的第一输入端和电池充放电管理电路的第一输入端连接,电池充放电管理电路的第二输入端与蓄电池组输出端连接,电池充放电管理电路的输出端与交流与电池切换电路的第二输入端连接,交流与电池切换电路的输出端与输出模块连接;所述电池充放电管理电路包括电池电压采集电路、充电控制电路和单片机处理单元电路,所述电池电压采集单元用于,对电池的绝对电池电压及相对电池电压采集,所述充电控制电路用于,限压恒流充电控制,所述单片机处理单元电路用于,对采集的电池电压做判断处理、交流电与电池切换管理以及电池热启动放电管理;所述电池充放电管理电路还包括杜绝在电池无故情况下电池冷启动耗电的电池热启动放电电路。
所述电池充放电管理电路还包括避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电的电池反充保护电路和当电池电压小于设定值时能够切断输出的电池过放保护电路。
所述交流输入隔离变换模块采用隔离工频变压器,所述隔离工频变压器的初级端与次级端与电涌保护模块并联。
所述过压保护模块包括串联连接的第一过压保护模块、第二过压保护模块和第三过压保护模块,所述第一过压保护模块的输入端与限流电阻的输出端连接,所述第三过压保护模块的输出端作为整个直流电源的输出端。
所述电源主板还包括DC/DC电路,所述DC/DC电路用于连接交流与电池切换电路和限流模块。
所述蓄电池组为镍氢电池组。
下面对电源主板的具体电路进行描述。
如图2所示,所述电池热启动放电电路包括第三场效应管Q3、第三三极管S3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一二极管D1、第二二极管D2、第一触发器U1和第一电容C1,其中第七电阻R7并联在第一场效应管Q1的源极与栅极之间,第一场效应管Q1的漏极接电池过放保护电路的输入端,第三三极管S3的集电极与第一场效应管Q1的栅极连接,第九电阻R9并联在第三三极管S3的基极与发射极之间,第三三极管S3的发射极接地,第三三极管S3的基极通过串联第八电阻R8连接到第一触发器U1的第5脚,电源端VDD依次串联反向第一二极管D11和反向第二二极管D2到地,第十一电阻R11与第二二极管Q2并联,第一二极管Q1和第二二极管Q2的公共端连接第十电阻R10,第十电阻R10的另一端与输入过压保护电路的输出端连接,第十电阻R10和第十一电阻R11的公共端与第一触发器U1的第2脚连接,第一触发器U1的第1脚和第3脚分别和单片机处理单元连接,第一触发器的第7、10、11、12、13脚分别接地,第一触发器的第1脚经过第一电容接地。
本实用新型提供的电池热启动放电技术杜绝在电池无故情况下电池冷启动耗电,提高电池的用电效率。
如图3所示,所述电池反充保护电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一瞬态电压抑制二极管TV1、第一三极管S1、第一场效应管Q1和跳线开关,第二电阻R2与蓄电池组连接,第二电阻R2的另一端分别与第一瞬态电压抑制二极管TV1的阴极端、第三电阻R3的一端、第一场效应管Q1的栅极相连,第一瞬态电压抑制二极管TV1的阳极端、第三电阻R3的另一端、第一场效应管Q1的源极、跳线开关的一端和第一三极管S1的发射极均连至地, 跳线开关的另一端与第一三极管的基极连接,第一场效应管Q1的漏极分别与第一电阻R1的一端和第一三极管S1的基极相连,第一三极管S1的集电极与充电控制电路的第一输出端连接,第一电阻R1的另一端与充电控制电路的第二输出端连接。
本实用新型提供的电池反充保护电路能够避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电,避免电极接反而引起电池的损坏。
如图4所示,所述电池过放保护电路包括所述的包括第一稳压管D1A、第四电阻R4、第五R5、第六R6、第二三极管S2和第二场效应管Q2,其中,第一稳压管D1A的阴极端、第二场效应管Q2的源极、第四电阻R4的一端分别与蓄电池组连接,第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端并联后与第一稳压管D1A的阳极端相连,第五电阻R5的另一端与第二三极管S2的基极相连,第六电阻R6的另一端、第二三极管S2的发射极均连至地,第二三极管S2的集电极与第四电阻R4的另一端、第二场效应管Q2的栅极相连,第二场效应管Q2的漏极与交流与电池切换电路的输出端相连。
本实用新型提供的电池过放保护电路能够在电池电量过低的情况下及时切断电池的输出,提高了电池的使用寿命。
如图5所示,所述单片机处理单元电路包括第一三端稳压器U3、第二三端稳压器U4、滤波器JM1、第二自恢复保险FS2、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15,第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第二瞬态电压抑制二极管TV2、第三瞬态电压抑制二极管TV3、第四瞬态电压抑制二极管TV4、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二发光二极管L2。第十二极管D10的阳极与输入过电压保护电路的输出端连接,第十一二极管D11的阳极与电池过放保护电路的输出端连接,第十一二极管D11和第十二二极管D12的阴极并联,第十一二极管D11的阴极通过第二自恢复保险FS2连接到第二三端稳压器U4的输入端,第二三端稳压器U4的输入端串联反向的对地第三瞬态电压抑制二极管TV3,第三瞬态电压抑制二极管TV3与第九电容C9并联,第二三端稳压器U4的输出端串联对地第二电容C10,第十一电容C11与第四瞬态电压抑制二极管TV4分别与第十电容C10并联,第四瞬态电压抑制二极管TV4的正极接地。第二三端稳压器U4的输出端与第一三端稳压器U3的输入端连接,第一三端稳压器U33的输入端串联对地第六电容C6,第一三端稳压器U3的输出端连接对地第七电容C7,第八电容C8和第二瞬态电压抑制二极管TV2分别与第六电容C6并联,第二瞬态电压抑制二极管TV2的正极接地。滤波器JM1的输入端与第一三端稳压器U3的输出端连接,滤波器JM1的输出端作为电源端VDD。电源端VDD经过依次连接的第十七电阻R17和第十八电阻R18接单片机U5的1脚连接,第十二二极管D12与第十七电阻并联R17,第十二二极管D12的阳极接对地第十四电容C14。第十二电容C12、第十五电容C15和晶振组成晶振电路。单片机的第5、10脚间并联第二十电阻R20,电源端VDD经过第十九电阻R19连接到单片机的第16脚,在电源端VDD和第十九电阻之间连接正向的第二发光二极管L2。
如图6所示,所述电池电压采集电路包括第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第二稳压管D1B、第四电容C4、第五电容C5、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20和开关K。电源端VDD串联反向第六二极管D6和第七二极管D7到地,第四电容C4与第七二极管并联D7,第六二极管D6和第七二极管D7的公共端与单片机处理单元连接,第六二极管D6和第七二极管D7的公共端接对地第十七电阻R17。电源端VDD串联反向第八二极管D8和第九二极管D9到地,第九二极管D9并联第五电容C5,第八二极管D8和第九二极管D9的公共端与单片机处理单元连接,第十八电阻R18、第二稳压管D1B、第十九电阻R19、第二十电阻R20、蓄电池组和开关K依次串联连接组成一个闭合的回路,第二稳压管D1B的阳极与第十九电阻R19连接开关和第二稳压管D1B的阴极连接,第二稳压管D1B的阴极串联第十八电阻R18与第六二极管R6和第七二极管R7的公共端连接,第二十电阻R20与蓄电池组的连接到地。
如图7所述充电控制电路包括第三三端稳压器U2、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第一发光二极管L1、第二电容C2、第三电容C3、第四三极管S4和第五三极管S5。其中,第三三端稳压器的输入端与输入过压保护电路的输出端连接,第三三端稳压器的输入端与输出端并联反向第三二极管D3,第三三端稳压器的输入端接对地第二电容C2,第三三端稳压器的输出端经过依次连接的第十一电阻R11和第一自恢复保险FR1与第四三极管S4的集电极连接,第四三极管S4的发射极与第四二极管D4的阳极连接,第四二极管D4并联第五二极管D5,第四二极管D4的阳极与第五二极管D5的阳极连接,第五二极D5的阴极与蓄电池组连接。第十一电阻R11与第一自恢复保险FS1的公共端经过依次连接的第十二电阻R12和第十三电阻R13连接到地。第四三极管S4的基极经过依次连接的第十六电阻R16和第一发光二极管L1与第五三极管S5的发射极连接,第五三极管S5的集电极连接到地,第三电容C3与第五三极管S5的基极和集电极并联,第十五电阻R15与第三电容C3并联,第五三极管S5与第三电容C3的公共端经过第十四电阻R14与单片机处理单元接。
如图8所示,所述输入过电压保护电路包括第一自恢复保险FS1、第三稳压管D1C、第四稳压管D1D、双向瞬态电压抑制管TV、第五瞬态电压抑制管TV5、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第六三极管D6、第七三极管D7和第四场效应管Q4。开关电源或蓄电池组输出的电压经过依次连接的第一自恢复保险FS1和双向瞬态电压抑制管TV连接到地。第一自恢复保险FS1和双向瞬态电压抑制管TV的公共端与第三稳压管D1C的阳极连接,第三稳压管D1C的阴极与第四场效应管Q4的源极连接,第四场效应管Q4的漏极分别与交流电与电池切换电路、电池热启动放电电路和充电控制电路的输入端连接。第四稳压管D1D与第三稳压管D1C并联,第四稳压管D1D的阴极与第五瞬态电压抑制管TV5的阴极连接,第五瞬态电压抑制管TV5的阳极经过第二十二电阻R22与第七三极管S7的基极连接,第五瞬态电压抑制管TV5和第二十二电阻R22的公共端连接对地的第二十三电阻,第七三极管S7的集电极接地,第七三极管S7的发射极与第六三极管S6的基极连接,第六三极管S6的集电极接地,第六三极管S6的发射极与第四场效应管Q4的栅极连接,第四场效应管Q4的源极与栅极间并联第二十一电阻,第四场效应管A4的源极与第六三极管S3的基极间并联第二十电阻。
下面分别对电池热启动放电电路、电池反充保护电路和电池过放保护电路的工作过程进行说明。
第十电阻R10经第一自恢复保险FS1、第三稳压管D1C、第四稳压管D1D、第四场效应管Q4和第十一电阻R11分压后输入到第一触发器U1的2脚,作为一个判断交流输入的电平信号,第一触发器U1的1脚接入到单片机U5的1脚,由第十七电阻R17、第十四电容C14、第十二二极管D12组成复位电路。单片机U3在交流上电的情况下,由单片机U5的18脚输出一个高电平到第一触发器U1的3脚,第一触发器U1的4脚接入到给单片机U5的VDD电源端,此时第一触发器U1的5脚输出一个高电平,上述单片机U5的18脚输出状态不再发生变化,第一触发器U1的5脚的信号保持在一个高电平状态,经第八电阻R8到第三三极管S3的基极,第三三极管S3导通,第三三极管S3的集电极与第三场效应管Q3的栅极相连,此时第三场效应管Q3打开,这样蓄电池组才能对后端电路供电。
蓄电池组以正确的接入方式与第二电阻R2连接,第二电阻R2与第三电阻R3分压后提供给第一场效应管Q1的栅极一个电平,第一场效应管Q1打开导通到地,相应的第一三极管S1处于截止状态,此时单片机U5可以正常输出控制信号对蓄电池组进行充电;当蓄电池组以错误的方式与第二电阻R2连接时,此时相当于给第二电阻R2一个零电位,第二电阻R2与第一电阻R1分压后不能提供给第一场效应管Q1的导通电压,第一场效应管Q1处于关闭状态,第一电阻R1经第二三端稳压器U2、第十一电阻R11给第一三极管S1提供一个可以导通的电平,第一三极管S1导通,第一三极管S1的集电极与控制充电的第五三极管S5的基极相连并一并接到地,第五三极管S5被强制关断,此时单片机U5不能输出控制信号对反接的蓄电池组进行正常充电。
蓄电池组经过第三场效应管Q3接入到所述的电池过放保护电路,当电池电压高于设定的保护门限值时,第一稳压管D1A导通,第五电阻R5、第六电阻R6对稳压管的稳压值进行分压,分压后的电压输入到第二三极管S2的基极,第二三极管S2导通,第二三极管S2的集电极拉到低电平,从而控制第二场效应管Q2打开,此时蓄电池组经第二场效应管Q2到后端电路;当电池电压低于设定的保护门限值时,第一稳压管D1A截止,第五电阻R5、第六电阻R6的分压不能提供给第二三极管S2的基极一个可靠的电平打开,第二三极管S2截止,继而不能控制第二场效应管Q2,此时蓄电池组无法通过第二场效应管Q2到后端电路,切断输出。
本实用新型具有性能可靠、抗干扰能力强的特点,能够满足在长期处于爆炸环境使用的0区范围使用,具有良好的市场推广价值。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。