CN203423615U - 一种本安电源火花抑制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种本安电源火花抑制电路，所述本安电源火花抑制电路包括电感采样电路，单稳态触发电路和反馈电路的火花抑制电路，所述电感采样电路用于检测本安电源输出端的输出电流，检测到的过流信号经单稳态触发电路和反馈电路反馈至本安电源的控制模块，控制模块控制降低本安电源的输出电压，在负载不变化的情况下，可以降低输出电流，使输出端的总能量减小，从而使本安电源的火花抑制作用增强，特别是在本安电源的输出电流有较大瞬时突变时能够有效地实现火花抑制和保护作用。

Description

一种本安电源火花抑制电路

技术领域

本实用新型涉及一种本安电源，更具体的说，是涉及一种本安电源火花抑制电路。 

背景技术

在诸如煤矿井下、石油化工、冶金等领域中，由于存在可爆炸性或可燃物，因此其对应用于这些领域的各种电气设备有较高的要求。目前的本安电源采用低功率设计技术，从限制能量入手将电路中的电压和电流限制在一个允许的安全范围内，从而能保证设备正常工作或在发生事故时，如发生过压或过流等情况时，设备产生的电火花和热效应不至于引起其周围可能存在的危险气体而爆炸。 

现有的本安电源产品多采用关断输出的方式来阻止火花的产生，具体地，本安电源采用采样电阻来监控输出电流的大小，当输出电流过大时，采样电阻两端的电压会增大，此时将相关信号反馈给本安电源的控制模块，控制模块关断本安电源的输出以达到抑制火花的效果。 

上述电路在一定程度上，如输出电流缓慢增大时，能通过关断输出起到一定的抑制作用，但是对于有较大瞬时突变的输出电流不能起到较好的检测作用，其反应时间较长，容易导致关断不及时进而不能及时有效地抑制火花。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种本安电源火花抑制电路，能够及时有效地检测和抑制有较大瞬时突变的输出电流，从而及时有效地抑制火花的产生。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案： 

一种本安电源火花抑制电路，包括： 

电感采样电路，检测本安电源输出端的输出电流并产生输出电流过流信号； 

单稳态触发电路，与电感采样电路相连，接收所述输出电流过流信号并产生过流脉冲信号； 

反馈电路，与单稳态触发电路相连，将所述过流脉冲信号传送至本安电源的控制模块； 

所述控制模块，控制降低本安电源的输出电流。 

其中，所述电感采样电路包括采样电感、续流二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一光电耦合器，所述采样电感与所述续流二极管并联后连接于所述本安电源输出端，所述第一电阻和所述第二电阻串联后并联于所述采样电感两端，所述第一光电耦合器的输入端并联于所述第一电阻或所述第二电阻两端，所述第一光电耦合器的第一输出端连接有一直流电源，所述第一光电耦合器的第二输出端经所述第三电阻和所述第四电阻后接地。 

其中，所述单稳态触发电路包括单稳态触发器、第五电阻～第九电阻和第一开关管，所述第一开关管的基极经所述第四电阻与其发射极相连，所述发射极接地，所述第一开关管的集电极经所述第五电阻与所述直流电源相连，所述第一开关管的集电极还与所述单稳态触发器的第一输入端相连，所述单稳态触发器的第二输入端接地，所述单稳态触发器的输出引脚依次经所述第八电阻和所述第九电阻后接地。 

其中，所述单稳态触发器为具有下降沿触发或低电平触发的单稳态触发器CD4098、74ls121、74ls122、74ls123、CD4528、CD4047或CD14538B。 

其中，所述反馈电路包括第二开关管、第十电阻和第二光电耦合器，所述第二开关管的基极经所述第九电阻与其发射极相连，所述发射极接地，所述第二开关管的集电极与所述第二光电耦合器的第一输入端相连，所述第二光电耦合器的第二输入端经所述第十电阻与本安电源输出端相连，所述第二光电耦合器的输出端与所述本安电源的控制模块相连。 

其中，所述反馈电路还包括稳压管，所述稳压管的阳极与所述第二开关管的集电极相连，所述稳压管的阴极与所述第二光电耦合器的第一输入端相连。 

优选的，还包括与所述本安电源输出端相连的电压转换单元，将所述本安电源的输出电压转换为所述直流电源的电压值。 

优选的，所述电压转换单元为降压变压器或降压电源芯片。 

优选的，所述第一开关管为三极管、IGBT或MOSFET。 

优选的，所述第二开关管为三极管、IGBT或MOSFET。 

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种本安电源火花抑制电路，所述本安电源火花抑制电路包括电感采样电路，单稳态触发电路和反馈电路的火花抑制电路，所述电感采样电路用于检测本安电源输出端的输出电流，检测到的过流信号经单稳态触发电路和反馈电路反馈至本安电源的控制模块，控制模块控制降低本安电源的输出电压，在负载不变化的情况下，可以降低输出电流，使输出端的总能量减小，从而使本安电源的火花抑制作用增强，特别是在本安电源的输出电流有较大瞬时突变时能够有效地实现火花抑制和保护作用。此外，通过采用单稳态触发电路，可以控制降低输出电压所花费的时间，从而及时有效地起到保护作用。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 

图1为本实用新型本安电源火花抑制电路的原理框图； 

图2为本实用新型本安电源火花抑制电路的第一种实施例； 

图3为本实用新型本安电源火花抑制电路的第二种实施例。 

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

参见图1，为本实用新型本安电源火花抑制电路的原理框图，所述本安电源火花抑制电路包括电感采样电路11，单稳态触发电路12，反馈电路13和控制模块。电感采样电路11与本安电源输出端相连，用于检测本安电源的输出电流并产生输出电流过流信号；单稳态触发电路12与电感采样电路11相连，用于接收输出电流过流信号并产生过流脉冲信号；反馈电路13与单稳态触发电路12相连，用于将过流脉冲信号传送至本安电源的控制模块；控制模块，用于控制降低本安电源的输出电流。 

具体地，当本安电源输出端出较大瞬时突变的输出电流时，电感采样电路11检测到的输出电流过大并产生输出电流过流信号；在接收到输出电流过流信号后，单稳态触发电路12产生过流脉冲信号；反馈电路13则将过流脉冲信号进一步传送至本安电源的控制模块，由控制模块控制本安电源降低输出电压，在负载不变化的情况下，可以降低输出电流，使输出端的总能量减小，从而使本安电源的火花抑制作用增强，特别是在本安电源的输出电流有较大瞬时突变时能够有效地实现火花抑制和保护作用。 

此外，通过采用单稳态触发电路13，可以控制降低输出电压所花费的时间，从而及时有效地起到保护作用。 

参见图2，为本实用新型本安电源火花抑制电路的第一种实施例。现有的本安电源火花抑制电路包括设置于本安电源输出端的变压器，所述变压器的输出电流即为本安电源的输出电流。上述电感采样电路11包括采样电感L、续流二极管D、第一电阻R1～第四电阻R4和第一光电耦合器PC1；采样电感L的第一端连接于本安电源输出端，采样电感L的第二端作为本安电源新的输出端，续流二极管D的阳极与采样电感L的第二端相连，续流二极管D的阴极与所述采样电感L的第一端相连，第一电阻R1和第二电阻R2串联后并联于采样电感L两端，第一光电耦合器PC1的输入端并联于第二电阻R2两端，第一光电耦合器PC1的第一输出端连接有一直流电源V1，光电耦合器的第二输出端经第三电阻R3和第四电阻R4后接地。 

所述单稳态触发电路12包括单稳态触发器U1、第五电阻R5～第九电阻R9和第一开关管Q1。在图2和图3所示的实施例中单稳态触发器U1选用双单稳态触发器CD4098，第一开关管Q1选用NPN型三极管。第一开关管Q1的基极经第四电阻R4与第一开关管Q1的发射极相连，发射极接地，第一开 关管Q1的集电极经第五电阻R5与直流电源V1相连，第一开关管Q1的集电极还与单稳态触发器U1的第一输入端-TR1相连，单稳态触发器的第二输入端+TR1接地，单稳态触发器U1的输出端Q1依次经第八电阻R8和第九电阻R9后接地。 

所选用的双单稳态触发器CD4098其他引脚的连接关系为：引脚VDD与直流电源V1相连，引脚RESET1、引脚RESET2经第六电阻R6与直流电源V1相连，引脚RXCX1经第七电阻R7与直流电源V1相连，引脚RXCX1还经第一电容C1接地，引脚CX1、引脚CX2、引脚+TR2，引脚VSS均接地。需要说明的是当双单稳态触发器CD4098BMS的第二输入端+TR1为低电平，第一输入端-TR1由高电平转换为低电平时，其输出端Q1输出一个脉冲信号。 

当然上述单稳态触发器U1还可以选用其他相似器件，如74ls121、74ls122、74ls123、CD4528、CD4047或CD14538B等。每个单稳态触发器都有其特有的触发机制，本实施例中所使用的CD4098，当其第二输入端+TR1为低电平，第一输入端-TR1由高电平转换为低电平时，其输出端Q1输出一个脉冲信号，可以理解的，此处的CD4098触发器可以使用其他具有下降沿触发或低电平触发的单稳态触发器，其具体的连接方式与CD4098触发器相似，在此不再详述。 

在图2示的实施例中，所述直流电源V1是专门为本安电源火花抑制电路供电而设置的独立电源。独立的直流电源会占据大量的空间，为了能够减小其占据的空间，本火花抑制电路还包括电压转换单元121，参见图3，所述电压转换单元121与本安电源输出端相连，将本安电源较高的直流输出电压转换为上述直流电源V1的电压值。具体的，电压转换单元121可以为降压变压器或降压电源芯片。 

所述反馈电路13包括第二开关管Q2、第十电阻R10、第二光电耦合器PC2，图2和图3所示第一开关管Q1选用NPN型三极管。第二开关管Q2的基极经第九电阻R9与第二开关管Q2的发射极相连，发射极接地，第二开关管Q2的集电极与第二光电耦合器PC2的第一输入端相连，第二光电耦合器PC2的第二输入端经第十电阻R10与本安电源输出端相连，第二光电耦合器PC2的输出端与本安电源的控制模块相连，控制模块用于在接收到第二光电 耦合器PC2的发出的过流脉冲信号后控制本安电源降低输出电压，在负载不变化的情况下，可以降低输出电流，使输出端的总能量减小。 

优选地，上述反馈电路13还包括稳压管Z，稳压管Z的阳极与第二开关管Q2的集电极相连，稳压管Z的阴极与第二光电耦合器PC2的第一输入端相连。 

具体地，结合图2和图3说明本实用新型本安电源火花抑制电路的工作原理。当本安电源输出端出现较大瞬时突变的输出电流时，采样电感L两端形成较大电压，第一电阻R1和第二电阻R2的分压后使第一光电耦合器PC1导通；第一光电耦合器PC1导通后，第三电阻R3和第四电阻R4的分压作用使第一开关管Q1导通，第一开关管Q1的导通使单稳态触发器U1中原先为高电平的第一输入端-TR1转换为低电平，根据单稳态触发器的特性，此时单稳态触发器U1被触发，其输出端Q1会输出一个脉冲信号。当单稳态触发器U1的输出端Q1输出高电平时，第八电阻R8和第九电阻R9的分压作用使第二开关管Q2导通，因此又使第二光电耦合器PC2导通且流经其原边的电流较大，第二光电耦合器PC2的输出端将此信号传送至本安电源的控制模块，控制模块会控制本安电源降低输出电压，在负载不变化的情况下，可以降低输出电流，使输出端的总能量减小，从而使本安电源的火花抑制作用增强，特别是在本安电源的输出电流有较大瞬时突变时能够有效地实现火花抑制和保护作用。 

上述电路中，单稳态触发器U1所连接的第七电阻R7与第一电容C1在此电路中形成振荡，调节第七电阻R7与第一电容C1的参数值可以调节振荡时间，从而控制输出端Q1输出高电平的时间，控制降低输出电压所花费的时间，从而及时有效地起到输出保护作用。 

图2和图3所示的电路中，第一光电耦合器PC1的输入端电压取自于第二电阻R2所分得的电压，可以理解地，第一光电耦合器PC1的输入端电压还可以取自第一电阻R1所分得的电压。 

上述第一开关管Q1、第二开关管Q2可以使用诸如三极管、IGBT或MOSFET等具有开关特性的器件。上述文字中提到第一开关管Q1的基极、发射极和集电极时均以三极管引脚名称作参考描述，其亦分别对应于IGBT或MOSFET的栅极、源极和漏极。 

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (10)

1.一种本安电源火花抑制电路，其特征在于，包括： 

电感采样电路（11），检测本安电源输出端的输出电流并产生输出电流过流信号； 

单稳态触发电路（12），与电感采样电路（11）相连，接收所述输出电流过流信号并产生过流脉冲信号； 

反馈电路（13），与单稳态触发电路（12）相连，将所述过流脉冲信号传送至本安电源的控制模块； 

所述控制模块，控制降低本安电源的输出电流。 

2.根据权利要求1所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述电感采样电路（11）包括采样电感（L）、续流二极管（D）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第一光电耦合器（PC1），所述采样电感（L）与所述续流二极管（D）并联后连接于所述本安电源输出端，所述第一电阻（R1）和所述第二电阻（R2）串联后并联于所述采样电感（L）两端，所述第一光电耦合器（PC1）的输入端并联于所述第一电阻（R1）或所述第二电阻（R2）两端，所述第一光电耦合器（PC1）的第一输出端连接有一直流电源（V1），所述第一光电耦合器（PC1）的第二输出端经所述第三电阻（R3）和所述第四电阻（R4）后接地。 

3.根据权利要求2所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述单稳态触发电路包括单稳态触发器（U1）、第五电阻（R5）～第九电阻（R9）和第一开关管（Q1），所述第一开关管（Q1）的基极经所述第四电阻（R4）与其发射极相连，所述发射极接地，所述第一开关管（Q1）的集电极经所述第五电阻（R5）与所述直流电源（V1）相连，所述第一开关管（Q1）的集电极还与所述单稳态触发器（U1）的第一输入端（-TR1）相连，所述单稳态触发器（U1）的第二输入端（+TR2）接地，所述单稳态触发器（U1）的输出引脚（Q1）依次经所述第八电阻（R8）和所述第九电阻（R9）后接地。 

4.根据权利要求3所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述单稳态触发器（U1）为具有下降沿触发或低电平触发的单稳态触发器CD4098、74ls121、74ls122、74ls123、CD4528、CD4047或CD14538B。 

5.根据权利要求3所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述反馈电路包括第二开关管（Q2）、第十电阻（R10）和第二光电耦合器（PC2），所述第二开关管（Q2）的基极经所述第九电阻（R9）与其发射极相连，所述发射极接地，所述第二开关管（Q2）的集电极与所述第二光电耦合器（PC2）的第一输入端相连，所述第二光电耦合器（PC2）的第二输入端经所述第十电阻（R10）与本安电源输出端相连，所述第二光电耦合器（PC2）的输出端与所述本安电源的控制模块相连。 

6.根据权利要求5所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述反馈电路还包括稳压管（Z），所述稳压管（Z）的阳极与所述第二开关管（Q2）的集电极相连，所述稳压管（Z）的阴极与所述第二光电耦合器（PC2）的第一输入端相连。 

7.根据权利要求2或3所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，还包括与所述本安电源输出端相连的电压转换单元（121），将所述本安电源的输出电压转换为所述直流电源（V1）的电压值。 

8.根据权利要求7所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述电压转换单元（121）为降压变压器或降压电源芯片。 

9.根据权利要求3所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述第一开关管为三极管、IGBT或MOSFET。 

10.根据权利要求5所述的本安电源火花抑制电路，其特征在于，所述第二开关管为三极管、IGBT或MOSFET。 

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