CN209692342U - 本安电源和本安电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种本安电源和本安电源系统，涉及电源技术领域，包括第一故障保护电路、第二故障保护电路和辅助故障保护电路，其中，第一故障保护电路和第二故障保护电路串联，能快速检测输入端的电压和电流，当判断过压、欠压或过流故障时，能快速执行保护动作，对电路进行保护，另外，辅助故障保护电路能有效吸收负载端产生的过压能量，并为负载端提供续流回路，该方式通过采用双重故障保护电路串联，并结合辅助故障保护电路的方式，提高了本安电源的电压稳定性和可靠性。

Description

本安电源和本安电源系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其是涉及一种本安电源和本安电源系统。

背景技术

本质安全型电源也即“本安电源”，是一种需要经过严格认证测试的特种电源，主要应用在煤矿、石油、纺织、化工等有易燃易爆性粉尘或气体的环境中，为防止输出过流过压或输出级短路时产生的火花能量点燃这种易燃易爆气体环境，需要对其供电电源进行可靠保护，以保障本安电源的电压稳定性和可靠性。

针对本安电源的电压稳定性和可靠性的问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种本安电源和本安电源系统，以提高本安电源的电压稳定性和可靠性。

本实用新型提供的一种本安电源，包括依次串联连接的输入过流保护电路、隔离电源模块、DC/DC转换电路、第一故障保护电路、第二故障保护电路、辅助故障保护电路、输出指示电路；所述输入过流保护电路还与外部电源连接；所述输出指示电路还与负载端连接；

所述输入过流保护电路用于当外部电源输入的电流值超过预设电流时切断电源；所述隔离电源模块用于对所述过流保护电路输出的电源和所述DC/DC转换电路之间进行电气隔离处理；所述DC/DC转换电路用于将所述隔离电源模块的输出电压转换为与所述第一故障保护电路相匹配的输入电压；所述第一故障保护电路用于当电路出现故障时进行断路处理，并按第一预设时间接通电路；所述第二故障保护电路用于当电路出现故障时进行断路处理，并按第二预设时间接通电路；所述辅助故障保护电路用于为所述负载端提供过压保护和续流回路；所述输出指示电路用于指示所述本安电源的工作状态。

进一步的，所述第一故障保护电路包括第一芯片、第一过压欠压采样电路和第一过流采样电路；所述第一过压欠压采样电路和所述第一过流采样电路分别与所述第一芯片连接；所述第一过压欠压采样电路用于输出第一过压采样电压和第一欠压采样电压；所述第一过流采样电路用于输出第一电流采样值，所述第一芯片用于输出第一预设过压值、第一预设欠压值和第一预设电流值，所述第一芯片用于还用于将所述第一预设过压值、所述第一预设欠压值和所述第一预设电流值分别与所述第一过压采样电压、所述第一欠压采样电压和所述第一电流采样值进行比较。

进一步的，所述第一过压欠压采样电路包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接所述DC/DC转换电路的输出端，所述第三电阻的另一端接地；所述第一电阻和所述第二电阻之间的连接点与所述第一芯片连接；所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接点与所述第一芯片连接；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻用于对所述第一故障保护电路的输入电压进行分压，以输出第一过压采样电压和第一欠压采样电压。

所述第一过流采样电路包括：第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第四电阻的一端分别与所述第五电阻的一端以及所述DC/DC转换电路的输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的另一端分别与所述第一芯片连接，所述第六电阻的一端与所述第一芯片连接，所述第六电阻的另一端接地；所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻用于输出所述第一故障保护电路的所述第一电流采样值。

进一步的，所述第二故障保护电路包括第二芯片、第二过压欠压采样电路和第二过流采样电路；所述第二过压欠压采样电路和所述第二过流采样电路分别与所述第二芯片连接；所述第二过压欠压采样电路用于输出第二过压采样电压和第二欠压采样电压；所述第二过流采样电路用于输出第二电流采样值，所述第二芯片用于输出第二预设过压值、第二预设欠压值和第二预设电流值，所述第二芯片还用于将所述第二预设过压值、所述第二预设欠压值和所述第二预设电流值分别与所述第二过压采样电压、所述第二欠压采样电压和所述第二电流采样值进行比较。

进一步的，所述第二过压欠压采样电路包括：第七电阻、第八电阻和第九电阻；所述第七电阻的一端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端与和所述第九电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端连接所述第一故障保护电路的输出端，所述第九电阻的另一端接地；

所述第七电阻和所述第八电阻之间的连接点与所述第二芯片连接；所述第八电阻和所述第九电阻之间的连接点与所述第二芯片连接；所述第七电阻、所述第八电阻和所述第九电阻用于对所述第二故障保护电路的输入电压进行分压，以输出第二过压采样电压和第二欠压采样电压。

所述第二过流采样电路包括：第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；所述第十电阻的一端分别与所述第十一电阻的一端以及所述第一故障保护电路的输出端连接，所述第十电阻的另一端与所述第十一电阻的另一端分别与所述第二芯片连接，所述第十二电阻的一端与所述第二芯片连接，所述第十二电阻的另一端接地；所述第十电阻、所述第十一电阻和所述第十二电阻用于输出所述第二故障保护电路的所述第二电流采样值。

进一步的，所述第一故障保护电路还包括第十三电阻，所述第十三电阻的一端连接所述第一芯片，所述第十三电阻的另一端接地；所述第十三电阻、所述第四电阻、第五电阻和第六电阻组成所述第一故障保护电路的功率限制配置电路，用于输出所述第一故障保护电路的功率；所述第二故障保护电路还包括第十四电阻，所述第十四电阻的一端连接所述第二芯片，所述第十四电阻的另一端接地；所述第十四电阻、所述第十电阻、所述第十一电阻和所述第十二电阻组成所述第二故障保护电路的功率限制配置电路，用于输出所述第二故障保护电路的功率。

进一步的，所述第一故障保护电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一芯片，所述第一电容的另一端接地；所述第一电容用于输出所述第一故障保护电路的故障恢复时间。

所述第二故障保护电路还包括第二电容，所述第二电容的一端连接所述第二芯片，所述第二电容的另一端接地；所述第二电容用于输出所述第二故障保护电路的故障恢复时间。

进一步的，所述第一故障保护电路还包括第三电容、第四电容、第十五电阻和第十六电阻；所述第二故障保护电路还包括第五电容、第六电容、第十七电阻和第十八电阻；

所述第三电容的一端与所述第一故障保护电路的输出端和所述第七电阻的另一端连接，所述第三电容的另一端接地；所述第四电容的一端连接所述第十五电阻的一端、所述第十六电阻的一端以及所述DC/DC转换电路的输出端，所述第四电容的另一端接地；所述第十五电阻的另一端和所述第十六电阻的另一端分别连接到所述第一芯片；

所述第三电容对所述第一故障保护电路的输出电压进行稳压，为所述第二故障保护电路提供电源输入；所述第四电容用于滤波；所述第十五电阻和所述第十六电阻用于稳定所述第一芯片的工作状态；

所述第五电容的一端与所述第二故障保护电路的输出端和所述辅助故障保护电路的输入端连接，所述第五电容的另一端接地；所述第六电容的一端连接所述第十七电阻的一端、所述第十八电阻的一端以及所述DC/DC转换电路的输出端，所述第六电容的另一端接地；所述第十七电阻的另一端和所述第十八电阻的另一端分别连接到所述第二芯片；

所述第五电容对所述第二故障保护电路的输出电压进行稳压，为所述辅助故障保护电路提供电源输入；所述第六电容用于滤波；所述第十七电阻和所述第十八电阻用于稳定所述第二芯片的工作状态。

进一步的，所述辅助故障保护电路包括第一稳压管、第二稳压管、第一晶闸管、第二晶闸管、二极管、第十九电阻和第二十电阻；

所述第一稳压管的负极、所述第二稳压管负极、所述第一晶闸管的阳极、所述第二晶闸管的阳极以及所述二极管的负极均连接至所述第二故障保护电路的输出端；所述第一稳压管的正极连接所述第十九电阻的一端以及所述第一晶闸管的控制极，所述第十九电阻的另一端和所述第一晶闸管的阴极均接地；所述第二稳压管的正极连接所述第二十电阻的一端以及所述第二晶闸管的控制极，所述第二十电阻的另一端和所述第二晶闸管的阴极均接地；所述二极管的正极接地；

所述第一稳压管和所述第二稳压管用于当所述负载端的电压超过预设稳压值时，将所述负载端的电压限定在所述预设稳压值；所述第十九电阻和所述第二十电阻分别用于为所述第一稳压管和所述第二稳压管进行限流；所述第一晶闸管和所述第二晶闸管用于当所述负载端的电压超过预设稳压值时，吸收所述负载端的能量；所述二极管用于为所述负载端提供续流回路。

本实用新型提供的一种本安电源系统，所述系统包括电源，以及上述本安电源，所述电源与所述本安电源装置的输入端连接，用于为所述本安电源装置工作提供电量。

本实用新型提供的本安电源和本安电源系统，包括第一故障保护电路、第二故障保护电路和辅助故障保护电路，其中，第一故障保护电路和第二故障保护电路串联，能快速检测输入端的电压和电流，当判断过压、欠压或过流故障时，能快速执行保护动作，对电路进行保护，另外，辅助故障保护电路能有效吸收负载端产生的过压能量，并为负载端提供续流回路，该方式通过采用双重故障保护电路串联，并结合辅助故障保护电路的方式，提高了本安电源的电压稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种本安电源示意图；

图2为本实用新型实施例提供的输入过流保护电路和隔离电源模块原理图；

图3为本实用新型实施例提供的DC/DC转换电路原理图；

图4为本实用新型实施例提供的第一故障保护电路原理图；

图5为本实用新型实施例提供的第二故障保护电路原理图；

图6为本实用新型实施例提供的辅助故障保护电路原理图；

图7为本实用新型实施例提供的一种本安电源系统示意图。

图标：10-输入过流保护电路；20-隔离电源模块；30-DC/DC转换电路；40-第一故障保护电路；50-第二故障保护电路；60-辅助故障保护电路；70-输出指示电路；80-电源；90-本安电源；R11-第一电阻；R16-第二电阻；R18-第三电阻；R7-第四电阻；R9-第五电阻；R25-第六电阻；R12-第七电阻；R17-第八电阻；R19-第九电阻；R8-第十电阻；R10-第十一电阻；R27-第十二电阻；R24-第十三电阻；R26-第十四电阻；R20-第十五电阻；R21-第十六电阻；R22-第十七电阻；R23-第十八电阻；R13-第十九电阻；R14-第二十电阻；C13-第一电容；C14-第二电容；C11-第三电容；C15-第四电容；C12-第五电容；C16-第六电容；U3-第一芯片；U4-第二芯片；D2-第一稳压管；D3-第二稳压管；Q1-第一晶闸管；Q2-第二晶闸管；D1-二极管。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前，在本安电源的应用环境中，为防止输出过流过压或输出级短路时产生的火花能量点燃这种易燃易爆气体环境，必须对其供电电源进行可靠保护，保护时间越短，就可以获得更大的持续输出功率和负载感抗、容抗限定，进而保证其本安特性的可靠稳定。这种电源供电能量受限(一般最大十几瓦)，通常作为控制、检测、通讯、警报系统的供电设备。

基于此，本实用新型实施例提供了一种本安电源和本安电源系统，为主控电路板提供控制电源，为了在主控允许输入最大电压的范围内，输出最小的电流，以减少不必要的线路功耗损失，选定合适的本安电源电压，该技术还可以应用于煤矿、石油、纺织、化工等有易燃易爆性粉尘或气体的环境中。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种本安电源进行详细介绍。

参照图1所示的一种本安电源示意图，该本安电源包括依次串联连接的输入过流保护电路10、隔离电源模块20、DC/DC转换电路30、第一故障保护电路40、第二故障保护电路50、辅助故障保护电路60、输出指示电路70；所述输入过流保护电路10还与外部电源连接；所述输出指示电路70还与负载端连接。

参照图2所示的输入过流保护电路和隔离电源模块原理图，本实施例中，外部电源为应用现场提供的127V交流电源或220V交流电源，该交流电源通过输入过流保护电路10和隔离电源模块20，转换成VCC直流9V电压，其中，输入过流保护包括相互串联连接的熔断器F1和负温度系数(Negative Temperature Coefficient，简称NTC)热敏电阻。

所述输入过流保护电路10用于当外部电源输入的电流值超过预设电流时切断电源，具体的，熔断器F1的电流规格为0.6A，当输入电流超过该电流值，熔断器F1会熔断，切断电源，同时，NTC热敏电阻的阻值会随温度变化而变化，进而影响熔断器的熔断时间。

所述隔离电源模块20用于对所述过流保护电路输出的电源和所述DC/DC转换电路30之间进行电气隔离处理，进一步的，隔离电源模块20实现对交流输入电压和直流输出电压的隔离，图2中，隔离电源模块20的输出端的电容C6和电容C7用于滤波，稳压管D1为12V的稳压管，当隔离电源模块20的输出电压超过12V，稳压管导通，将输出电压VCC限制在12V。

所述DC/DC转换电路30用于将所述隔离电源模块20的输出电压转换为与所述第一故障保护电路40相匹配的输入电压。

参照图3所示的DC/DC转换电路原理图，本实施例中，DC/DC转换电路30中通过TPS54320同步降压转换器将9V输入电压转换为与第一故障保护电路40相匹配的6.8V输出电压，图3中，电阻R2和R4组成分压电路，并将连接点的电压反馈给TPS54320同步降压转换器7号引脚，通过反馈实现输出稳定的6.8V电压，R2和R4的取值决定了DC/DC转换电路30的输出电压大小，另外，R1用来确定TPS54320同步降压转换器的工作开关频率。

所述第一故障保护电路40用于当电路出现故障时进行断路处理，并按第一预设时间接通电路；所述第二故障保护电路50用于当电路出现故障时进行断路处理，并按第二预设时间接通电路。

具体的，DC/DC转换电路30输出的6.8V电压用来给第一故障保护电路40供电，第一故障保护电路40和第二故障保护电路50串联连接，实现对输入端的两级可靠保护。

所述辅助故障保护电路60用于为所述负载端提供过压保护和续流回路，具体的，若负载端的负载为感抗型负载，当负载断开或突然接入电路时，会产生自感电动势，使负载端的电压升高，同时因感抗型负载的电流不会突变，因此还会有电流，辅助故障保护电路60可以为负载端提供过压保护和续流回路，实现对负载端的保护。

所述输出指示电路70用于指示所述本安电源的工作状态，具体的，通过发光二极管指示本安电源工作状态，发光二极管灯亮说明本安电源正常，发光二极管灯不亮，说明本安电源有故障。

本实用新型提供的本安电源，包括第一故障保护电路、第二故障保护电路和辅助故障保护电路，其中，第一故障保护电路和第二故障保护电路串联，能快速检测输入端的电压和电流，当判断过压、欠压或过流故障时，能快速执行保护动作，对电路进行保护，另外，辅助故障保护电路能有效吸收负载端产生的过压能量，并为负载端提供续流回路，该方式通过采用双重故障保护电路串联，并结合辅助故障保护电路的方式，提高了本安电源的电压稳定性和可靠性。

参照图2所示的输入过流保护电路和隔离电源模块原理图，本实施例中，输入过流保护电路10和隔离电源模块20相互串联，其中，输入过流保护电路10由相互串联连接的熔断器F1和NTC热敏电阻组成，外部电源为应用现场提供的127V交流电源或220V交流电源，将该交流电源连接到输入过流保护电路10和隔离电源模块20的输入端，转换后得到VCC直流9V电压。

所述输入过流保护电路10用于当外部电源输入的电流值超过预设电流时切断电源，具体的，选择电流规格为0.6A的熔断器F1，当输入电流超过该电流值，熔断器F1会熔断，切断电源，同时，NTC热敏电阻的阻值会随温度变化而变化，阻值变化会影响输入电流的大小，进而影响熔断器的熔断时间。

所述隔离电源模块20用于对所述过流保护电路输出的电源和所述DC/DC转换电路30之间进行电气隔离处理，进一步的，隔离电源模块20实现对交流输入电压和直流输出电压的隔离，并能承受至少2500V的工频耐压，且输出电压稳定，纹波小。图2中，隔离电源模块20的输出端所并联的电容C6和C7用于滤波，稳压管D1选择12V的稳压管，当隔离电源模块20的输出电压超过12V，稳压管被击穿，将输出电压VCC限制在12V。

具体的，参照图3所示的DC/DC转换电路原理图，DC/DC转换电路30中通过TPS54320同步降压转换器将9V输入电压转换为与第一故障保护电路40相匹配的6.8V输出电压，TPS54320同步降压转换器开关频率最高至1.2MHz,能有效降低输出纹波，图3中，电阻R2和R4组成分压电路，并将连接点的电压反馈给TPS54320同步降压转换器7号引脚，该引脚是电压输出反馈点，通过该反馈点电压实现输出稳定的6.8V电压，R2和R4的取值决定了DC/DC转换电路30的输出电压大小，另外，R1用来确定TPS54320同步降压转换器的工作开关频率，需要补充说明的是R1、R2和R4均使用无感精密电阻，能保证精确的控制参数设定。

参照图4所示的第一故障保护电路原理图，所述该第一故障保护电路40包括第一芯片U3、第一过压欠压采样电路和第一过流采样电路。

所述第一过压欠压采样电路和所述第一过流采样电路分别与所述第一芯片U3连接。

所述第一过压欠压采样电路用于输出第一过压采样电压和第一欠压采样电压；所述第一过流采样电路用于输出第一电流采样值，所述第一芯片U3用于输出第一预设过压值、第一预设欠压值和第一预设电流值，所述第一芯片U3用于还用于将所述第一预设过压值、所述第一预设欠压值和所述第一预设电流值分别与所述第一过压采样电压、所述第一欠压采样电压和所述第一电流采样值进行比较。

具体的，所述第一过压欠压采样电路包括：第一电阻R11、第二电阻R16和第三电阻R18；所述第一电阻R11的一端与所述第二电阻R16的一端连接，所述第二电阻R16的另一端与所述第三电阻R18的一端连接，所述第一电阻R11的另一端连接所述DC/DC转换电路30的输出端，所述第三电阻R18的另一端接地。

所述第一电阻R11和所述第二电阻R16之间的连接点与所述第一芯片U3连接；所述第二电阻R16和所述第三电阻R18之间的连接点与所述第一芯片U3连接。

所述第一电阻R11、所述第二电阻R16和所述第三电阻R18用于对所述第一故障保护电路40的输入电压进行分压，以输出第一过压采样电压和第一欠压采样电压。

具体的，第一电阻R11、第二电阻R16和第三电阻R18构成了对第一故障保护电路40的6.8V输入电压和地之间的串联分压电路，所述第一电阻R11和所述第二电阻R16之间的连接点作为过压采样点，第二电阻R16和所述第三电阻R18之间的连接点作为欠压采样点，根据三个电阻的分压值确定欠压保护或过压保护的值。

本实施例中，第一芯片U3选用集成芯片TPS24751，该芯片提供具体的第一预设过压值、所述第一预设欠压值和第一预设电流值，分别作为过压比较值、欠压比较值和过流比较值，将所采集的过压采样点电压和欠压采样点电压与相应的过压比较值和欠压比较值进行比较，当集成芯片TPS24751判断过压采样点电压高于过压比较值，或者欠压采样点电压低于欠压比较值，则集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，使电路断路，需要补充说明的是控制电源能量输出的MOS管在TPS24751内部，有更好的控制速度和抗干扰能力，且MOS管结电容小，可以达到更快的保护速度。

另外，第一电阻R11、第二电阻R16和第三电阻R18之间的匹配关系通过该表达式确定：第一预设过压值V(ov)＝(R11+R16+R18)×1.35V/R18；第一预设欠压值V(uv)＝(R11+R16+R18)×1.35V/(R18+R16)。

所述第一过流采样电路包括：第四电阻R7、第五电阻R9和第六电阻R25；所述第四电阻R7的一端分别与所述第五电阻R9的一端以及所述DC/DC转换电路30的输出端连接，所述第四电阻R7的另一端与所述第五电阻R9的另一端分别与所述第一芯片U3连接，所述第六电阻R25的一端与所述第一芯片U3连接，所述第六电阻R25的另一端接地。

所述第四电阻R7、所述第五电阻R9和所述第六电阻R25用于输出所述第一故障保护电路40的所述第一电流采样值。

具体的，第四电阻R7、所述第五电阻R9和所述第六电阻R25构成第一故障保护电路40的电流采样点，具体是根据第四电阻R7的端电压进行判断，当电流流过第四电阻R7，会在其两端产生电压，该电压与电流成正比例关系，通过该电压的大小判断是否过流，当集成芯片TPS24751判断电流采样点的电流值超过过流比较值时，则集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，使电路断路。

另外，第四电阻R7、所述第五电阻R9和所述第六电阻R25之间的匹配关系通过该表达式确定：第一预设电流值I(lim)＝0.675V*R9/(R7*R25)。

第一故障保护电路40还包括第十三电阻R24，所述第十三电阻R24的一端连接所述第一芯片U3，所述第十三电阻R24的另一端接地。

所述第十三电阻R24、所述第四电阻R7、第五电阻R9和第六电阻R25组成所述第一故障保护电路40的功率限制配置电路，用于输出所述第一故障保护电路40的功率。

具体的，第十三电阻R24构成功率限定的设定点，当集成芯片TPS24751判断功率限制配置电路的功率超过预设功率值时，则集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，使电路断路，需要说明的是，预设功率值由集成芯片TPS24751提供。

所述第十三电阻R24、所述第四电阻R7、第五电阻R9和第六电阻R25之间的匹配关系通过该表达式确定：预设功率值P(lim)＝84375×R9/(R24×R7×R25)。

所述第一故障保护电路40还包括第一电容C13，所述第一电容C13的一端连接所述第一芯片U3，所述第一电容C13的另一端接地；第一电容C13用于输出所述第一故障保护电路40的故障恢复时间。

具体的，当故障发生时，集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，电路断路，第一电容C13开始放电，达到预设门限值后，MOSFET导通，故障恢复，继续判断是否为故障状态，若判断电路仍处于过压、欠压或过流等故障状态，则重复电路断路，第一电容C13开始放电的过程。第一电容C13决定过流或过欠压保护后的恢复时间，恢复时间T(flt)＝1.35*C13/10uA。

所述第一故障保护电路40还包括第三电容C11、第四电容C15、第十五电阻R20和第十六电阻R21。

所述第三电容C11的一端与所述第一故障保护电路40的输出端和所述第七电阻R12的另一端连接，所述第三电容C11的另一端接地；所述第四电容C15的一端连接所述第十五电阻R20的一端、所述第十六电阻R21的一端以及所述DC/DC转换电路30的输出端，所述第四电容C15的另一端接地；所述第十五电阻R20的另一端和所述第十六电阻R21的另一端分别连接到所述第一芯片U3。

所述第三电容C11对所述第一故障保护电路40的输出电压进行稳压，为所述第二故障保护电路50提供电源输入；所述第四电容C15用于滤波；所述第十五电阻R20和所述第十六电阻R21用于稳定所述第一芯片U3的工作状态。

具体的，第十五电阻R20和第十六电阻R21为上拉电阻，用于反映集成芯片TPS24751的工作状态，并限定高电平为6.8V，低电平为0V，保证集成芯片TPS24751工作状态稳定。

参照图5所示的第二故障保护电路原理图，所述第二故障保护电路50包括第二芯片U4、第二过压欠压采样电路和第二过流采样电路。

所述第二过压欠压采样电路和所述第二过流采样电路分别与所述第二芯片U4连接。

所述第二过压欠压采样电路用于输出第二过压采样电压和第二欠压采样电压；所述第二过流采样电路用于输出第二电流采样值，所述第二芯片U4用于输出第二预设过压值、第二预设欠压值和第二预设电流值，所述第二芯片U4还用于将所述第二预设过压值、所述第二预设欠压值和所述第二预设电流值分别与所述第二过压采样电压、所述第二欠压采样电压和所述第二电流采样值进行比较。

具体的，所述第二过压欠压采样电路包括：第七电阻R12、第八电阻R17和第九电阻R19；所述第七电阻R12的一端与所述第八电阻R17的一端连接，所述第八电阻R17的另一端与和所述第九电阻R19的一端连接，所述第七电阻R12的另一端连接所述第一故障保护电路40的输出端，所述第九电阻R19的另一端接地。

所述第七电阻R12和所述第八电阻R17之间的连接点与所述第二芯片U4连接；所述第八电阻R17和所述第九电阻R19之间的连接点与所述第二芯片连接。

所述第七电阻R12、所述第八电阻R17和所述第九电阻R19用于对所述第二故障保护电路50的输入电压进行分压，以输出第二过压采样电压和第二欠压采样电压。

具体的，第七电阻R12、所述第八电阻R17和所述第九电阻R19构成了对第二故障保护电路50的6.8V输入电压和地之间的串联分压电路，所述第七电阻R12和所述第八电阻R17之间的连接点作为过压采样点，第八电阻R17和所述第九电阻R19之间的连接点作为欠压采样点，根据三个电阻的分压值确定欠压保护或过压保护的值。

本实施例中，第二芯片选用集成芯片TPS24751，该芯片提供具体的第二预设过压值、所述第二预设欠压值和第二预设电流值，分别作为过压比较值、欠压比较值和过流比较值，将所采集的过压采样点电压和欠压采样点电压与相应的过压比较值和欠压比较值进行比较，当集成芯片TPS24751判断过压采样点电压高于过压比较值，或者欠压采样点电压低于欠压比较值，则集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，使电路断路。

另外，第七电阻R12、第八电阻R17和第九电阻R19之间的匹配关系通过该表达式确定：第二预设过压值V(ov)＝(R12+R17+R19)×1.35V/R19；第二预设欠压值V(uv)＝(R12+R17+R19)×1.35V/(R17+R19)。

所述第二过流采样电路包括：第十电阻R8、第十一电阻R10和第十二电阻R27；所述第十电阻R8的一端分别与所述第十一电阻R10的一端以及所述第一故障保护电路40的输出端连接，所述第十电阻R8的另一端与所述第十一电阻R10的另一端分别与所述第二芯片连接，所述第十二电阻R27的一端与所述第二芯片连接，所述第十二电阻R27的另一端接地。

所述第十电阻R8、所述第十一电阻R10和所述第十二电阻R27用于输出所述第二故障保护电路50的所述第二电流采样值。

具体的，第十电阻R8、所述第十一电阻R10和所述第十二电阻R27构成第二故障保护电路50的电流采样点，具体是根据第十电阻R8的端电压进行判断，当电流流过第十电阻R8，会在其两端产生电压，该电压与电流成正比例关系，通过该电压的大小判断是否过流。

当集成芯片TPS24751判断电流采样点的电流值超过过流比较值时，则集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，使电路断路。

另外，第十电阻R8、所述第十一电阻R10和所述第十二电阻R27之间的匹配关系通过该表达式确定：第二预设电流值I(lim)＝0.675V*R10/(R8*R27)。

所述第二故障保护电路50还包括第十四电阻R26，所述第十四电阻R26的一端连接所述第二芯片，所述第十四电阻R26的另一端接地。

所述第十四电阻R26、所述第十电阻R8、所述第十一电阻R10和所述第十二电阻R27组成所述第二故障保护电路50的功率限制配置电路，用于输出所述第二故障保护电路50的功率。

具体的，第十四电阻R26构成功率限定的设定点，当集成芯片TPS24751判断功率限制配置电路的功率超过预设功率值时，则集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，使电路断路，需要说明的是，预设功率值由集成芯片TPS24751提供。

所述第十四电阻R26、所述第十电阻R8、所述第十一电阻R10和所述第十二电阻R27之间的匹配关系通过该表达式确定：预设功率值P(lim)＝84375×R10/(R26×R8×R27)。

所述第二故障保护电路50还包括第二电容C14，所述第二电容C14的一端连接所述第二芯片，所述第二电容C14的另一端接地，所述第二电容C14用于输出所述第二故障保护电路50的故障恢复时间。

具体的，当故障发生时，集成芯片TPS24751内部的MOSFET断开，电路断路，第二电容C14开始放电，达到预设门限值后，MOSFET导通，故障恢复，继续判断是否为故障状态，若判断电路仍处于过压、欠压或过流等故障状态，则重复电路断路，第二电容C14开始放电的过程，第一电容C13决定过流或过欠压保护后的恢复时间，恢复时间T(flt)＝1.35*C14/10uA。

所述第二故障保护电路50还包括第五电容C12、第六电容C16、第十七电阻R22和第十八电阻R23。

所述第五电容C12的一端与所述第二故障保护电路50的输出端和所述辅助故障保护电路60的输入端连接，所述第五电容C12的另一端接地；所述第六电容C16的一端连接所述第十七电阻R22的一端、所述第十八电阻R23的一端以及所述DC/DC转换电路30的输出端，所述第六电容C16的另一端接地；所述第十七电阻R22的另一端和所述第十八电阻R23的另一端分别连接到所述第二芯片。

所述第五电容C12对所述第二故障保护电路50的输出电压进行稳压，为所述辅助故障保护电路60提供电源输入；所述第六电容C16用于滤波；所述第十七电阻R22和所述第十八电阻R23用于稳定所述第二芯片的工作状态。

具体的，第十七电阻R22和第十八电阻R23为上拉电阻，用于反映集成芯片TPS24751的工作状态，并限定高电平为6.8V，低电平为0V，保证集成芯片TPS24751工作状态稳定。

参照图6所示的辅助故障保护电路原理图，该电路包括：第一稳压管D2、第二稳压管D3、第一晶闸管Q1、第二晶闸管Q2、二极管D1、第十九电阻R13和第二十电阻R14。

所述第一稳压管D2的负极、所述第二稳压管D3负极、所述第一晶闸管Q1的阳极、所述第二晶闸管Q2的阳极以及所述二极管D1的负极均连接至所述第二故障保护电路50的输出端；所述第一稳压管D2的正极连接所述第十九电阻R13的一端以及所述第一晶闸管Q1的控制极，所述第十九电阻R13的另一端和所述第一晶闸管Q1的阴极均接地；所述第二稳压管D3的正极连接所述第二十电阻R14的一端以及所述第二晶闸管Q2的控制极，所述第二十电阻R14的另一端和所述第二晶闸管Q2的阴极均接地；所述二极管D1的正极接地。

所述第一稳压管D2和所述第二稳压管D3用于当所述负载端的电压超过预设稳压值时，将所述负载端的电压限定在所述预设稳压值；所述第十九电阻R13和所述第二十电阻R14分别用于为所述第一稳压管D2和所述第二稳压管D3进行限流；所述第一晶闸管Q1和所述第二晶闸管Q2用于当所述负载端的电压超过预设稳压值时，吸收所述负载端的能量；所述二极管D1用于为所述负载端提供续流回路。

所述辅助故障保护电路60用于为所述负载端提供过压保护和续流回路，通过使用两级晶闸管的形式来实现辅助过压保护的目的，第一晶闸管Q1和第二晶闸管Q2为精密肖特基二极管，过压击穿后两级晶闸管将导通，吸收过压能量。具体的，若后级负载为感抗型负载，当负载断开或突然接入时，会产生自感电动势，使电压大于6.8V，一般会达到13.6V左右，第一稳压管D2和第二稳压管D3均为7.3V的稳压管，当负载端的电压超过7.3V时，第一稳压管D2和第二稳压管D3导通，使分别与第一稳压管D2和第二稳压管D3连接的第十九电阻R13和所述第二十电阻R14的电压升高，分别触发第一晶闸管Q1和所述第二晶闸管Q2导通，负载能量通过晶闸管吸收消耗，反并联的二极管D1为负载端的电流提供续流回路，实现对负载端的保护。

输出指示电路70的发光二极管D4与电阻R15串联后，并联在辅助故障保护电路60的输出端，发光二极管灯亮说明本安电源正常，发光二极管灯不亮，说明本安电源有故障。

本实用新型提供的本安电源，包括第一故障保护电路、第二故障保护电路和辅助故障保护电路，其中，第一故障保护电路和第二故障保护电路串联连接，能快速准确地检测输入端的电压和电流，当判断过压、欠压或过流故障时，能快速执行保护动作，对电路进行保护，另外，辅助故障保护电路能有效吸收负载端产生的过压能量，并为负载端提供续流回路，该方式通过采用双重故障保护电路串联，并结合辅助故障保护电路的方式，提高了本安电源的电压稳定性和可靠性。

如图7所示，本实用新型实施例还提供了一种本安电源系统示意图，该系统包括电源80，以及上述本安电源90，所述电源与所述本安电源的输入端连接，用于为所述本安电源装置工作提供电量。

本实用新型实施例提供的本安电源系统，与上述实施例提供的本安电源具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本实用新型实施例提供的本安电源系统，为本安电源提供了配套的电源，通过与本安电源的输入端连接，为本安电源的正常工作提供合适的电源，保证了对本安电源的可靠供电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种本安电源，其特征在于，包括依次串联连接的输入过流保护电路、隔离电源模块、DC/DC转换电路、第一故障保护电路、第二故障保护电路、辅助故障保护电路、输出指示电路；所述输入过流保护电路还与外部电源连接；所述输出指示电路还与负载端连接；

所述输入过流保护电路用于当外部电源输入的电流值超过预设电流时切断电源；

所述隔离电源模块用于对所述过流保护电路输出的电源和所述DC/DC转换电路之间进行电气隔离处理；

所述DC/DC转换电路用于将所述隔离电源模块的输出电压转换为与所述第一故障保护电路相匹配的输入电压；

所述第一故障保护电路用于当电路出现故障时进行断路处理，并按第一预设时间接通电路；

所述第二故障保护电路用于当电路出现故障时进行断路处理，并按第二预设时间接通电路；

所述辅助故障保护电路用于为所述负载端提供过压保护和续流回路；

所述输出指示电路用于指示所述本安电源的工作状态。

2.根据权利要求1所述的本安电源，其特征在于，所述第一故障保护电路包括第一芯片、第一过压欠压采样电路和第一过流采样电路；

所述第一过压欠压采样电路和所述第一过流采样电路分别与所述第一芯片连接；

所述第一过压欠压采样电路用于输出第一过压采样电压和第一欠压采样电压；所述第一过流采样电路用于输出第一电流采样值，所述第一芯片用于输出第一预设过压值、第一预设欠压值和第一预设电流值，所述第一芯片用于还用于将所述第一预设过压值、所述第一预设欠压值和所述第一预设电流值分别与所述第一过压采样电压、所述第一欠压采样电压和所述第一电流采样值进行比较。

3.根据权利要求2所述的本安电源，其特征在于，

所述第一过压欠压采样电路包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接所述DC/DC转换电路的输出端，所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电阻和所述第二电阻之间的连接点与所述第一芯片连接；所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接点与所述第一芯片连接；

所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻用于对所述第一故障保护电路的输入电压进行分压，以输出第一过压采样电压和第一欠压采样电压；

所述第一过流采样电路包括：第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第四电阻的一端分别与所述第五电阻的一端以及所述DC/DC转换电路的输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的另一端分别与所述第一芯片连接，所述第六电阻的一端与所述第一芯片连接，所述第六电阻的另一端接地；

所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻用于输出所述第一故障保护电路的所述第一电流采样值。

4.根据权利要求3所述的本安电源，其特征在于，

所述第二故障保护电路包括第二芯片、第二过压欠压采样电路和第二过流采样电路；

所述第二过压欠压采样电路和所述第二过流采样电路分别与所述第二芯片连接；

所述第二过压欠压采样电路用于输出第二过压采样电压和第二欠压采样电压；所述第二过流采样电路用于输出第二电流采样值，所述第二芯片用于输出第二预设过压值、第二预设欠压值和第二预设电流值，所述第二芯片还用于将所述第二预设过压值、所述第二预设欠压值和所述第二预设电流值分别与所述第二过压采样电压、所述第二欠压采样电压和所述第二电流采样值进行比较。

5.根据权利要求4所述的本安电源，其特征在于，

所述第二过压欠压采样电路包括：第七电阻、第八电阻和第九电阻；所述第七电阻的一端与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端与和所述第九电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端连接所述第一故障保护电路的输出端，所述第九电阻的另一端接地；

所述第七电阻和所述第八电阻之间的连接点与所述第二芯片连接；所述第八电阻和所述第九电阻之间的连接点与所述第二芯片连接；

所述第七电阻、所述第八电阻和所述第九电阻用于对所述第二故障保护电路的输入电压进行分压，以输出第二过压采样电压和第二欠压采样电压；

所述第二过流采样电路包括：第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；所述第十电阻的一端分别与所述第十一电阻的一端以及所述第一故障保护电路的输出端连接，所述第十电阻的另一端与所述第十一电阻的另一端分别与所述第二芯片连接，所述第十二电阻的一端与所述第二芯片连接，所述第十二电阻的另一端接地；

所述第十电阻、所述第十一电阻和所述第十二电阻用于输出所述第二故障保护电路的所述第二电流采样值。

6.根据权利要求5所述的本安电源，其特征在于，所述第一故障保护电路还包括第十三电阻，所述第十三电阻的一端连接所述第一芯片，所述第十三电阻的另一端接地；

所述第十三电阻、所述第四电阻、第五电阻和第六电阻组成所述第一故障保护电路的功率限制配置电路，用于输出所述第一故障保护电路的功率；

所述第二故障保护电路还包括第十四电阻，所述第十四电阻的一端连接所述第二芯片，所述第十四电阻的另一端接地；

所述第十四电阻、所述第十电阻、所述第十一电阻和所述第十二电阻组成所述第二故障保护电路的功率限制配置电路，用于输出所述第二故障保护电路的功率。

7.根据权利要求4所述的本安电源，其特征在于，所述第一故障保护电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一芯片，所述第一电容的另一端接地；

所述第一电容用于输出所述第一故障保护电路的故障恢复时间；

所述第二故障保护电路还包括第二电容，所述第二电容的一端连接所述第二芯片，所述第二电容的另一端接地；

所述第二电容用于输出所述第二故障保护电路的故障恢复时间。

8.根据权利要求5所述的本安电源，其特征在于，所述第一故障保护电路还包括第三电容、第四电容、第十五电阻和第十六电阻；所述第二故障保护电路还包括第五电容、第六电容、第十七电阻和第十八电阻；

所述第三电容的一端与所述第一故障保护电路的输出端和所述第七电阻的另一端连接，所述第三电容的另一端接地；所述第四电容的一端连接所述第十五电阻的一端、所述第十六电阻的一端以及所述DC/DC转换电路的输出端，所述第四电容的另一端接地；所述第十五电阻的另一端和所述第十六电阻的另一端分别连接到所述第一芯片；

所述第三电容对所述第一故障保护电路的输出电压进行稳压，为所述第二故障保护电路提供电源输入；所述第四电容用于滤波；所述第十五电阻和所述第十六电阻用于稳定所述第一芯片的工作状态；

所述第五电容的一端与所述第二故障保护电路的输出端和所述辅助故障保护电路的输入端连接，所述第五电容的另一端接地；所述第六电容的一端连接所述第十七电阻的一端、所述第十八电阻的一端以及所述DC/DC转换电路的输出端，所述第六电容的另一端接地；所述第十七电阻的另一端和所述第十八电阻的另一端分别连接到所述第二芯片；

所述第五电容对所述第二故障保护电路的输出电压进行稳压，为所述辅助故障保护电路提供电源输入；所述第六电容用于滤波；所述第十七电阻和所述第十八电阻用于稳定所述第二芯片的工作状态。

9.根据权利要求1所述的本安电源，其特征在于，所述辅助故障保护电路包括第一稳压管、第二稳压管、第一晶闸管、第二晶闸管、二极管、第十九电阻和第二十电阻；

所述第一稳压管的负极、所述第二稳压管负极、所述第一晶闸管的阳极、所述第二晶闸管的阳极以及所述二极管的负极均连接至所述第二故障保护电路的输出端；所述第一稳压管的正极连接所述第十九电阻的一端以及所述第一晶闸管的控制极，所述第十九电阻的另一端和所述第一晶闸管的阴极均接地；所述第二稳压管的正极连接所述第二十电阻的一端以及所述第二晶闸管的控制极，所述第二十电阻的另一端和所述第二晶闸管的阴极均接地；所述二极管的正极接地；

所述第一稳压管和所述第二稳压管用于当所述负载端的电压超过预设稳压值时，将所述负载端的电压限定在所述预设稳压值；所述第十九电阻和所述第二十电阻分别用于为所述第一稳压管和所述第二稳压管进行限流；所述第一晶闸管和所述第二晶闸管用于当所述负载端的电压超过预设稳压值时，吸收所述负载端的能量；所述二极管用于为所述负载端提供续流回路。

10.一种本安电源系统，其特征在于，所述系统包括电源，以及权利要求1-9任一项所述的本安电源装置，所述电源与所述本安电源装置的输入端连接，用于为所述本安电源装置工作提供电量。