CN209948665U - 一种基于分立元件构成的本安限流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分立元件构成的本安限流电路，包括电流采样单元、延时控制单元和开关限流单元；所述电流采样单元的电源输入端连接直流电源、采样输出端连接延时控制单元的输入端、电源输出端连接开关限流单元的电源输入端；所述延时控制单元的输出端连接开关限流单元的控制端，所述开关限流单元的电源输出端用于连接负载。本实用新型通过使用分立元器件构成的电流采样单元、延时控制单元和开关限流单元等模块，实现了直流供电设备在含有爆炸性气体环境中安全可靠的应用及不掉电自恢复功能，同时不会降低电气设备的性能，提升了电源效率，降低了设备成本，提高了可靠性、稳定性、易用性。

Description

一种基于分立元件构成的本安限流电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于限流电路，尤其是一种供电设备保护领域中的基于分立元件构成的本安限流电路。

背景技术

随着自动化、信息化的广泛应用，越来越多的电子设备投入到石油、燃气、煤矿、化工等含有爆炸性混合物环境中。在爆炸性混合物环境中使用的电气设备，防爆是需要高度关注的问题之一。

现有技术主要通过专用的防爆接线盒、或是通过限制电气设备电路的各种参数，来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现电气防爆。

现有技术的防爆措施在实际使用中存在以下问题：

1、防爆接线盒一般是由铸造金属制作。在爆炸气体环境下，即使盒内具有电路火花出现，或者盒内也渗透了一些爆燃性气体，在火花作用下出现小范围的爆燃，防爆盒是可以承受的，不会因为盒子不结实而破裂，把火光泄露给环境，引起大环境的爆炸。但该技术没有根本性地解决爆炸的问题，仅仅是将爆炸缩小到很小的范围内。同时因为防爆盒结构笨重、价格昂贵，使其在实际应用中局限性很大。

2、限制电气设备电路的各种参数的方案，能够有效预防发生爆炸的概率。但存在以下缺点：

1）最常见的是使用可靠电阻限流，这样在满足防爆要求的同时也大大的限制了电路的功率参数，导致设备性能的降低；同时由于限流电阻的存在，使得电路的效率极低。

2）三极管限流，在这种电路中，一般使用电流采样模块控制三级管的基极电压，使三极管工作在导通和截至状态之间，达到过流时的限流保护目的。此类电路在过流保护时，三极管的作用等同于一个可变限流电阻，通过电路的能量大多被三极管消耗，一方面电路效率降低，另一方面三极管发热严重，不能满足防爆认证要求。

实用新型内容

本实用新型提出了一种基于分立元件构成的本安限流电路，其目的是：（1）提供一种本质安全的防爆措施；（2）降低成本；（3）提升电源效率。

本实用新型技术方案如下：

一种基于分立元件构成的本安限流电路，包括电流采样单元、延时控制单元和开关限流单元；

所述电流采样单元的电源输入端连接直流电源、采样输出端连接延时控制单元的输入端、电源输出端连接开关限流单元的电源输入端；所述延时控制单元的输出端连接开关限流单元的控制端，所述开关限流单元的电源输出端用于连接负载；

所述延时控制单元用于根据所述采样输出端输出的采样电压判断是否出现电流越限并向开关限流单元发送控制信号；

所述开关限流单元用于根据延时控制单元发送的控制信号进行限流。

作为本电路的进一步改进：所述电流采样单元包括三极管Q1、电阻R1、电阻Ri、电阻R3和电容器C1；

所述电阻Ri一端与电流采样单元的电源输入端相连接、另一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端还通过电阻R1与三极管Q1的基极相连接；

所述三极管Q1的发射极与电流采样单元的电源输入端相连接，集电极作为电流采样单元的采样输出端通过电阻R3与接地端相连接；

所述电容器C1与电阻R3并联。

作为本电路的进一步改进：所述延时控制单元包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻Re；

所述电阻R2一端与延时控制单元的输入端相连接，另一端与三极管Q2的基极相连接；

所述电阻R4一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端与三极管Q2的集电极以及三极管Q3的基极分别相连接；

所述三极管Q2的发射极通过电阻Re与接电端相连接，三极管Q2的发射极还与三极管Q3的发射极相连接；

所述电阻R5一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端与电阻R6串联后连接至三极管Q3的集电极；

所述电阻R5与电阻R6串联的公共端即延时控制单元的输出端。

作为本电路的进一步改进：所述电阻R5与电阻R6串联后的阻值与电阻R4的阻值不相等。

作为本电路的进一步改进：所述开关限流单元包括场效应管P1和稳压二极管V1；

所述稳压二极管V1的负极与开关限流单元的电源输入端相连接，还与场效应管P1的源极相连接；

所述稳压二极管V1的正极与场效应管P1的栅极相连接，还与开关限流单元的控制端相连接；

所述场效应管P1的漏极与开关限流单元的电源输出端相连接。

相对于现有技术，本实用新型具有以下积极效果：（1）通过使用分立元器件构成的电流采样单元、延时控制单元和PMOS开关限流单元等功能模块，实现了直流供电设备在含有爆炸性气体环境中安全可靠的应用及不掉电自恢复功能，且不降低电气设备的性能，提升了含有爆炸性气体环境中使用电子设备的电源效率，降低了设备成本，提高了电子设备的可靠性、稳定性、易用性；（2）电流采样单元利用电流采样电阻Ri两端的电压控制三极管Q1的导通，当电流超过限值，三极管Q1导通，为电容器C1充电，电阻R3两端电压升高，进而向延时控制单元发出控制信号，并且更改电阻Ri的阻值就可以方便地更改限流限值；（3）由于电阻R4的阻值与串联的电阻R5及R6的阻值不相等，因此三极管Q2和三极管Q3分别导通时在Re两端的电压不同，使得三极管Q2在基极输入电压较高的状态下进入饱和导通状态，在较低电压进入截至状态；（4）PMOS开关限流单元部分使用PMOS管替代传统的大功率三极管，并且使PMOS管工作在了开关状态，从而使用小功率PMOS管成为可能，减少了器件体积，降低了器件工作温度；（5）开关限流单元部分使用稳压二极管，保证了场效应管的栅源极间的电压工作在合理的参数内，使整体电路可以工作在较宽的电压范围。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理示意图。

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1，一种基于分立元件构成的本安限流电路，包括电流采样单元、延时控制单元和PMOS开关限流单元；

所述电流采样单元的电源输入端连接直流电源、采样输出端连接延时控制单元的输入端、电源输出端连接PMOS开关限流单元的电源输入端；所述延时控制单元的输出端连接PMOS开关限流单元的控制端，所述PMOS开关限流单元的电源输出端用于连接负载；

所述延时控制单元用于根据所述采样输出端输出的采样电压判断是否出现电流越限并向PMOS开关限流单元发送控制信号；

所述PMOS开关限流单元用于根据延时控制单元发送的控制信号进行限流。

为了满足防爆认证要求，实际应用中的电路由2组相同的上述实施例电路组成。

具体电路实现如图2所示：

所述电流采样单元包括三极管Q1、电阻R1、电阻Ri、电阻R3和电容器C1；所述电阻Ri一端与电流采样单元的电源输入端相连接、另一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端还通过电阻R1与三极管Q1的基极相连接；所述三极管Q1的发射极与电流采样单元的电源输入端相连接，集电极作为电流采样单元的采样输出端通过电阻R3与接地端相连接；所述电容器C1与电阻R3并联。

电流采样单元中，电阻R1为三极管Q1的基极限流电阻，防止电流过大损坏三极管Q1。电阻Ri为电流采样电阻，更改电阻Ri的阻值就可以方便的更改限流限值。直流电源的电流经过电阻Ri时其两端产生一定的电压，当流过电流变大，超过三极管Q1的基、射极门限电压时，三极管Q1逐渐导通，为电容器C1充电，使得电阻R3两端的电压升高，采样输出端通过该电压信号控制后级的延时控制单元。

所述延时控制单元包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻Re；

所述电阻R2一端与延时控制单元的输入端相连接，另一端与三极管Q2的基极相连接；所述电阻R4一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端与三极管Q2的集电极以及三极管Q3的基极分别相连接；所述三极管Q2的发射极通过电阻Re与接电端相连接，三极管Q2的发射极还与三极管Q3的发射极相连接；所述电阻R5一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端与电阻R6串联后连接至三极管Q3的集电极；所述电阻R5与电阻R6串联的公共端即延时控制单元的输出端。

在电流未超过限值时，三极管Q2的基极电压（来自于电流采样单元的采样输出端）为低，三极管Q2处于截至状态，由于上拉电阻R4的存在，三极管Q3的基极电压为高，三极管Q3处于饱和导通状态，使得串联电阻R5和R6之间公共端的电压相对于直流电源电压处于较低状态。电流超过限值后，三极管Q2的基极电压逐渐升高，而由于Re的存在，三极管Q2会延时导通，在三极管Q2饱和导通后，三极管Q3的基极电压立刻升高，进入截至状态，此时串联电阻R5与R6之间公共端的电压等于直流电源电压。这样就可以输出“高”和“低”两种电压控制信号，根据电流采用单元的信号对开关限流电压发出控制信号。

此电路中的关键点在于：所述电阻R5与电阻R6串联后的阻值与电阻R4的阻值不相等，使得三极管Q2和Q3分别导通时在Re两端的电压不同，在三极管Q2的基极输入电压较高的状态下进入饱和导通状态，在较低电压进入截至状态。

此部分电路使用简单的分立元器件替代了复杂的电压比较器集成电路，减少了电路复杂性，降低了成本，增加了电路的可靠性，同时也完全符合本安回路的认证审查要求。

所述PMOS开关限流单元包括场效应管P1和稳压二极管V1；所述稳压二极管V1的负极与PMOS开关限流单元的电源输入端相连接，还与场效应管P1的源极相连接；所述稳压二极管V1的正极与场效应管P1的栅极相连接，还与PMOS开关限流单元的控制端相连接；所述场效应管P1的漏极与PMOS开关限流单元的电源输出端相连接。

此部分电路使用PMOS管替代了大功率三极管，并且使PMOS管工作在了开关状态，使得使用小功率PMOS管成为可能，减少了器件体积，降低了器件工作温度。使用稳压二极管V1，可以保证PMOS管的栅源极间的电压在合理的参数内，使整体电路可以工作在较宽的电压范围。

由于三极管Q2在电阻Re的影响下延时导通，因此开关限流单元中的场效应管P1始终工作在开关状态，防止进入放大状态产生热量，同时还能降低场效应管P1的开关频率，进一步减少发热。

本实用新型实施例的本安限流电路适用于各种电子设备，尤其适用于含有爆炸性气体的环境。通过使用该本安限流电路，电子设备能够以较高的效率和高度的可靠性、稳定性安全运行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于分立元件构成的本安限流电路，其特征在于：包括电流采样单元、延时控制单元和开关限流单元；

所述电流采样单元的电源输入端连接直流电源、采样输出端连接延时控制单元的输入端、电源输出端连接开关限流单元的电源输入端；所述延时控制单元的输出端连接开关限流单元的控制端，所述开关限流单元的电源输出端用于连接负载。

2.如权利要求1所述的基于分立元件构成的本安限流电路，其特征在于：所述电流采样单元包括三极管Q1、电阻R1、电阻Ri、电阻R3和电容器C1；

所述电阻Ri一端与电流采样单元的电源输入端相连接、另一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端还通过电阻R1与三极管Q1的基极相连接；

所述三极管Q1的发射极与电流采样单元的电源输入端相连接，集电极作为电流采样单元的采样输出端通过电阻R3与接地端相连接；

所述电容器C1与电阻R3并联。

3.如权利要求1所述的基于分立元件构成的本安限流电路，其特征在于：所述延时控制单元包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻Re；

所述电阻R2一端与延时控制单元的输入端相连接，另一端与三极管Q2的基极相连接；

所述电阻R4一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端与三极管Q2的集电极以及三极管Q3的基极分别相连接；

所述三极管Q2的发射极通过电阻Re与接电端相连接，三极管Q2的发射极还与三极管Q3的发射极相连接；

所述电阻R5一端与电流采样单元的电源输出端相连接，另一端与电阻R6串联后连接至三极管Q3的集电极；

所述电阻R5与电阻R6串联的公共端即延时控制单元的输出端。

4.如权利要求3所述的基于分立元件构成的本安限流电路，其特征在于：所述电阻R5与电阻R6串联后的阻值与电阻R4的阻值不相等。

5.如权利要求1所述的基于分立元件构成的本安限流电路，其特征在于：所述开关限流单元包括场效应管P1和稳压二极管V1；

所述稳压二极管V1的负极与开关限流单元的电源输入端相连接，还与场效应管P1的源极相连接；

所述稳压二极管V1的正极与场效应管P1的栅极相连接，还与开关限流单元的控制端相连接；

所述场效应管P1的漏极与开关限流单元的电源输出端相连接。

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