CN210898521U - 一种矿用双级安全栅保护电路 - Google Patents

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赵学宽
宋承林
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Abstract

本实用新型提供的矿用双级安全栅保护电路包括串联连接的两级安全栅保护电路；安全栅保护电路包括过压保护电路和限流保护电路；过压保护电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管Z1、比较器U1和三极管V1；三极管V1的发射极、电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端为过压保护电路的电压输入端；三极管V1的集电极为限流保护电路的输入端；限流保护电路包括电阻R6、电阻R7、二极管Z2、二极管Z3和三极管V2；二极管Z3的负极和电阻R7的第二端为限流保护电路的输出端。本实用新型提供的双级安全栅保护电路为双重过压保护和限流保护电路，保护电路的可靠性高，适用于煤矿、石油等对电源保护要求严格的应用设备。

Description

一种矿用双级安全栅保护电路
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种矿用双级安全栅保护电路。
背景技术
安全栅保护电路设置在本质安全电路和非本质安全电路之间，将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内。安全栅保护电路的主要功能为限流和限压，限制进入现场的能量。矿用电源安全栅技术在煤矿监控设备中被广泛采用，目的是防止危险能量进入危险现场，以保障人身及设备安全。矿用安全栅保护电路对于提高矿用设备的安全性和可靠性具有重要意义和实用价值。
安全栅保护电路有多种构架方案，常用场效应管MOS电路来完成。场效应管栅极(G极)存在米勒电容Cgs。引发米勒效应，米勒效应导致场效应管高频响应降低，使MOS场效应管不能快速导通、截止，影响矿用设备的安全性和可靠性，且存在应用成本高，难调试等缺点。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供一种矿用双级安全栅保护电路。
本实用新型提供的矿用双级安全栅保护电路包括串联连接的两级安全栅保护电路；所述安全栅保护电路包括过压保护电路和限流保护电路；
所述过压保护电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管Z1、比较器U1和三极管V1；电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端连接三极管V1的发射极，三极管V1的发射极、电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端为过压保护电路的电压输入端；电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接比较器U1的同相输入端，电阻R2的第二端接地；电阻R3的第二端、二极管Z1的负极连接比较器U1的反相输入端，二极管Z1的正极接地；电阻R5的第二端、电阻R4的第一端连接三极管V1的基极,电阻R4的第二端连接比较器U1的输出端；三极管V1的集电极为限流保护电路的输入端；
所述限流保护电路包括电阻R6、电阻R7、二极管Z2、二极管Z3和三极管V2；电阻R6的第一端、三极管V2的集电极连接三极管V1的集电极，电阻R6的第二端、二极管Z2的正极连接三极管V2的基极，二极管Z2的负极连接二极管Z3正极，二极管Z3的负极连接电阻R7的第二端，电阻R7的第一端连接三极管V2的发射极；二极管Z3的负极和电阻R7的第二端为限流保护电路的输出端。
如上所述的电路，优选地，二极管Z1为稳压二极管，二极管Z2和二极管Z3为整流二极管，三极管V1为PNP型三极管，三极管V2为NPN型三极管。
本实用新型提供的保护电路同时设置有过压保护电路和限流保护电路，且反应迅速，提高了保护电路的可靠性；另一方面，双级安全栅保护电路更进一步的提高了应用设备的安全性，可以用于易燃易爆应用环境的后级的电源保护，例如，应用于煤矿、石油等对电源保护要求严格的应用场景；再一方面，本实用新型提供的保护电路还可以实现恒流的功能，且具有实施成本低，易调试的特点。
附图说明
图1为本实用新型提供的矿用双级安全栅保护电路的结构示意图。
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，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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作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。
图1为本实用新型提供的矿用双级安全栅保护电路的结构示意图。如图1所示，本实用新型提供的矿用双级安全栅保护电路包括串联连接的两级安全栅保护电路，安全栅保护电路包括过压保护电路和限流保护电路。具体的，过压保护电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管Z1、比较器U1和三极管V1；电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端连接三极管V1的发射极，三极管V1的发射极、电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端为过压保护电路的电压输入端；电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接比较器U1的同相输入端，电阻R2的第二端接地；电阻R3的第二端、二极管Z1的负极连接比较器U1的反相输入端，二极管Z1的正极接地；电阻R5的第二端、电阻R4的第一端连接三极管V1的基极,电阻R4的第二端连接比较器U1的输出端；三极管V1的集电极为限流保护电路的输入端；限流保护电路包括电阻R6、电阻R7、二极管Z2、二极管Z3和三极管V2；电阻R6的第一端、三极管V2的集电极连接三极管V1的集电极，电阻R6的第二端、二极管Z2的正极连接三极管V2的基极，二极管Z2的负极连接二极管Z3正极，二极管Z3的负极连接电阻R7的第二端，电阻R7的第一端连接三极管V2的发射极；二极管Z3的负极和电阻R7的第二端为限流保护电路的输出端。
继续参考图1所示，第一级安全栅保护电路与第二级安全栅保护电路为相同的功能，目的是提高保护的可靠性，下面只介绍第一级安全栅保护电路的原理。
在电源输入侧，保护的基准电压由R1与R2的分压确定，Vin在R2上的分压为Vin*R2/(R1+R2),此电压输入到比较器U1的同相输入端，而由R3与Z1组成的稳压电路是保护的基准电压Z进入到了比较器U1的反相输入端，所以，当电压Vin*R2/(R1+R2)大于基准电压Z的时候，比较器U1输出高电平，将三极管V1截止，反之，三极管V1导通，形成了过压保护。
三极管V2可以形成过流保护，根据基尔霍夫电源定律，在三极管V2的输出回路，三极管V2的PN结与两个二极管Z2、Z3、电阻R7构成一个回路，根据基尔霍夫定律，三极管V2的PN结与其中一个二极管的压降抵消，所以三极管V2的输出电流等于另外一个二极管与电阻R7的比值，即0.6/R7,此回路可以根据电源电压选择合适的三极管以及二极管,由此形成了过流保护。优选地，二极管Z1为稳压二极管，二极管Z2和二极管Z3为整流二极管，三极管V1为PNP型三极管，三极管V2为NPN型三极管。
综上所述，本实用新型提供的保护电路同时设置有过压保护电路和限流保护电路，且反应迅速，提高了保护电路的可靠性；另一方面，双级安全栅保护电路更进一步的提高了应用设备的安全性，可以用于易燃易爆应用环境的后级的电源保护，例如，应用于煤矿、石油等对电源保护要求严格的应用场景；再一方面，本实用新型提供的保护电路还可以实现恒流的功能，且具有实施成本低，易调试的特点。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种矿用双级安全栅保护电路，其特征在于，包括串联连接的两级安全栅保护电路；所述安全栅保护电路包括过压保护电路和限流保护电路；
所述过压保护电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管Z1、比较器U1和三极管V1；电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端连接三极管V1的发射极，三极管V1的发射极、电阻R1的第一端、电阻R3的第一端、电阻R5的第一端为过压保护电路的电压输入端；电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接比较器U1的同相输入端，电阻R2的第二端接地；电阻R3的第二端、二极管Z1的负极连接比较器U1的反相输入端，二极管Z1的正极接地；电阻R5的第二端、电阻R4的第一端连接三极管V1的基极,电阻R4的第二端连接比较器U1的输出端；三极管V1的集电极为限流保护电路的输入端；
所述限流保护电路包括电阻R6、电阻R7、二极管Z2、二极管Z3和三极管V2；电阻R6的第一端、三极管V2的集电极连接三极管V1的集电极，电阻R6的第二端、二极管Z2的正极连接三极管V2的基极，二极管Z2的负极连接二极管Z3正极，二极管Z3的负极连接电阻R7的第二端，电阻R7的第一端连接三极管V2的发射极；二极管Z3的负极和电阻R7的第二端为限流保护电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，二极管Z1为稳压二极管。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，二极管Z2和二极管Z3为整流二极管。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，三极管V1为PNP型三极管。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电路，其特征在于，三极管V2为NPN型三极管。
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EP4131693A3 (en) * 2021-08-04 2023-08-02 Abb Schweiz Ag Intrinsically safe circuit with low leakage current

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