专利名称：一种煤矿用大容量本质安全电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源电路，具体涉及一种煤矿用大容量本质安全电源。
背景技术：
本质安全技术通过限制电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电 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 和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现电气防爆。过流保护
安全栅技术为本质安全技术中的关键:技术。常用的过流保护方式主要有限流型、
减流型和截止型三种。限流型的特点是当负载电流达到限流值时，稳压电源
进入恒流状态将负载电流限制在限流值。这种电路的优点是相对容易实现并且 可以实现全载启动。其最大缺点是在过电流保护状态下，电源调整管将承受限 流值电流与输入电源电压所产生的过分损耗。为确保电源调整管在过电流时不 被损坏，需以过电流保护状态下的功耗为选择电源调整管和热设计的依据，这
将会使稳压电源的成本、体积和重量增加，可靠性降低。截止型的特点是当 负载电流达到限流值时，过电流保护电路使稳压电源进入截止状态，并不再恢 复，使稳压电源与负载得到有效的保护。其优点是此时电源调整管的功耗为零。 其最大缺点是冲击性负载容易使稳压电源产生误动作进入过电流保护状态， 而一旦进入过电流保护状态，即使过电流状态解除，也不能自动复位。减流型 的特点是稳压电源进入过电流保护状态后，输出电流随输出电压而减小，可 使电源调整管的损耗即使在过流保护时也不至于过大，其典型应用如三端集成 稳压器。这种过电流保护方式尽管在诸多场合下^L适用，但在全载恒流特性和 大多数模拟和数字电路的电源特性下可能会产生锁定效应，即输出电压被锁定
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在低于正常稳压值的低电压上不能正常启动。为确保沖击性负载或全载恒流启 动，必须在过流保护点和正常最大工作电流之间设置较大的裕量，容易使过电 流的负载因没有得到电源的保护而烧坏。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可靠性高、效率高的煤矿用 大容量本质安全电源。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一个技术方案是，提供一种煤矿用 大容量本质安全电源，包括整流滤波电路、开关电源稳压电路、开关电源升压 电路，所述整流滤波电路的输出端连接开关电源稳压电路的输入端，开关电源
稳压电路的输出端连接开关电源升压电路的输入端，其特点是在开关电源升 压电路的输出端连接双重过流保护安全栅电路。
根据本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源的一种优选方案， 所述双重过流保护安全栅电路的输出端连接双重过压保护安全栅电路。
根据本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源一种优选方案，所 述所述双重过流保护安全栅电路包括第 一 级过流保护安全栅电路和第二级过流 保护安全栅电路，所述第一级过流保护安全栅电路的输入端连接开关电源升压 电路的输出端，第一级过流保护安全栅电路的输出端连接第二级过流保护安全 栅电路的输入端，第二级过流保护安全栅电路的输出端连接双重过压保护安全 栅电路。
才艮据本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源一种优选方案，所 述双重过压保护安全栅电路由第一级过压保护安全栅电路和第二级过压保护安 全栅电路构成，所述第一级过压保护安全栅电路和第二级过压保护安全栅电路 并联连接，并且所述第一级过压保护安全栅电路由第一电压采样电路、第一比
较驱动电路、第一晶闸管保护电路构成；所述第二级过压保护安全栅电路由第
二电压采样电路、第二比较驱动电路、第二晶闸管保护电路构成,所述第一电 压采样电路和第二电压采样电路的输入端同时连接到双重过流保护安全栅电路 的输出端，第一电压采样电路的输出端连接第一比较驱动电路的输入端，第一 比较驱动电路的输出端连接第一晶闸管保护电路，所述第二电压采样电路的输 出端连接第二比较驱动电路的输入端，第二比较驱动电路的输出端连接第二晶 闸管保护电路。
根据本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源的一种优选方案，
所述所述双重过压保护安全栅电路由电阻R14 ~R22、电容C16、 C17、可控硅T6、 T7、稳压二极管T8构成，所述电阻R19、 R21串联连接在双重过流保护安全栅 电路的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3A的同相输入端， 电阻R22和稳压二极管T8串联连接在双重过流保护安全栅电路的输出端和地之 间，它们的连接节点连接到比较器U3A的反相输入端和比较器U3B的反相输入 端，比较器U3A的输出端通过电阻R17连接可控硅T7的控制极，可控硅T7、 T6 的阳极接双重过流保护安全栅电路的输出端、阴极接地，电阻R15和电容C16 串联连接在双重过流保护安全栅电路的输出端和地之间，它们的连接节点连接 到比较器U3A的输出端，电阻R18、 R20串联连接在双重过流保护安全栅电路的 输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3B的同相输入端，比较器U3B 的输出端通过电阻R16连接可控硅T7的控制极，电阻R14和电容C17串联连接 在双重过流保护安全栅电路的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器 U3B的输出端。
根据本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源的一种优选方案，
在所述整流滤波电路的输入端还连接有防雷保护电路。
本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源的有益效果是，釆用双 重过流保护安全栅电路，解决了矿井本质安全设备供电的本质安全性能、负载 特性、启动和自恢复性能及功率损耗技术问题，在具体电路中采用开关型过流 保护方式，实现逐周期过流保护，既具有限流型过流^床护的启动和自恢复特性， 又具有截流型过流保护的低功耗损耗和快速反应特点，达到大容量本安功率输 .出，同时由于采用双重过压保护安全栅电路，能实现双重过压保护，采用防雷 保护电路，具有防雷保护功能，可靠性高，可广泛应用于煤矿安全供电设备中， 具有良好的应用前景。
图1是本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源的原理框图。
图2是图1中防雷保护电路l、整流滤波电路2、开关电源稳压电路3、开
关电源升压电路4的原理图。
图3是图1中双重过流保护安全栅电路5的电路原理图。 图4是图1中双重过压保护安全栅电路6的电路原理图。
具体实施方式
参见图1,本实用新型所述的一种煤矿用大容量本质安全电源由防雷保护电 路l、整流滤波电路2、开关电源稳压电路3、开关电源升压电路4、双重过流 保护安全栅电路5、双重过压保护安全栅电路6构成，所述防雷保护电路1的输 入端连接外部输入电源，防雷保护电路1的输出端连接整流滤波电路2的输入 端，整流滤波电路2的输出端连接开关电源稳压电路3的输入端，开关电源稳 压电路3的输出端连接开关电源升压电路4的输入端，开关电源升压电路4的
输出端连接双重过流保护安全栅电路5，双重过流保护安全栅电路5的输出端连
接双重过压保护安全栅电路6的输入端，同时，将双重过流保护安全栅电^各5 的输出端与双重过压保护安全栅电路5的输出端连接。
其中，所述双重过流保护安全栅电路5包括第一级过流保护安全栅电路10 和第二级过流保护安全栅电路11，所述第一级过流保护安全栅电路10的输入端 连接开关电源升压电路4的输出端，第一级过流保护安全栅电路10的输出端连 接第二级过流保护安全栅电路11的输入端，第二级过流保护安全栅电路11的 输出端连接双重过压保护安全4册电路6。
其中，所述双重过压保护安全栅电路5由第一级过压保护安全栅电路12和 第二级过压保护安全栅电路13构成，所述第一级过压保护安全栅电路12和第 二级过压保护安全栅电路13并联连接，并且所述第一级过压保护安全栅电路12 由第一电压采样电路14A、第一比较驱动电路15A、第一晶闸管保护电路16A构 成；所述第二级过压保护安全栅电路13由第二电压采样电路14B、第二比较驱 动电路15B、第二晶闸管保护电路16B构成，所述第一电压采样电路14A和第二 电压采样电路14B的输入端同时连接到双重过流保护安全栅电路5的输出端， 第一电压采样电路14A的输出端连接第一比较驱动电路15A的输入端，第一比 较驱动电路15A的输出端连接第一晶闸管保护电路16A,所述第二电压采样电路 14B的输出端连接第二比较驱动电路15B的输入端，第二比较驱动电路15B的 输出端连接第二晶闸管保护电路16B。
参见图2、图3、图4，所述第一级过流保护安全栅电路IO由专用集成电路 U4A、电流检测电阻RS1、电源调整管T1、定时电容CT1、电阻RT1、 R30 R33、 电容C31、 C32构成，所述第二级过流保护安全栅电路11由专用集成电路U4B、
电流检测电阻RS2、电源调整管T2、定时电容CT2、电阻RT2、 R34-R37、电容 C33、 C34构成，其中，专用集成电路U4A的输出5脚连接专用集成电路U4B的 输入1脚，专用集成电路U4B的输出5脚连接双重过压保护安全栅电路5。
所述双重过压保护安全栅电路5由电阻R14-R22、电容C16、 C17、可控硅 T6、 T7、稳压二极管T8构成，所述电阻R19、 R21串联连接在双重过流保护安 全栅电路5的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3A的同相输入 端，电阻R22和稳压二才及管T8串联连接在双重过流4呆护安全栅电路5的输出 端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3A的反相输入端和比较器U3B的 反相输入端，比较器U3A的输出端通过电阻R17连接可控硅T7的控制极，可控 硅T7、 T6的阳极接双重过流保护安全栅电路5的输出端、阴极接地，电阻R15 和电容C16串联连接在双重 过流保护安全栅电路5的输出端和地之间，它们的 连接节点连接到比较器U3A的输出端，电阻R18、 IUO串联连接在双重过流保护 安全栅电路5的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3B的同相输 入端，比较器U3B的输出端通过电阻R16连接可控硅T7的控制极，电阻R14和 电容C17串联连接在双重过流保护安全栅电路5的输出端和地之间，它们的连 接节点连接到比较器U3B的输出端。
所述防雷保护电路1由压敏电阻YM1和固体放电管TVS 1构成，压敏电阻YM1 和固体放电管TVS 1并联连接在煤矿用大容量本质安全电源的输入端。
所述开关电源稳压电路3由开关稳压集成电路U1、可控硅Q1、电阻R1 ~ R5、 RIO、 Rll、电容C3 C6、 CIO、电感L1、稳压二极管D2、 二极管Dl构 成，其中，开关稳压集成电路U1可以选用可以选用宽压输入单片开关电源稳压 芯片L4978实现稳压输出。
开关电源升压电^各4由开关电源芯片U2、电阻R6 R9、 R12、 R13、电容 C11~C14、 C8、 二极管D3、 D4、三极管T3、 T4、电感L2、 L3构成，其中开 关电源芯片U2可以选用MC34063实现升压输出。
所述煤矿用大容量本质安全电源的工作原理是在电源上电时，以限流保 护方式启动，以确保在冲击性负载时能顺利启动；稳压电源正常工作后，如出 现过电流，则保护电路首先进入限流保护状态，以消除瞬时沖击电流的影响； 若在限定时间(根据本安参数及负载特性调整)内仍处于过电流状态，则保护电 路认定为故障过流，并进入截止型保护状态； 一定时间后重新恢复限流保护状 态，如此时负载恢复正常，则稳压电源应能正常启动，如过电流故障依旧，保 护电路则再一次进入截止状态。在这种过电流保护状态下，电源调整管的损耗 为限流型的1/20—1/30。过流保护电路会定时检测负载过电流是否解除， 一旦检 测到负载电流小于限流保护值，即恢复正常的输出电压；当本质安全电源的输 入端电压过压时，通过电压取样，过压比较，触发晶闸管T6、 T7进行短路保护， 防止本质安全电源输出端出现过电压。
在具体实施例中双重过流保护安全栅电路5中的U4A、 U4B均采用专用集成 电路UC3833,实现双重开关型过电流保护功能，其中双重过流保护安全栅电路 5的工作原理是专用集成电路UC3833电路中的限流放大器设置为135mV偏置 电压，当输入端电压在135mV以下时，限流;改大器不工作，稳压电源工作在稳 压状态；当负载过电流或短路时，通过限流放大器的驱动器、外接电源调整管 Tl、 T2及电流检测电阻RS1、 RS2的闭环控制，使限流电源调整管输入电流(近 似为输出电流)是135/RSlmA;专用集成电路UC3833中的限流比较器设置为 100mV偏置电压，与限流放大器共用输入端；由于限流比较器的偏置电压低35mV, 确保了限流比较器先于限流;故大器动作，以确保开关型过电流保护功能的实现，
一旦限流比较器输入端的电压差大于100mV，即出现过电流时，限流比较器输出 由高电位变为低电位，专用集成电路UC3833中的定时器开始工作，稳压电源进 入过电流保护状态，当过电流解除后，限流比较器输入端的电压差小于100mV， 限流比较器输出高电位将定时器封锁，这时稳压电源工作在正常稳压状态。当 受限流比较器控制的定时器工作后，其内部恒流源分别向定时电容CT1、 CT2充 电。在定时电容CT1、 CT2的充电电压低于1. 8V时，定时器输出低电位，稳压 电源工作在限流状态；当定时电容CT1、 CT2的充电电压达到1. 8V时，定时器 内部的恒流源关断，定时电容CT1、 CT2分别通过与其并联的电阻RT1、 RT2》史 电，定时器输出高电位驱动电源调整管Tl、 T2导通，使电路的输出级截止，将 电源调整管T1、 T2关断，稳压电源工作在截止状态；当放电电压达到0. 9V时， 定时器内部恒流源重新对定时电容CT1、CT2充电并输出低电位使电源调整管T1、 T2关断，稳压电源重新工作在限流工作状态。如负载持续过电流或短路，稳压 电源的这种限流状态将周而复始地循环，当负载过电流解除后，稳压电源将/人 限流状态恢复到正常状态。
权利要求1、一种煤矿用大容量本质安全电源，包括整流滤波电路(2)、开关电源稳压电路(3)、开关电源升压电路(4)，所述整流滤波电路(2)的输出端连接开关电源稳压电路(3)的输入端，开关电源稳压电路(3)的输出端连接开关电源升压电路(4)的输入端，其特征在于在开关电源升压电路(4)的输出端连接双重过流保护安全栅电路(5)。
2、 根据权利要求1所述的一种煤矿用大容量本质安全电源，其特征在于 所述双重过流保护安全栅电路(5 )的输出端连接双重过压保护安全栅电椒6 )。
3、 根据权利要求2所述的一种煤矿用大容量本质安全电源，其特征在于 所述双重过流保护安全栅电路(5)包括第一级过流保护安全栅电路(10)和 第二级过流保护安全栅电路(11)，所述第一级过流保护安全栅电路(10)的 输入端连接开关电源升压电路(4 )的输出端，第一级过流保护安全栅电路(10 ) 的输出端连接第二级过流保护安全栅电路(11)的输入端，第二级过流保护安 全栅电路(11)的输出端连接双重过压保护安全栅电路(6)。
4、 根据权利要求3所述的一种煤矿用大容量本质安全电源，其特征在于 所述双重过压保护安全栅电路(5)由第一级过压保护安全栅电路(12)和第 二级过压保护安全栅电路(13 )构成，所述第一级过压保护安全栅电路(12 ) 和第二级过压保护安全栅电路(13 )并联连接，并且所述第一级过压保护安全 栅电路(12)由第一电压采样电路(14A)、第一比较驱动电路(15A)、第一晶 闸管保护电路(16A)构成；所述第二级过压保护安全栅电路(13)由第二电 压采样电路(14B)、第二比较驱动电路(15B)、第二晶闸管保护电路(16B)构成，所述第一电压采样电路(14A)和第二电压采样电路(14B)的输入端同 时连接到双重过流保护安全栅电路(5)的输出端，第一电压釆样电路(14A) 的输出端连接第一比较驱动电路(15A)的输入端，第一比较驱动电路(15A) 的输出端连接第一晶闸管保护电路(16A),所述第二电压采样电路(14B)的 输出端连接第二比较驱动电路(15B)的输入端，第二比较驱动电路(15B)的 输出端连接第二晶闸管保护电路(16B)。
5、 根据权利要求4所述的一种煤矿用大容量本质安全电源，其特征在于 所述双重过压保护安全^t电路(5)由电阻R14 R22、电容C16、 C17、可控硅 T6、 T7、稳压二极管T8构成，所述电阻R19、 R21串联连接在双重过流保护安 全栅电路(5 )的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3A的同相 输入端，电阻R22和稳压二极管T8串联连接在双重过流保护安全栅电路(5) 的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3A的反相输入端和比较 器U3B的反相输入端，比较器U3A的输出端通过电阻R17连接可控硅T7的控 制极，可控硅T7、 T6的阳极接双重过流保护安全栅电路(5)的输出端、阴极 接地，电阻R15和电容C16串联连接在双重过流保护安全栅电路(5)的输出 端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3A的输出端，电阻R18、 R20串 联连接在双重过流保护安全栅电路(5 )的输出端和地之间，它们的连接节点 连接到比较器U3B的同相输入端，比较器U3B的输出端通过电阻R16连接可控 硅T7的控制极，电阻R14和电容C17串联连接在双重过流保护安全栅电路(5 ) 的输出端和地之间，它们的连接节点连接到比较器U3B的输出端。
6、 根据权利要求1、 2、 3、 4或5所述的一种煤矿用大容量本质安全电源， 其特征在于在所述整流滤波电路(2 )的输入端连接有防雷保护电路(1 )。
专利摘要一种煤矿用大容量本质安全电源，包括整流滤波电路、开关电源稳压电路、开关电源升压电路，所述整流滤波电路的输出端连接开关电源稳压电路的输入端，开关电源稳压电路的输出端连接开关电源升压电路的输入端，其特点是在开关电源升压电路的输出端连接双重过流保护安全栅电路；该实用新型解决了矿井本质安全设备供电的本安性能、负载特性、启动和自恢复性能及功率损耗技术问题，采用开关型过流保护方式，实现逐周期过流保护，既具有限流型过流保护的启动和自恢复特性，又具有截流型过流保护的低功耗损耗和快速反应特点，达到大容量本安功率输出，可广泛应用于煤矿安全供电设备中，具有良好的应用前景。
文档编号G05F1/569GK201188584SQ20082009821
公开日2009年1月28日 申请日期2008年5月5日 优先权日2008年5月5日
发明者刘亚辉, 李祥和, 引 林, 游青山, 强 黄 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院