矿用本安电源传输线路的制作方法

1.本发明属于矿用本安电源技术领域，尤其涉及一种矿用本安电源传输线路。


背景技术：

2.目前，国内大多数煤矿企业都采取从监控分站位置取电给负载(如瓦斯传感设备、一氧化碳传感器等等)供电，其供电电压通常为12v、18v、24v。本安电源供电长度通常在2千米左右。随着机械化水平和综合采掘技术的提高，煤矿井下已产生了大量长距离采掘工作面，其距离远远超过了2千米，如此长的距离供电，线路压降增大，不仅线路末端电压严重降低，而且能量(功率)损耗同样严重，导致负载等不能正常工作，影响企业的安全运行。
3.同时，由于井下负载供电的本安要求，不能通过增大电源输出功率的办法来满足井下负载的供电需求，因此，需要解决在满足负载远程正常供电的同时保证供电线路本安特性这对矛盾问题。


技术实现要素：

4.基于此，针对上述技术问题，提供一种可补偿电压和能量损失的矿用本安电源传输线路。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种矿用本安电源传输线路，其特征在于，包括分别接入一路矿用本安电源的多路本安输入线路、与所述多路本安输入线路一一对应的多路升压线路、限能模块以及本安输出线路，所述多路本安输入线路分别连接对应的升压线路，所述升压线路包括隔离dc/dc模块，所述隔离dc/dc模块的正输入端和负输入端分别与对应本安输入线路的正线和负线连接，所述多路升压线路中，第一路隔离dc/dc模块的正输出端与所述限能模块的正输入端连接，最后一路隔离dc/dc模块的负输出端与所述限能模块的负输入端连接，前一路隔离dc/dc模块的负输出端与后一路隔离dc/dc模块的正输出端连接，所述限能模块的正输出端和负输出端分别与所述本安输出线路的正线和负线连接。
7.本发明分别由多路本安输入线路分别接入一路矿用本安电源，每路矿用本安电源分别由对应的一路升压线路的隔离dc/dc模块进行升压，对本安输入线路的压降进行补偿，同时，多路升压线路的隔离dc/dc模块串联，将多路功率进行叠加，从而对本安输入线路的能量(功率)损失进行补偿，经限能模块为升压线路的输出提供本安特性，最后通过本安输出线路输出，能够将本安供电距离延长，适用于负载功率消耗较大或供电距离较远的场景。
附图说明
8.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
9.图1为本发明实施例1的结构示意图；
10.图2为本发明的隔离dc/dc模块的结构示意图；
11.图3为本发明的缓冲电路模块的结构示意图；
12.图4为本发明的限能模块的结构示意图；
13.图5为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
14.实施例1
15.如图1所示，本实施例提供一种矿用本安电源传输线路，包括分别接入一路24v矿用本安电源的两路本安输入线路11、与两路本安输入线路110一一对应的两路升压线路12、限能模块13以及本安输出线路14。
16.两路本安输入线路11分别连接对应的升压线路12。
17.每路升压线路12均包括肖特基二极管d、缓冲电路模块hc以及隔离dc/dc模块mk。
18.每路升压线路12中，肖特基二极管d的正极与对应本安输入线路11的正线连接，负极与缓冲电路模块hc的正输入端连接，缓冲电路模块hc的负输入端与对应本安输入线路的负线连接，缓冲电路模块hc的正输出端和负输出端分别与隔离dc/dc模块mk的正输入端和负输入端。
19.为了便于说明，如图1所示，本实施例将两路升压线路的两个隔离dc/dc模块mk由上至下定义为第一路隔离dc/dc模块和第二路隔离dc/dc模块,第一路隔离dc/dc模块的正输出端和第二路隔离dc/dc模块的负输出端分别与限能模块13的正输入端和负输入端连接，第一路隔离dc/dc模块的负输出端与第二路隔离dc/dc模块的正输出端连接。
20.其中，当本安输入线路11因线路破皮等原因发生短路时，肖特基二极管d可以阻止缓冲电路模块hc和/或隔离dc/dc模块mk中的阻容器件存储的电能回灌到本安输入线路11，以免短路产生的放电火花具有大的放电能量，引起爆炸，破坏本安输入线路11的本安特性，本安电源电压一般低于30v，电流一般小于2a，故肖特基二极管d参数选用反向耐压60v，导通电流5a即可，耐压不宜过高会造成导通损耗过大。
21.缓冲电路模块hc用于避免隔离dc/dc模块mk因上电瞬间电流冲击造成线路压降瞬间增大，导致隔离dc/dc模块mk输入端电压低于最低启动门槛电压而不能启动的问题。
22.缓冲电路模块hc的结构参见图3。其中，电阻r2、r3组成电压分压取样电路，取样电压为ur，r1为缓冲电阻，mos管t1、三极管t2以及电阻r4、r5和r6组成缓冲控制电路，d1为稳压二极管。
23.上电时，缓冲电路uout为零，取样电压ur由0v上升，ur小于稳压二极管d1的击穿电压udw，三极管t2截止，mos管t1不导通，缓冲电路通过电阻r1向后级电路电容c1充电，充电电流最大为：(uin-uout)/r1＝uin/r1,限制了上电时的冲击电流；随着uout逐渐升高，ur也逐渐升高，当ur大于二极管d1的击穿电压udw时,三极管t2导通，mos管t1也导通，电路进入正常工作状态，mos管t1与r1并联，mos管t1导通电阻很小，后级电路工作时，电流从mos管t1流过，电源正常工作。
24.每路24v矿用本安电源分别由对应的一路升压线路12的隔离dc/dc模块mk进行升压，对本安输入线路11的压降进行补偿，同时，两路升压线路的隔离dc/dc模块串联，将两路功率进行叠加，从而对本安输入线路的能量(功率)损失进行补偿。
25.其中，两路升压线路12的两个隔离dc/dc模块采用对称设计，两者输出电压相同、输出电流相同，这样两者的输出电压均为12v时，最后，输出给负载的电压为24v，同时，功率
也增加了一倍。
26.图2示出了隔离dc/dc模块mk的变压器部分，为了输出适配的电压给不同的负载，变压器的次级设有拨码开关km，通过设置拨码开关km选择不同的电阻(r1、r2、r3、r4、r5)，可以调节隔离dc/dc模块mk的输出电压，如6v、9v、12v、18v、24v等，两路隔离dc/dc模块mk串联后，通过设置拨码开关km可实现多种电压(12v、18v、24v)的高功率输出，从而适配不同的负载。
27.如图2所示，隔离dc/dc模块mk的变压器的输入输出端通过光电隔离器oc进行隔离，满足本安电源隔离方面的要求。
28.限能模块13的正输出端和负输出端分别与本安输出线路14的正线和负线连接，通过控制短路保护动作时间和限制短路输出能量，来实现升压线路12输出的本安特性。
29.限能模块13的结构参见图4。其中，电阻rb4至rb14、三极管q3、q4和q5、mos管q1和q2以及电容cb1和cb2组成保护动作电路，过压保护和过流保护共用此电路，其中rb7至rb10、dw3、q1、q4、cb1组成的电路与rb11至rb14、dw4、q2、q5、cb2组成的电路功能相同，是本安要求的备份保护电路。
30.电阻rb4、rb5和rb6、三极管q3组成保护动作电流的前级驱动电路，当有过压或过流信号时，高电平通过电阻rb4驱动三极管q3导通，三极管q4、q5基级电压变低，三极管q4、q5截止，mos管q1、q2栅极电压升高，q1、q2截止，进入保护状态，升压线路12经限能模块13输出为零。
31.二极管db2、电流采样电阻rs、电阻rb15、rb16、rb17和rb18、运放u2、u3组成过流检测电路，电流采样电阻rs用于采集输出电流，rs两端采集电压经由rb15、rb16、rb17、rb18、运放u3组成的差动放大电路放大，输入运放u2组成的比较电路与基准电压uw进行比较，基准电压uw为稳压二极管dwb和rb3串联后，二极管dwb两端的电压，当放大电压与基准电压uw相比超过设定值时运放u2输出高电平，保护动作电路动作。
32.二极管db1、电阻rb1和rb2、运放u1组成过压检测电路，电阻rb1和rb2组成分压电路采集电压，采集的电压为uf，运放u1对uf与基准电压uw进行比较，当uf大于uw时，运放u1将输出高电平，保护动作电路动作。
33.保护动作电路还具有打嗝保护功能，当保护动作后，电容cb1和cb2放电，三极管q4、q5基级电压降低，三极管q4、q5截止，输出电流为零，电阻rs两端电压为零，短路信号消失，三极管q3截止，q3集电极输出高电平，电阻rb8、rb12给电容cb1、cb2充电，当电容cb1、cb2两端的电压分别超过udw3+0.7v、udw4+0.7v时，q4、q5导通，升压线路12经限能模块13正常输出，如果短路故障没有消除，则会进入下一次保护，形成打嗝保护功能，过压保护打嗝功能的工作原理与过流相似，在此不再赘述。
34.当然，通过切换开关kn，本实施例的矿用本安电源传输线路既可以双路使用，也可以单路使用，如图1所示，切换开关kn具有动触点c以及第一静触点a和第二静触点b，动触点c与第一路隔离dc/dc模块的负输出端连接，第一静触点a与第二路隔离dc/dc模块的正输出端连接，第二静触点b与限能模块13的负输入端连接。
35.双路使用时，第一路隔离dc/dc模块的负输出端与第二路隔离dc/dc模块的正输出端分别通过动触点c以及第一静触点a连接。双路使用能够将本安供电距离延长至4千米以上，适用于负载功率消耗较大或供电距离较远(大于大于3km)的场景。
36.单路使用时，第一路隔离dc/dc模块的负输出端通过动触点c以及第二静触点b与限能模块13的负输入端连接。单路升压线路12只起到升压作用，抵消前级本安线路的压降，来满足后级负载对供电电压的要求，但不能弥补线路的能量损耗，因此只能应用于负载功率要求功率消耗不大或供电距离不太远(大于2km小于3km)的场景。
37.实施例2
38.如图5所示，本实施例与实施例1不同的是，本安输入线路11以及升压线路12均为三路，三路本安输入线路11分别接入一路24v矿用本安电源，且分别连接对应的升压线路12，三路升压线路12中，由上至下,第一路隔离dc/dc模块的正输出端与限能模块13的正输入端连接，第三路隔离dc/dc模块的负输出端与限能模块13的负输入端连接，第一路隔离dc/dc模块的负输出端与第二路隔离dc/dc模块的正输出端连接，第二路隔离dc/dc模块的负输出端与第三路隔离dc/dc模块的正输出端连接。这样可以将三路的功率进行叠加，适用于实施例1中两路仍无法满足负载需求的情况，因此，在本实施例中，不需要设置切换开关kn。
39.当然，本安输入线路11以及升压线路12也可以是三路以上。
40.但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。