一种矿用非本安转本安电源电路的制作方法

1.本发明属于电气防爆领域，涉及一种矿用非本安转本安电源电路。


背景技术：

2.在煤矿井下，矿用电气设备通常需要选择本质安全的类型，如矿用隔爆兼本安型电源、矿用隔爆兼本安型通信设备等。矿用隔爆兼本安型设备中，通常也会包括部分非本质安全的电路，需要进行非本安到本安转换。
3.目前非本安电路转换为本安电源的存在以下问题：
4.(1)现有电路未对本安保护电路中器件的最高电压和最大电流做限制存在一定的安全隐患；
5.(2)采用高端检流方式的本安转换电路为保障输出安全性，需用检流快速响应的专用集成电路实现，导致成本相对较高；
6.(3)采用低端检流方式的电路，由于低端检流电阻上的压差值易受地线干扰导致保护电路误动作，稳定性较低；
7.(4)本安电路带载能力较弱。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿用非本安转本安电源电路，提升本安电路的高带负载能力和可靠性，同时降低本安转换电路的成本。
9.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.一种矿用非本安转本安电源电路，包括依次串联的dc/dc模块、保险丝，以及两级完全相同的电源保护电路；所述电源保护电路在前端连接有并联两级晶闸管的过压电路，所述过压电路与保险丝串联；
11.所述电源保护电路包括高端检流触发电路、电压检测电路、过压触发电路、单稳触发控制电路和pmos管开关控制电路；
12.所述高端检流触发电路包括第一基准源、第二基准源、负载电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和比较器；所述负载电阻串接在电源保护电路的输入端和输出端之间；负载电阻的两端分别与第一基准源的阴极和第二基准源的阴极连接；第一基准源的参考极通过第十二电阻与第一基准源的阴极连接，第一基准源的参考极通过第十三电阻与第一基准源的阳极连接，第一基准源的阳极分别与比较器的反向输入端连接，并接地；第二基准源的参考极与第二基准源的阴极连接，第二基准源的阳极与比较器的正向输入端连接，并接地；比较器的电源输入端与输入电源连接；比较器的电源输入端依次通过所述电压检测电路和所述过压触发电路连接比较器的输出端；比较器的输出端通过所述单稳触发控制电路与所述pmos管开关控制电路连接；
13.当所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压过压或输出电流过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出高电平，所述pmos管开关控制电路截
止关断。
14.进一步，所述pmos管开关控制电路包括第一三级管、第二三极管、第三三极管、第一二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、pmos管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第一电容；
15.第二三极管的基极与单稳触发控制电路的输出端连接，并通过第二电阻接地；第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极通过第三电阻与第一三极管的基极连接；第一三极管的基极通过第一电阻与输入电源连接，第一三极管的发射极与输入电源连接，第一三极管的集电极与pmos管的栅极连接，pmos管的源极与输入电源连接，poms管的漏极与本安电源保护电路的输出连接；pmos管的栅极通过第五电阻和第一电容连接本安电源保护电路的输出；
16.pmos管的栅极依次通过第九电阻和第十电阻连接第三三极管的发射极，第三三极管的发射极与第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极接地；pmos管的栅极依次通过第十一电阻和第四电阻连接第三三极管的集电极；第三三极管的基极与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第八电阻的一端，第七电阻的另一端接地，第八电阻的另一端连接本安电源保护电路的输出；
17.第九电阻与第十电阻连接的节点为节点一，第十一电阻与第四电阻连接的节点为节点二；所述节点一分别连接第一稳压二极管的正极和第一二极管的正极，第一稳压二极管的负极连接输入电源，第一二极管的负极连接所述节点二。
18.进一步，当所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压未过压，且输出电流未过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出低电平，第一三极管和第二三极管截止，pmos管缓慢开启；当输出电压高于设定值后，第三三级管导通，pmos管快速开启。
19.进一步，所述比较器为lm293芯片。
20.进一步，所述第一基准源和第二基准源均为tl431基准芯片。
21.本发明的有益效果在于：
22.本方案在保护电路前端串联保险丝后并联两级晶闸管的过压电路确定后续电路中器件的最高电压和需承受的最大电流值，保障电路在非故障条件下器件的可靠性。相比于现有技术，本方案利用mos管的米勒效应实现保护电路中的缓启动功能，有效降低了容性负载的启动电流，增强了电路的带载能力，在pmos管中栅极-漏极间增加rc电路，降低pmos管内部电容对电路一致性的影响以及减低关断时外部电容对关断时间的影响；同时，本方案增加了输出负载侧的电压检测和带基准的比较电路实现安全栅保护开关在输出故障下的快速关断以及故障解除后的快速开启，达到了故障的预判断的目的，提升了电路的安全性和带载能力。
23.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
24.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
25.图1为矿用非本安转本安电源实现框图；
26.图2为本安电源保护电路。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.请参阅图1～图2，为一种矿用非本安转本安电源电路，电路由隔离变压器带屏蔽层的dc/dc模块、串联保险丝、并联2级晶闸管的过压电路以及串联2级本安电源保护电路组成；
31.本安电源保护由高端检流触发电路、电压检测、触发电路、单稳触发控制电路以及pmos管开关控制电路构成；
32.所述高端检流触发电路包括第一基准源、第二基准源、负载电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和比较器；所述负载电阻串接在电源保护电路的输入端和输出端之间；负载电阻的两端分别与第一基准源的阴极和第二基准源的阴极连接；第一基准源的参考极通过第十二电阻与第一基准源的阴极连接，第一基准源的参考极通过第十三电阻与第一基准源的阳极连接，第一基准源的阳极分别与比较器的反向输入端连接，并接地；第二基准源的参考极与第二基准源的阴极连接，第二基准源的阳极与比较器的正向输入端连接，并接地；比较器的电源输入端与输入电源连接；比较器的电源输入端依次通过所述电压检测电路和所述过压触发电路连接比较器的输出端；比较器的输出端通过所述单稳触发控制电路与所述pmos管开关控制电路连接；
33.所述pmos管开关控制电路包括第一三级管、第二三极管、第三三极管、第一二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、pmos管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、
第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第一电容；
34.第二三极管的基极与单稳触发控制电路的输出端连接，并通过第二电阻接地；第二三极管的发射机接地，第二三极管的集电极通过第三电阻与第一三极管的基极连接；第一三极管的基极通过第一电阻与输入电源连接，第一三极管的发射极与输入电源连接，第一三极管的集电极与pmos管的栅极连接，pmos管的源极与输入电源连接，poms管的漏极与本安电源保护电路的输出连接；pmos管的栅极通过第五电阻和第一电容连接本安电源保护电路的输出；
35.pmos管的栅极依次通过第九电阻和第十电阻连接第三三极管的发射极，第三三极管的发射极与第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极接地；pmos管的栅极依次通过第十一电阻和第四电阻连接第三三极管的集电极；第三三极管的基极与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第八电阻的一端，第七电阻的另一端接地，第八电阻的另一端连接本安电源保护电路的输出；
36.第九电阻与第十电阻连接的节点为节点一，第十一电阻与第四电阻连接的节点为节点二；所述节点一分别连接第一稳压二极管的正极和第一二极管的正极，第一稳压二极管的负极连接输入电源，第一二极管的负极连接所述节点二。
37.本实施例中，比较器采用lm293芯片，第一基准源和第二基准源采用相同的电压基准源，例如tl431系列的芯片。
38.本方案采用431基准+lm293等器件构建高端检流的非本安转本安电路，实现矿用非本安转本安的功能，通过降低高端检流电路的成本降低了整个电源保护电路的成本。
39.其工作原理为：
40.当所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压过压或输出电流过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出高电平，高电平快速驱动第二三极管和第一三极管(即图中的q2、q1)导通，所述pmos管开关控制电路使pmos管截止关断。当故障消失后(或正常启动时)，所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压未过压，且输出电流未过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出低电平，q2、q1截止，由于外置电容c1远远大于pmos管的内部电容，pmos管缓慢开启；当输出电压高于设定值后，第三三级管(即图中q3)导通，pmos管快速开启，电源保护电路具有电压反馈功能，实现不同输出电压下的分时分级控制，既保障电路的安全性，又提升了电路带容性负载的能力。
41.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种矿用非本安转本安电源电路，其特征在于：包括依次串联的dc/dc模块、保险丝，以及两级完全相同的电源保护电路；所述电源保护电路在前端连接有并联两级晶闸管的过压电路，所述过压电路与保险丝串联；所述电源保护电路包括高端检流触发电路、电压检测电路、过压触发电路、单稳触发控制电路和pmos管开关控制电路；所述高端检流触发电路包括第一基准源、第二基准源、负载电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和比较器；所述负载电阻串接在电源保护电路的输入端和输出端之间；负载电阻的两端分别与第一基准源的阴极和第二基准源的阴极连接；第一基准源的参考极通过第十二电阻与第一基准源的阴极连接，第一基准源的参考极通过第十三电阻与第一基准源的阳极连接，第一基准源的阳极分别与比较器的反向输入端连接，并接地；第二基准源的参考极与第二基准源的阴极连接，第二基准源的阳极与比较器的正向输入端连接，并接地；比较器的电源输入端与输入电源连接；比较器的电源输入端依次通过所述电压检测电路和所述过压触发电路连接比较器的输出端；比较器的输出端通过所述单稳触发控制电路与所述pmos管开关控制电路连接；当所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压过压或输出电流过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出高电平，所述pmos管开关控制电路截止关断。2.根据权利要求1所述的一种矿用非本安转本安电源电路，其特征在于：所述pmos管开关控制电路包括第一三级管、第二三极管、第三三极管、第一二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、pmos管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第一电容；第二三极管的基极与单稳触发控制电路的输出端连接，并通过第二电阻接地；第二三极管的发射机接地，第二三极管的集电极通过第三电阻与第一三极管的基极连接；第一三极管的基极通过第一电阻与输入电源连接，第一三极管的发射极与输入电源连接，第一三极管的集电极与pmos管的栅极连接，pmos管的源极与输入电源连接，poms管的漏极与本安电源保护电路的输出连接；pmos管的栅极通过第五电阻和第一电容连接本安电源保护电路的输出；pmos管的栅极依次通过第九电阻和第十电阻连接第三三极管的发射极，第三三极管的发射极与第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极接地；pmos管的栅极依次通过第十一电阻和第四电阻连接第三三极管的集电极；第三三极管的基极与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第八电阻的一端，第七电阻的另一端接地，第八电阻的另一端连接本安电源保护电路的输出；第九电阻与第十电阻连接的节点为节点一，第十一电阻与第四电阻连接的节点为节点二；所述节点一分别连接第一稳压二极管的正极和第一二极管的正极，第一稳压二极管的负极连接输入电源，第一二极管的负极连接所述节点二。3.根据权利要求2所述的一种矿用非本安转本安电源电路，其特征在于：当所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压未过压，且输出电流未过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出低电平，第一三极管和第二三极管截止，pmos管缓慢
开启；当输出电压高于设定值后，第三三级管导通，pmos管快速开启。4.根据权利要求1所述的一种矿用非本安转本安电源电路，其特征在于：所述比较器为lm293芯片。5.根据权利要求1所述的一种矿用非本安转本安电源电路，其特征在于：所述第一基准源和第二基准源均为tl431基准芯片。

技术总结
本发明涉及一种矿用非本安转本安电源电路，属于电气防爆领域。包括依次串联的DC/DC模块、保险丝，以及两级完全相同的电源保护电路；所述电源保护电路在前端连接有并联两级晶闸管的过压电路，所述过压电路与保险丝串联；所述电源保护电路包括高端检流触发电路、电压检测电路、过压触发电路、单稳触发控制电路和PMOS管开关控制电路；当所述电压检测电路检测到电源输入端的输入电压过压或输出电流过流时，所述过压触发电路触发信号使所述单稳触发控制电路输出高电平，所述PMOS管开关控制电路截止关断。本方案提高了电源保护电路的安全性，使非本安向本安转换更安全，并降低了电源保护电路的成本，同时还提高了电路带负载的能力。力。力。


技术研发人员：林引 刘亚辉 邵严 槐利 郭江涛 任高建 黄友胜 张金豪 周代勇 胡亮 戴剑波 贺奎 赵光绪 王飞 张加易 刘慧洁
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/16