一种矿用本安型电源的介绍

一种矿用本安型电源的介绍一种矿用本安型电源的介绍 摘摘 要 要 本文详细介绍了一种矿用本安型直流电源各部分的组成及设计原理 该电源采用两 级保护设计 具有保护完善 体积小 成本低 本质安全型输出 带负载能力较好等特点 有效的解决了煤矿井下设备配套电源的需求 关键字关键字 本安电路 电源 LM317 0 引言引言 煤矿井下环境特殊 存在有瓦斯 粉尘 一氧化碳等易燃易爆物质 因此矿井下的各 类通信 监控 仪表和自动化等系统设备的供电电源必须满足防爆要求 本质安全型是防 爆的最佳形式 所谓本质安全电路是指在正常工作或规定的故障状态下 产生的任何电火 花或效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路 1 本文所介绍的电源 是针对煤矿井下复杂的环境要求 设计了的具有两级保护的矿用 本质安全型直流电源 该电源在正常工作和故障状态下 其输出的最大电流和电压均满足 本安要求 在正常工作时 电源能稳定的提供 12VDC 1 2A 的驱动能力 可满足矿井下大 多数低压电气设备的供电需求 1 电源总体设计电源总体设计 该本质安全型电源有降压 整流 滤波 直流稳压及保护电路组成 如图 1 所示 127 36V 交交流流输输出出 AC DC 两两级级过过压压 保保护护电电路路 两两级级过过流流 保保护护电电路路 本本安安直直 流流输输出出 图 1 本安电源总体框图 2 各单元电路介绍各单元电路介绍 2 1 降压 整流 滤波电路降压 整流 滤波电路 降压电路主要有电源变压器构成 它的作用是将交流高电压降低到所需的电压值 由于矿井下常采用 AC127V 或 AC36V 为低压设备供电 故本电源采用 AC127V AC36V 双输入 AC20V 输出的工频变压器实现降压 整流电路的作用是将降压电路输出的交流电转化成具有单向脉动性的直流电 本 电源采用 4 个 1N4007 二极管组成桥式整流器来实现交流到直流的转换 2 滤波电路的主要作用是将整流后输出的具有单向脉动性的直流电进行平滑处理 以获得直流电压 滤波后的直流电可以直接给电子电路供电 滤波电路采用一个 220uf 的铝电解电容和一个 103 的瓷片电容并联进行滤波处理 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 13 Apr 2012Sheet of File E 0入入 入入入入 MyDesign ddbDrawn By C2 103 C1 220uF D1 D2 D3 D4 T1 图 2 降压 整流 滤波电路图 2 2 稳压稳压电路稳压稳压电路 稳压部分采用三端可调集成芯片 LM317 LM317 输出电压范围为 1 25 37V 时可 提供超过 1 5A 的电流 输出端与调整端固定 1 25V 的基准电压 通过改变 LM317 的 外部电阻即可方便的调整稳压电压值 如下图 3 所示 输出电压 由于控制在小于 100 所以常忽 212 1 25 1 outadj URRIR adj IuA 2adj IR 略不计 3 交流电经过整流 滤波变直流后 输入到三端可调稳压模块 LM317 输出 得到稳定的电压 为后面的过流 过压电路模块提供工作电压 同时得到比较电压 ref V 为过压 过流控制提供基准比较电压 4 ADJ 1 Vout 2 Vin 3 U1LM317 R1 R2 入入入入 VinVout 图 3 LM317 稳压输出 在本文介绍的电源电路中 采用 2 级 LM317 双重稳压保护 正常情况下 U2 的输入和 输出之间的电压差大于 0 7V 三极管 Q1 导通通 R3 和 R5 并联 过合理设置电阻 R3 R4 R5 R7 R8 的值 使得满足 1 7 1 35 1 25 1 17 R UV RR 2 7 1 3 1 25 1 12 R UV R 3 8 2 4 1 25 1 12 R UV R 这样当 U1 或 U2 出现故障短路 只要有一个 LM317 还能正常工作 时 电源仍可以 继续输出稳定的 12V 电压 实现了两级稳压保护 ADJ 1 Vout 2 Vin 3 U1 LM317 ADJ 1 Vout 2 Vin 3 U2 LM317 R3 R5 R6 Q1 R4 R7R8 GND VinVout 12V 图 4 两级稳压保护原理图 2 3 过流保护电路介绍过流保护电路介绍 通过电阻分压取样 采用高灵敏电压比较器 LM393 组成两级过流保护电路 如图 5 所 示 为第二级过流保护电路 当本安输出端短路或输出电流大于预定值时 一方面通过 R9 R10 串联分压 使得 U3 的正向输入端输入电压降低 另一方面电流经过 R11 形成回 路产生压降 使得 U3 的反向输入端的输入电压降低 使得电压比较器 U3 输出低电平 5 本电路中 U3 的输出端连接在 U2 的调整管脚 第一脚 处 当本安输出过流时 U3 输出 低电平 使电阻 R8 对地短路 根据 LM317 输出电压特性可知 稳压芯片 U2 的输出电压 为 1 25V 故此时电路形成保护 同理 使用同样的过流保护电路对稳压芯片 U1 进行保护 使电路形成两级过流保护 同时在本安输出端使用两个相同的 12V 稳压管 D1 D2 双重稳压保护 防止输出端电压意 外增大 R9 R10 OUT1 1 3 2 VCC 8 GND 4 LM393 Vin 12V R11 D1D2 1 2 J1 U3 入 入 入 入 GND 图 5 过流保护原理图 3 测试测试 任意抽取一块电源进行测试 测得输出电压 11 9V 过流保护动作值 1 2A 短路电流 稳定在 23mA 达到了 GB3836 4 2010 关于本安的要求 接上负载使电源连续工作 72h 后 再测试 电源参数仍满足要求 在实际设计中可以通过调整分压电阻 R9 R10 的大小来改 变电源的过流保护动作值的大小 该电源取证的本安参数为 12V 1200 O U o ImA 3 0 1 短路稳定电流值 o Cuf o LmH40mA 4 结束语结束语 本文介绍了一种矿用本质安全型电源 该电源已取得煤矿安标证 广泛应用于煤矿井 下的各类设备的供电 经过长期的使用 电源性能可靠 工作稳定 事实上该电源不 仅可以应用于煤矿井下 还可以用于石油 化工等含有易燃易爆气体的环境中 参考文献参考文献 1 GB3836 4 2010 爆炸性环境第四部分 由本质安全型 i 保护的设备 S 2 康华光 电子技术基础