摘 要:严格按照本安电路的设计原则及方法,本文介绍了一种矿用本质安全型电源,该电源可用于含爆炸气体和粉尘的煤矿井下,拥有两级过流保护一级过压保护,它的输入为127VAC,输出为2路5VDC,重点介绍了过流保护和过压保护的详细设计,并测试了它的机械性能和电气性能,结果表明该设备通过了国家各项指标,在煤矿的实际应用中取得了良好的效果。
关键词:本安电源;二级过流保护;一级过压保护
中图分类号:TP303+.3 文献标识码:A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.04.035
随着煤矿现代化的管理要求,本安设备要求达到其本质的安全性,由于煤矿的环境特殊,电气设备在有瓦斯和煤尘等爆炸性气体的危险环境中使用并且无论设备出现任何故障所产生的任何火花或任何热效应均不能引起周围气体的爆炸,才能称之为本质安全型电路。因此,作为电气化装置的供电核心,矿用本安电源的技术水平和质量要求越来越受到人们重视。
矿用稳压电源:电源的防爆等级为Exd[ib]I,可用于含爆炸气体和粉尘的煤矿井下,拥有两级过流保护一级过压保护,它的输入为127VAC,输出为2路5VDC,每路额定工作电流为600mA,额定工作电压为5V,最大输出电流不超过800mA,最大输出电压不超过5.8V,源效应与负载效应均小于5%,输出电压的纹波值小于250mV,电源的壳体具有隔爆功能 [1-2] 。
如图1所示,本安电源主要由交流输入电路,一级过流保护电路,二级过流保护电路,过压保护电路和直流输出电路组成。交流输入电路主要用来将127V的交流电压转化为12V的直流电压。一级过流保护电路和二级过流保护电路主要用于防止本安电源的输出电流过大(本安电源的最大输出电流为800mA,超过800mA电源即处于保护状态)。[2]过压保护电路主要用于防止电源的输出电压过大(本安电源的最大输出电源为5.8V,超过5.8V电源便处于过压保护的状态)。直流输出电路主要用于保证电路输出稳定的+5V电压 [3-5] 。
图2中,127V的交流输入电压首先通过FLPA31-2A的电源滤波器进行滤波以得到纯净的127V的交流输入电压,该电压分两路依次通过1A的保险管和压敏电阻(其中保险管用于过流保护,压敏电阻用于输入过压保护),进入LH15-10B12电源稳压模块,经过该模块后127V交流输入电压被转换为
12V的直流电压输出,该12V直流电压通过耐压值为50V电容量为47uF的电容进一步滤波后送入LM317集成模块,该模块的负载电流为1.5A,输出电压为10V,该10V的直流电压通过3W/0.68J的限流电阻以及两个金属氧化物半导体场效应管后进入7805稳压模块,该模块的负载电流为2A,输入电压范围为6-12V,具有过流保护,可在-45-85°C范围内正常工作,经过7805模块后,将输出+5V的直流电压 [6] 。
图4中,当电路因为短路或者负载过小,而使得输出电流超过800mA时(以第一路为例),电阻R9上的压降会迅速增大,从而使得R5上的压降也随之增大,于是三极管Q2的基极电位降低,三极管Q2由截止状态转为导通状态,由于有电流流过,故R3与R4连接处的电位增大,从而是Q1由截止状态转为导通状态,由于Q1导通后,其上的压降只有1V,所以R2与R1连接处的电位只有1V,此时LM317的输出端的电压会因为R2与R1连接处的电位下降,而跌至1.9V。[6]从而实现第一级过流保护。同时因为电阻R9上的压降增大,使得R10,R11两端的电压也随之下降,运算放大器LM393反相端的电位值下降,从而使得LM393的输出正电压值增大,从而使得金属氧化物半导体场效应管Q3,Q4的栅极电位值上升,栅极与源级的电压差值增大,最终使得Q3,Q4的漏极与源极之间的电荷通道因为反向电压的作用逐步消失,最终使得Q3,Q4逐步由导通状态进入截止状态,最终使得7805模块的输入电压为0,从而起到第二级过流保护的作用 [8-10]。
5V,最大限流为800mA,实验测试的结果都达到了国家的标准,其在实际应用中取得了良好的使用效果。
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