一種礦用本安型電源的介紹
引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175530.htm煤礦井下環(huán)境特殊,存在有瓦斯、粉塵、一氧化碳等易燃易爆物質(zhì),因此礦井下的各類通信、監(jiān)控、儀表和自動(dòng)化等系統(tǒng)設(shè)備的供電電源必須滿足防爆要求,本質(zhì)安全型是防爆的最佳形式,所謂本質(zhì)安全電路是指在正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下,產(chǎn)生的任何電火花或效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。
本文所介紹的電源,是針對(duì)煤礦井下復(fù)雜的環(huán)境要求,設(shè)計(jì)了的具有兩級(jí)保護(hù)的礦用本質(zhì)安全型直流電源,該電源在正常工作和故障狀態(tài)下,其輸出的最大電流和電壓均滿足本安要求。在正常工作時(shí),電源能穩(wěn)定的提供12VDC/1.2A的驅(qū)動(dòng)能力,可滿足礦井下大多數(shù)低壓電氣設(shè)備的供電需求。
電源總體設(shè)計(jì)
該本質(zhì)安全型電源有降壓、整流、濾波,直流穩(wěn)壓及保護(hù)電路組成,如圖1所示。
圖1 本安電源總體框圖
各單元電路介紹
降壓、整流、濾波電路
降壓電路主要由電源變壓器構(gòu)成,它的作用是將交流高電壓降低到所需的電壓值,由于礦井下常采用AC127V或AC36V為低壓設(shè)備供電,故本電源采用AC127V/AC36V雙輸入,AC20V輸出的工頻變壓器實(shí)現(xiàn)降壓。
整流電路的作用是將降壓電路輸出的交流電轉(zhuǎn)化成具有單向脈動(dòng)性的直流電,本電源采用4個(gè)1N4007二極管組成橋式整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換。
濾波電路的主要作用是將整流后輸出的具有單向脈動(dòng)性的直流電進(jìn)行平滑處理,以獲得直流電壓,濾波后的直流電可以直接給電子電路供電,濾波電路采用一個(gè)220μf的鋁電解電容和一個(gè)103的瓷片電容并聯(lián)進(jìn)行濾波處理。
穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路
穩(wěn)壓部分采用三端可調(diào)集成芯片LM317,LM317輸出電壓范圍為1.25V~37V時(shí)可提供超過(guò)1.5A的電流,輸出端與調(diào)整端固定1.25V的基準(zhǔn)電壓,通過(guò)改變LM317的外部電阻即可方便的調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。如下圖3所示:輸出電壓,由于控制在小于100,所以常忽略不計(jì),交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波變直流后,輸入到三端可調(diào)穩(wěn)壓模塊LM317,輸出得到穩(wěn)定的電壓,為后面的過(guò)流、過(guò)壓電路模塊提供工作電壓,同時(shí)得到比較電壓,為過(guò)壓、過(guò)流控制提供基準(zhǔn)比較電壓。
在本文介紹的電源電路中,采用2級(jí)LM317雙重穩(wěn)壓保護(hù),正常情況下U2的輸入和輸出之間的電壓差大于0.7V,三極管Q1導(dǎo)通通,R3和R5并聯(lián),合理設(shè)置電阻R3、R4、R5、R7、R8的值,使其滿足
這樣,當(dāng)U1或U2出現(xiàn)故障短路(只要有一個(gè)LM317還能正常工作)時(shí),電源仍可以繼續(xù)輸出穩(wěn)定的12V電壓,實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)穩(wěn)壓保護(hù)。
圖2 降壓、整流、濾波電路圖
圖3 LM317穩(wěn)壓輸出
圖4 兩級(jí)穩(wěn)壓保護(hù)原理圖
過(guò)流保護(hù)電路介紹
通過(guò)電阻分壓取樣,采用高靈敏電壓比較器LM393組成兩級(jí)過(guò)流保護(hù)電路,如圖5所示,為第二級(jí)過(guò)流保護(hù)電路,當(dāng)本安輸出端短路或輸出電流大于預(yù)定值時(shí),一方面通過(guò)R9、R10串聯(lián)分壓,使得U3的正向輸入端輸入電壓降低,另一方面電流經(jīng)過(guò)R11形成回路產(chǎn)生壓降,使得U3的反向輸入端的輸入電壓降低,使得電壓比較器U3輸出低電平,本電路中U3的輸出端連接在U2的調(diào)整管腳(第一腳)處,當(dāng)本安輸出過(guò)流時(shí),U3輸出低電平,使電阻R8對(duì)地短路,根據(jù)LM317輸出電壓特性可知:穩(wěn)壓芯片U2的輸出電壓為1.25V,故此時(shí)電路形成保護(hù)。
圖5 過(guò)流保護(hù)原理圖
同理,使用同樣的過(guò)流保護(hù)電路對(duì)穩(wěn)壓芯片U1進(jìn)行保護(hù),使電路形成兩級(jí)過(guò)流保護(hù)。同時(shí)在本安輸出端使用兩個(gè)相同的12V穩(wěn)壓管D1、D2雙重穩(wěn)壓保護(hù),防止輸出端電壓意外增大。
測(cè)試
任意抽取一塊電源進(jìn)行測(cè)試,測(cè)得輸出電壓11.9V,過(guò)流保護(hù)動(dòng)作值1.2A,短路電流穩(wěn)定在23mA,達(dá)到了GB3836.4-2010關(guān)于本安的要求。接上負(fù)載使電源連續(xù)工作72小時(shí)后再測(cè)試,電源參數(shù)仍滿足要求,在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以通過(guò)調(diào)整分壓電阻R9、R10的大小來(lái)改變電源的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作值的大小。該電源取證的本安參數(shù)為:UO=12V、IO=1200 、CO=3μf、 LO=0.1mH ,短路穩(wěn)定電流值≤40mA。
結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了一種礦用本質(zhì)安全型電源,該電源已取得煤礦安標(biāo)證,廣泛應(yīng)用于煤礦井下的各類設(shè)備的供電,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用,電源性能可靠、工作穩(wěn)定。事實(shí)上該電源不僅可以應(yīng)用于煤礦井下,還可以用于石油、化工等含有易燃易爆氣體的環(huán)境中。
評(píng)論