基于STM32的礦用本質(zhì)安全型電源設(shè)計(jì)

0 引言

　　本安電源是本安型電氣設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，由于煤礦的機(jī)械化，井下傳感器、彎道報(bào)警器等設(shè)備的供電，通信、報(bào)警都需要供電設(shè)備。但是基于井下復(fù)雜的環(huán)境，對(duì)供電設(shè)備的要求也是非常嚴(yán)格的，它要求電源電路的內(nèi)部和引出線無(wú)論是在正常工作還是在故障狀態(tài)下都是安全的并且產(chǎn)生的電火花不會(huì)點(diǎn)燃周?chē)h(huán)境中的爆炸性混合物。本安電源有“ia”和“ib”兩個(gè)等級(jí)。在本文中介紹的本安電源是井下常用的“ia”等級(jí)，也就是說(shuō)在一個(gè)故障，一套保護(hù)電路損壞的情況下也能繼續(xù)工作。

　　1 本安電源的組成及工作原理

　　1.1 電源

　　本系統(tǒng)中本安電源的輸入+Vin、-Vin為48 V 直流電源，經(jīng)過(guò)DC/DC 電源轉(zhuǎn)換模塊（U1）輸出12 V直流電，U2是7805 穩(wěn)壓模塊， 把12 V 直流電穩(wěn)壓輸出5 V 電壓為比較器提供電源。圖1 中R1是第1級(jí)過(guò)流保護(hù)采樣電阻，R2是第2 級(jí)過(guò)流保護(hù)采樣電阻， 采樣電阻把電流值轉(zhuǎn)換為電壓值GND1、GND2以便使用STM32 進(jìn)行過(guò)流監(jiān)控。

圖1 工作原理

　　1.2 主回路

　　由于本系統(tǒng)是基于STM32 的本安電源的監(jiān)控，圖2 是主回路， 圖中UrU1、UrU2和UrUrout

　　是采樣電壓，STM32 通過(guò)監(jiān)控這3 個(gè)電壓值就可以確定本安電源是否過(guò)壓。當(dāng)BH1是低電平的時(shí)候Q4不導(dǎo)通、Q3截止，那么本安電源就沒(méi)有輸出；當(dāng)BH1是高電平的時(shí)候Q4、Q3導(dǎo)通，Q1、Q2

　　也導(dǎo)通。由于Q1、Q2導(dǎo)通UrU2上就有采樣電壓，BH2的電平高低決定R24上的電壓是否為零。所以，只有當(dāng)BH1和BH2同時(shí)為高電平的時(shí)候本安電源才有輸出，其中任何一個(gè)是低電平本安電源就進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，這就是主回路的雙重保護(hù)。

圖2 主回路

　　1.3 保護(hù)電路

　　本系統(tǒng)中的保護(hù)電路有過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)及其恢復(fù)電路。此系統(tǒng)是“ia”等級(jí)的本安電源，所有保護(hù)電路都有2 級(jí)， 本文只介紹其中的1 級(jí)。第2級(jí)和第1 級(jí)的電路是相同的。

　　（1）過(guò)流保護(hù)

　　圖1 中的采樣電阻把電流值轉(zhuǎn)換為電壓值GND1、GND2.圖3 中調(diào)節(jié)變阻器R32設(shè)定過(guò)流保護(hù)

　　值為800 mA,采樣電壓GND1 通過(guò)U3放大，然后通過(guò)比較器U4和設(shè)定的電壓值相比較控制BH1.當(dāng)GND1 大于設(shè)定值時(shí)，比較器輸出為低電平，本安電源沒(méi)有輸出。同時(shí)放大后的GND1 經(jīng)過(guò)電壓跟隨器U5連接到STM32 的AD 轉(zhuǎn)換管腳，以便對(duì)其進(jìn)行軟件監(jiān)控。第2 級(jí)過(guò)流保護(hù)同理。

圖3 過(guò)流保護(hù)