一種礦用本安型電源的介紹

引言

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，因此礦井下的各類通信、監(jiān)控、儀表和自動化等系統(tǒng)設備的供電電源必須滿足防爆要求，本質安全型是防爆的最佳形式，所謂本質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均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。

本文所介紹的電源，是針對煤礦井下復雜的環(huán)境要求，設計了的具有兩級保護的礦用本質安全型直流電源，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，電源能穩(wěn)定的提供12VDC/1.2A的驅動能力，可滿足礦井下大多數(shù)低壓電氣設備的供電需求。

電源總體設計

該本質安全型電源有降壓、整流、濾波，直流穩(wěn)壓及保護電路組成，如圖1所示。

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為低壓設備供電，故本電源采用AC127V/AC36V雙輸入，AC20V輸出的工頻變壓器實現(xiàn)降壓。

整流電路的作用是將降壓電路輸出的交流電轉化成具有單向脈動性的直流電，本電源采用4個1N4007二極管組成橋式整流器來實現(xiàn)交流到直流的轉換。

濾波電路的主要作用是將整流后輸出的具有單向脈動性的直流電進行平滑處理，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220μf的鋁電解電容和一個103的瓷片電容并聯(lián)進行濾波處理。

穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓部分采用三端可調集成芯片LM317，LM317輸出電壓范圍為1.25V~37V時可提供超過1.5A的電流，輸出端與調整端固定1.25V的基準電壓，通過改變LM317的外部電阻即可方便的調整穩(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，交流電經(jīng)過整流、濾波變直流后，輸入到三端可調穩(wěn)壓模塊LM317，輸出得到穩(wěn)定的電壓，為后面的過流、過壓電路模塊提供工作電壓，同時得到比較電壓，為過壓、過流控制提供基準比較電壓。

在本文介紹的電源電路中，采用2級LM317雙重穩(wěn)壓保護，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導通通，R3和R5并聯(lián)，合理設置電阻R3、R4、R5、R7、R8的值，使其滿足

這樣，當U1或U2出現(xiàn)故障短路（只要有一個LM317還能正常工作）時，電源仍可以繼續(xù)輸出穩(wěn)定的12V電壓，實現(xiàn)了兩級穩(wěn)壓保護。

過流保護電路介紹

通過電阻分壓取樣，采用高靈敏電壓比較器LM393組成兩級過流保護電路，如圖5所示，為第二級過流保護電路，當本安輸出端短路或輸出電流大于預定值時，一方面通過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的調整管腳（第一腳）處，當本安輸出過流時，U3輸出低電平，使電阻R8對地短路，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，故此時電路形成保護。

同理，使用同樣的過流保護電路對穩(wěn)壓芯片U1進行保護，使電路形成兩級過流保護。同時在本安輸出端使用兩個相同的12V穩(wěn)壓管D1、D2雙重穩(wěn)壓保護，防止輸出端電壓意外增大。

測試

任意抽取一塊電源進行測試，測得輸出電壓11.9V，過流保護動作值1.2A，短路電流穩(wěn)定在23mA，達到了GB3836.4-2010關于本安的要求。接上負載使電源連續(xù)工作72小時后再測試，電源參數(shù)仍滿足要求，在實際設計中可以通過調整分壓電阻R9、R10的大小來改變電源的過流保護動作值的大小。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。

結束語

本文介紹了一種礦用本質安全型電源，該電源已取得煤礦安標證，廣泛應用于煤礦井下的各類設備的供電，經(jīng)過長期的使用，電源性能可靠、工作穩(wěn)定。事實上該電源不僅可以應用于煤礦井下，還可以用于石油、化工等含有易燃易爆氣體的環(huán)境中。