矿用本安电源的设计与实现

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。     

一种矿用本安型设备电源电路设计

针对矿用本安型设备启动时会有瞬间大电流的问题,设计了一种基于LED驱动芯片AL8805与BUCK芯片TPS54302的矿用本安型设备电源电路。详细介绍了电源电路中抗干扰电路、限流与软启动电路的设计以及本安处理方案。通过对设计的电源电路测试,表明该电源电路具有外围电路简单、输出电压稳定、抗干扰能力强、效率高、纹波噪声小、软启动时间可调等优点。     

本安电源过压、过流保护次序选择研究

过压-过流保护和过流-过压保护是本安电源过压、过流保护次序的2种形式,为研究不同的保护次序形式对本安电源安全性能的影响,建立了本安电源火花放电等效模型,确定了影响保护次序选择的本质安全性能因素。在发生过压、过流或同时发生过压与过流3种情况下,分别比较研究了2种保护次序的保护电路的性能,研究结果表明,在本安电源的设计中,过压、过流保护次序的选择并不是随机任意的,而是有原则可循的:过压保护电路的类型决定了本安电源过压、过流保护次序的选择,在设计中,首先要判断过压保护电路的类型,如果过压保护电路的类型是短路型,本安电源保护电路应设计成过流-过压的保护次序,否则应设计成过压-过流保护次序,过压-过流保护次序的保护电路截止关断时间更短,其保护效果更好,本安电源的安全性能更高。     

基于PIC控制器的矿用自恢复本安充电电源的研究

针对矿用泄漏通信、胶带监控系统对本安电源短路保护、故障排除自恢复和智能充电等功能的需求,介绍了一种基于PIC控制器的自恢复智能本安充电电源。该电源将模拟电路的快速、稳定特点与数字电路的智能性相结合,采用模拟电路实现负载的闭环过载保护、短路保护及故障消除自恢复功能;采用数字控制电路实现故障记忆、供电寿命提示、智能充放电功能。试验结果表明,该电源性能完善、满足煤矿环境要求。     

多重保护本安电源测试装置

针对现有本安电源测试方法存在操作不便、流程复杂、准确率低等问题,设计了一种多重保护本安电源测试装置。该装置由自适应电压模块、自适应电流模块、控制模块等核心部件组成,具有测试12、18、24V电源等多种本安电源及本安电源模块的功能。测试本安电压时,自适应电压模块向被测本安电源加载额定电压值的输入电源,被测本安电源输出端空载,控制模块控制自适应电压模块的输出电压值,并监控本级本安保护电路的输出电压值是否正常,从而实现本级本安电压的测试;测试本安电流时,自适应电压模块向被测本安电源加载额定电压值的输入电源,自适应电流模块加载于被测本安电源输出端,控制模块控制自适应电流模块的负载电流值,并监控本级保护电路的输出电压值是否正常,从而实现本级本安电流的测试;控制模块可控制多重保护电路测试之间的切换。测试结果表明,该装置能自动识别不同电压等级的本安电源,自动加载不同电源负载,可自动预警及准确分析本安电源的性能状态,实现了本安电源测试的自动化及智能化。     

一种新型矿用本质安全型电源设计

根据煤矿井下常用的隔爆兼本安电源的功能要求,参照Exib I本安防爆的基本标准、本安电源的工作原理和系统构成的基本要求,利用浪涌抑制器芯片LT4356作为过压过流保护器件,采用双重过压过流保护电路,设计了一种具有自动恢复功能、欠压馈电检测功能、电源输出为双路18V/1A的本安电源。在实际使用中,它具有输出可靠、带负载能力强、体积小、装配调试简单、安装方便等优点。     

矿用隔爆兼本质安全型不间断直流稳压电源的设计

基于本质安全型电源的原理及特点,提出了一种矿用隔爆兼本质安全型不间断直流稳压电源的设计方案,详细介绍了该电源主要电路的设计。该电源采用LM317可调稳压芯片实现稳压功能,具有使用方便、电路简单、变换效率高、成本低等优点。测试结果表明,该电源达到了本安标准,满足了安全型电气设备的需求。     

矿用本质安全型远程中继电源设计

为满足井下超长工作面传感器的远距离传输需求,设计了矿用本质安全型远程中继电源。在本安电源与传感器之间并联一级输出为24V的矿用本质安全型远程中继电源,可补偿单级24V本安电源在供电电缆上产生的压差,从而延长本安电源的供电距离。测试结果表明,该中继电源可使24V本安电源的供电距离延长至少2km,且具有启动电流小、输出电压稳定、性价比高等优点。     

基于故障电流变化率的大功率本安电源设计

针对现有本安电源存在的输出功率小、保护效果差、动态响应速度慢等问题,设计了一种基于故障电流变化率的大功率本安电源。将本安电源等效为电势电容(EC)电路,分析了EC电路短路故障特性:短路初始阶段火花放电电流迅速上升,电流变化率会发生突变。通过检测短路故障后电路中故障电流变化率的值,可以提前预知故障状态,在故障电流达到传统电流保护方法所设置的保护阈值之前便触发保护功能,并在短路故障的初始阶段切断输出回路,提高本安电源的输出功率。大功率本安电源包括开关电源和本安保护电路2个部分:开关电源采用反激变换结构,其控制电路以UC3842为核心,反馈电路以光耦与三端稳压器TL431为核心;本安保护电路基于故障电流变化率来限制火花放电的能量,主要包括故障检测电路、比较电路、自恢复电路、软启动电路、驱动电路。本安电源样机性能测试结果表明,交流输入电压在90~265 V波动时,本安电源功率因数不小于0.96,输出直流电压纹波在20 mV以内,电源效率在85%以上。短路实验结果表明,本安电源在发生短路故障后的瞬态输出能量为65μJ,满足设计要求。     

矿用本质安全型电源设计分析

针对本质安全型电源必须要有多重过流、过压保护的要求,介绍了一种基于LM317稳压器的矿用本质安全型电源电路工作原理,分析了该电路中熔断器、滤波电容、稳压器的设计要求,详细介绍了过流及短路保护电路和过压保护电路的参数计算方法。该电源电路中的过流及过压双重保护设计可为技术人员设计合理、可靠的本质安全型电源提供参考。     

矿用本质安全电源的基本要求和设计方法

结合新版国家标准GB3836.4—2010和安标国家矿用产品安全标志中心的相关要求,分析了矿用本质安全电源的技术性能,即电气隔离方法和限能电路的保护方式;根据矿用本质安全电源的技术指标,介绍了矿用本质安全电源的主要放电形式和设计要点,指出在设计本质安全电源时,需考虑最大输出电压、最大输出电流、最大外部电容、最大外部电感四个本质安全输出参数之间的关系,为了达到最大输出功率,可以尽量选择较低的最大输出电压。该文对矿用本质安全电源的设计有一定的参考价值。     

一种新型矿用本质安全型电源的设计

针对目前煤矿井下多输入电压等级本质安全型电源的笨重和单输入电压等级本质安全型电源的局限性问题,提出了一种新型本质安全型电源的设计方案。该新型本质安全型电源采用R型隔离变压器,体积小;采用高性能的DC/DC开关转换电源,提高了本质安全型电源的转换效率,且减小了输出纹波噪声;同时采用由过流检测芯片、单稳态触发芯片、大功率三极管等组成的双重化过流和过压保护电路,提高了本质安全型电源的可靠性。     

一种矿用本质安全型设备软启动电路的设计

针对矿用设备启动时产生的瞬间大电流易导致供电电源截止、进而导致设备启动异常的问题,介绍了一种由简单元件组成的矿用本质安全型设备软启动电路的设计;给出了该电路原理,分析了该电路的软启动性能、限流特性、延时特性和欠压断电特性。试验结果验证了该电路的有效性和可靠性。     

一种矿用本安型负载设备高可靠电源电路的设计

提出了一种基于BUCK开关电源控制芯片LM22671的矿用本安型负载设备高可靠电源电路的设计方案,详细介绍了该电路中输入抗浪涌与本安化处理部分、软启动电路、本安型BUCK开关电源的硬件设计及工作原理,给出了电路中关键元器件参数的优化方法及实验数据。当BUCK开关电源的电感值不小于47μH时,开关频率保持在500kHz且不会出现频率交叉,纹波电压基本保持在10mV且不会突然增大,开关电源关键负载点的测试效率均不低于80%,电源电路的最大短路电流、最大容性负载、最大感性负载均符合GB3836.4—2010的本安要求。该电源电路已通过火花试验和I级抗浪涌试验,证实该电路具有较高的可靠性。     

矿用本安电源开关变换器滤波电容消解方案

针对矿用本安电源因开关变换器滤波电容较大而导致输出电压纹波较大、本安性能较差等问题,提出采用有源电容技术消解本安电源开关变换器滤波电容的方案,对有源电容的工作原理、控制策略和数学模型进行了分析.有源电容技术通过控制内部全桥变换器,将直流母线瞬时功率差转移给非直流母线电容进行能量平衡,从而实现直流母线滤波电容容量消解.以基于Buck变换器的电源为例,介绍了有源电容技术在矿用本安电源中的应用,并通过仿真和试验验证了采用有源电容技术可以较小的电容达到输出本安要求.     

矿用宽电压自适应防爆本质安全型电源设计

针对煤矿井下供电电源输入电压等级多、用电设备易受到大型设备启停影响的特点,提出了宽电压自适应防爆本质安全型电源设计方案。该电源采用智能移相调压技术和宽电压开关电源技术,通过单片机实现了85～825V宽输入电压的自动高低压段识别、自动切换、智能移相调压处理;通过脉宽调制方式将波动的电压转换为稳定的直流电压。实验结果表明,该方案很好地解决了矿井电源多电压等级、输入电压波动范围大的问题。     

数字控制技术在本质安全型开关电源中的应用

针对部分本质安全型开关电源产品在实际应用中存在输出功率小、工作频率低、输出纹波较大、故障率高等问题,提出了一种基于数字控制芯片DSPIC30F1010/2020的本质安全型开关电源的设计方案,给出了该开关电源的总体结构,重点介绍了该开关电源的硬件电路及其数字控制器的软件设计。通过理论分析、整体设计、仿真、实际电路的调试及安全火花试验,验证了数字控制技术在本质安全型开关电源中应用的可行性。     

煤矿井下供电系统的区域选择性联锁保护的设计

针对煤矿井下供电系统存在的越级跳闸问题,提出了一种新型的区域选择性联锁保护方案。该方案在现有的矿用开关上装一个智能控制模块,该智能控制模块与现有的保护装置的速断保护配合工作,实现了区域选择性联锁保护功能。试验结果表明,该方案成本低、可靠性高、安装方便,具有一定的实用性。