一種提高容性負載啟動能力的本質(zhì)安全電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種能夠提供容性負載啟動能力的本質(zhì)安全電路。涉及專利分類號H02發(fā)電、變電或配電H02H緊急保護電路裝置H02H3/00對正常電工作不希望有的變化直接響應(yīng)的自動斷開緊急保護電路裝置，有或無事后再連接H02H3/26對電壓差或電流差響應(yīng)的；對電壓之間或電流之間的相位差響應(yīng)的H02H3/32包括對在單一系統(tǒng)的不同導線上相應(yīng)點上的電壓值或電流值進行比較的，例如比較往返導線中的電流。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的礦用本安電源的本安電路部分多采用線性穩(wěn)壓輸出方式，通過恒流輸出作為抑制火花放電的主要手段，當短路瞬間，電流迅速增大，最終被限定到恒流最大值，當負載電流繼續(xù)增大時，由于調(diào)整管兩端壓差較大，調(diào)整管的功耗會顯著增加，熱穩(wěn)定性不好，導致調(diào)整管發(fā)熱燒壞，而采用開關(guān)式穩(wěn)壓輸出本質(zhì)安全型電路，由于電路輸出端的容性和感性較大，只能通過快速關(guān)斷調(diào)整管抑制火花放電，短路時瞬間釋放的能量較大，檢測電流超過閾值進行快速關(guān)斷，然而在給具有容性的負載供電瞬間，經(jīng)常會迅速的達到過流保護點，導致過流保護動作，帶載能力不強。
[0003]目前，基于線性穩(wěn)壓輸出的本質(zhì)安全型電路效率低，大負載供電時，由于輸入端與輸出端壓差較大，調(diào)整管功耗較高，發(fā)熱量高，即使增加體積較大的散熱片，熱穩(wěn)定性仍然不好，而基于開關(guān)穩(wěn)壓輸出的本質(zhì)安全型電路效率高，不發(fā)熱，體積小，但帶載能力極差，尤其是容性負載啟動過程中，瞬間大電流沖擊會導致過流保護，導致負載無法啟動。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的本質(zhì)安全電路容性負載啟動過程中，負載在啟動的瞬間會產(chǎn)生大電流沖擊，導致過流保護，而不斷的過流保護機制會導致負載無法啟動的問題，研制的一種提尚容性負載啟動能力的本質(zhì)安全電路，具有:
[0005]與主供電通路連接、提供穩(wěn)壓直流輸出的開關(guān)穩(wěn)壓電路；與該穩(wěn)壓輸出電路連接的調(diào)整管控制電路，該電路中調(diào)整管的輸出為最終的電路輸出；與調(diào)整管控制電路連接的過流過壓保護電路，該保護電路實時監(jiān)測電路的過壓輸出以及短路和過流輸出并作出調(diào)整；與所述過流過壓保護電路連接的計數(shù)單元；與所述計時單元連接的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，該觸發(fā)電路與所述的調(diào)整管控制電路連接；當所述的過流過壓保護電路檢測到電路輸出發(fā)生過流或短路時，控制所述的計數(shù)單元開始計數(shù)；當計數(shù)單元達到閾值時，所述的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路進行暫穩(wěn)態(tài)輸出狀態(tài)，控制與其連接的調(diào)整管控制電路關(guān)斷輸出；當所述的過流過壓保護電路檢測到短路或過流恢復時，無效計數(shù)單元的計數(shù)信號；所述的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路變?yōu)榉€(wěn)態(tài)狀態(tài)，所述的調(diào)整管輸出電路輸出正常。針對容性負載啟動和短路兩種引起過流的原因，設(shè)定了時間閾值，當超過時間閾值時，即可認定斷路發(fā)生，即刻關(guān)斷電路；當沒有超過時間閾值時，電路不關(guān)斷，防止容性負載啟動引起的過流重復觸發(fā)過流保護機制，造成電源始終不能正常啟動。
[0006]作為一個較佳的實施方式，所述的過流過壓保護電路包括一與所述調(diào)整管控制電路連接的比較器，該比較器采集所述調(diào)整管控制電路產(chǎn)生的過流信號的電平與基準信號電平進行比較，當檢測到過流信號時，向所述的計數(shù)單元輸出一清零計數(shù)信號，觸發(fā)所述計數(shù)單元開始計數(shù)；當檢測到過流信號消失時，向所述的計數(shù)單元發(fā)出停止計數(shù)信號。
[0007]更進一步的，作為本質(zhì)安全電路在考慮過流和短路同時，也需要應(yīng)對調(diào)整管控制電路可能出現(xiàn)過壓的情況，故優(yōu)選的，所述的過流過壓保護電路采集所述調(diào)整管控制電路過壓信號的電平與基準信號電平進行比較；檢測出過壓信號時，控制所述的調(diào)整管控制電路關(guān)斷輸出。
[0008]作為一個較佳的實施方式，所述的調(diào)整管控制電路的核心元器件包括一與所述的過流過壓保護電路連接的PMOS管I，電路正常輸出時，該PMCS管I為導通狀態(tài)；當電路過壓或過流(短路)時，受所述過流過壓保護電路(過壓狀態(tài))或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路(過流或短路狀態(tài))的輸出狀態(tài)控制，PMOS管I的柵極電壓和源極電壓相等，MOS管關(guān)閉輸出，即關(guān)斷電路的輸出。選擇PMOS作為核心元器件的調(diào)整管控制電路，相較于現(xiàn)有技術(shù)通常采用的負載開關(guān)可以有更寬的電壓選擇范圍，尤其是高電壓時，沒有合適的負載開關(guān)對應(yīng)；相對與繼電器開關(guān)具有響應(yīng)速度快的優(yōu)勢。
[0009]作為一個較佳的實施方式，所述的計數(shù)單元包括一在輸出端持續(xù)發(fā)出脈沖波的脈沖發(fā)生電路和一與該發(fā)生電路連接的脈沖計數(shù)電路，所述的連續(xù)脈沖波為該計數(shù)電路的輸入信號；由所述的過流過壓保護電路輸出的清零計數(shù)輸入信號作為計數(shù)電路清零計數(shù)端的控制信號；若控制信號有效，則所述的脈沖計數(shù)電路開始計數(shù)；若控制信號無效，則所述的脈沖計數(shù)電路停止計數(shù)。采用這兩種方式可以有效的解決初次上電可靠性的問題。
[0010]更進一步的，考慮到電路的某些使用環(huán)境，比如煤礦等通常要求安全電路在工作過程中不產(chǎn)生火花，故在所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路和調(diào)整管控制電路之間設(shè)有一火花抑制電路，作為一個較佳的實施方式，該電路包括一 PMOS管II，該PMOS管II的源極連接有一限制電流的電阻，在該電阻的兩端并聯(lián)有2個三極管；
[0011]當容性負載瞬間啟動或發(fā)生短路時，電阻R2兩端的電壓會迅速大于兩個所述三極管的門限電壓，兩個三極管瞬間導通，使得PMOS管IQ2截止，電路被關(guān)斷，此時輸出電流迅速下降，當電阻兩端電壓恢復到低于三極管導通門限值時，PMOS管IQ2繼續(xù)導通，重復上述過程，直到電路過流情況消除。
[0012]作為一個較佳的實施方式，所述的過流過壓保護電路為雙重過流過壓保護電路。
[0013]由于采用了上述計數(shù)方案，本實用新型提供的一種提高容性負載啟動能力的本質(zhì)安全電路，通過設(shè)置雙重過流過壓保護電路，計數(shù)單元和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，顯著提高了容性負載的啟動能力，特別是對遠距離供電的大容性負載啟動時性能優(yōu)越，且具備極高的可靠性，采用過流關(guān)斷方式使得產(chǎn)品熱穩(wěn)定性進一步加強，效率提高，同時大大縮小了電路的體積，降低了成本。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚的說明本實用新型的實施例或現(xiàn)有計數(shù)的計數(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有計數(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通計數(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本實用新型的系統(tǒng)模塊圖
[0016]圖2為本實用新型開關(guān)穩(wěn)壓電路圖
[0017]圖3為本實用新型火花抑制電路圖
[0018]圖4為本實用新型調(diào)整管控制電路圖
[0019]圖5為本實用新型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路電路圖
[0020]圖6為本實用新型脈沖發(fā)生電路電路圖
[0021]圖7為脈沖計數(shù)電路的電路圖
[0022]圖8為雙重過流過壓保護電路電路圖
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型的實施例的目的、計數(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的計數(shù)方案進行清楚完整的描述:
[0024]實施例1，如圖1所述的一種提供容性負載啟動能力的本質(zhì)安全電路，主要包括:開關(guān)穩(wěn)壓電路、火花抑制電路、作為電路最終輸出的調(diào)整管控制電路、實時監(jiān)測調(diào)整管控制電路過流或過壓輸出的雙重過流過壓保護電路、脈沖計數(shù)電路、脈沖發(fā)生電路和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。
[0025]當所述的過流過壓保護電路檢測到電路輸出發(fā)生過流或短路時，控制所述的計數(shù)單元開始計數(shù)；當計數(shù)單元達到閾值時，所述的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路進行暫穩(wěn)態(tài)輸出狀態(tài)，控制與其連接的調(diào)整管控制電路關(guān)斷輸出。
[0026]當所述的過流過壓保護電路檢測到短路或過流時，雙重過流過壓保護電路的過流檢測部分控制脈沖計數(shù)電路有效，使得脈沖計數(shù)電路立即對脈沖發(fā)生電路的脈沖信號進行計數(shù)，達到預定的值后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)輸出狀態(tài)，控制調(diào)整管控制電路關(guān)斷輸出，而當檢測到短路或過流恢復時，雙重過流過壓保護電路的過流檢測部分控制脈沖計數(shù)電路無效，使得脈沖計數(shù)電路停止對脈沖發(fā)生電路的脈沖信號進行計數(shù)，這樣，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路仍然處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，使得發(fā)生短路故障消除時可以自恢復，瞬間啟動大容性負載或者遠距離供電時，不會因為瞬間的大電流輸出達到過流檢測點，不至于誤動作關(guān)斷輸出，有效提高啟動大容性負載能力，并具有高可靠性。當所述的過流過壓保護電路監(jiān)測到電路輸出發(fā)生過壓時，直接控制所述的調(diào)整管控制電路關(guān)斷輸出。
[0027]所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路如圖2所示:包括芯片U2，該芯片的第4引腳輸出(VO)作為火花抑制電路的輸入。該電路用于提供穩(wěn)壓輸出，可優(yōu)選，降壓模塊LM2596降壓模塊，可降壓輸出設(shè)定的電壓，在本實施例中，設(shè)定該降壓模塊將26-37V的電壓降至設(shè)定的24V輸出。
[0028]或選擇升降壓模塊MC34063提供更大的輸入電壓范圍，在本實施例中將5-40V的電壓變?yōu)樵O(shè)定的24V輸出。
[0029]也可選擇專用的穩(wěn)壓電源模塊ZB15，輸入范圍為18-36V，輸出設(shè)定的24V電壓。
[0030]所述的火花抑制電路的核心為一 PMOS管Q2，該PMOS管Q2的源極通過一電阻R2與所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路連接，PMOS管Q2的柵極接地，漏極作為火花抑制電路的輸出端，如圖3所示VP0三極管Q5的基極和發(fā)射極之間接有所屬電阻R2，所述三極管Q5的集電極通過電阻Rll接地，三極管Q6與所述三極管Q5并聯(lián)。
[0031]PMOS管Q2在首次上電或正常情況處于導通狀態(tài)時，R2用于限制電流，當容性負載瞬間啟動或發(fā)生短路時，電阻R2兩端的電壓會迅速大于三極管Q5和三極管Q6的門限電壓，三極管Q5和三極管Q6瞬間導通，使得PMOS管IQ2截止，電路被關(guān)斷，此時輸出電流迅速下降，當電阻R2兩端電壓恢復到低于三極管Q5和三極