本电路设计适用于各种需要提供本质安全型电源的井下仪器、仪表或设备。该设计具有备用电源功能, 能在交流电停电的情况下, 可持续为设备提供两小时以上的供电, 同时该设计具备两路断电输出, 能执行其他设备发来的断电指令, 参与煤矿相关设备的控制。
一、电路设计原理框图
井下交流电经过变压器降压, 然后进入AC转DC模块, 得到19V直流电, 19V的直流到分别进入DC转DC模块, 得到本安12V和18V电源输出, 供外部用电设备使用。同时利用充电电路可以给12V的充电电池充电, 保证在断电的情况下, 可以利用电池保持两小时的不间断供电。
二、本安输出电路分析
如图2所示, DC1输出的19V电压加到由U1、U2和Q1、Q2组成的两级过压过流保护本安电路后, 输出12V。Z1、Z2、U1B和N1构成过压保护电路, U1B是电压比较器, Z1和Z2使U1B第6脚电位维持在5V左右, 而U1B第5脚电压着随着DC1的输出而变化, 如若DC1输出的电压过高, 经R3、R4分压后U1B的第5脚高于第6脚, U1B输出高电平, Q1截止, 此时无输出, 起到了过压保护的作用。调整R3、R4的比值可以调整过压保护的电压动作值。Rt1是热敏电阻, 紧靠调整管Q1, 若Q1过热, Rt1阻值下降, U1B第6脚电压将降低, 当第6脚电压低于第5脚时, Q1截止, 从而保护Q1不会被过热击穿, 达到温度保护的作用;
Rx1、Z3和U1A构成过流保护, U1A同样是电压比较器, 当电路空载, Rx1无电流流过时, U1A第3脚电压经Z3钳位和R9、R10分压后将低于U1A的第2脚电压, 此时U1A输出为低电平, Q1导通, 电路输出12V;随着负载的加大, 流经Rx1的电流也加大, Rx1两端的电压差也增大, U1A第3脚和第2脚的电压差就会减小。如果负载超过电路的设定值, U1A第3脚的电压就会高于第2脚, 此时U1A输出高电平, Q1截止, 电路无输出, 达到电流保护的作用。电路输出电流的大小是靠调整R9、R10的比值来实现的, 调整R9、R10的比值就可以调整电路的最大输出电流。当然, 调整Rx1的阻值也可以达到同样的目的。18V本安输出电路由同样的电路组成, 由于18V本安电路是由同样的电路组成, 故不再分析。
三、电池充电电路分析
如图3所示, 本电路输出13.8V/1A, 用以给12V电池进行充电。电路主要由IC1 (UC3842) 、Q1和U1A构成。IC1是PWM芯片, 其第7脚输出的脉冲信号用以控制开关管Q1, 脉冲的宽度受4脚电压控制, 而其4脚的电压又是从Q1的输出端经R2、R3分压后得来的, 所以通过调整R2、R3的比值就可以调整输出电压。R8、Z1、U1A和N1构成过流保护, 原理与上节本安电路的过流保护原理相同, 不再重复叙述。
摘要：为了保障煤矿井下生产安全, 需要安装众多传感器用于监测井下工况环境, 出于井下安全生产目的和相关煤矿安全规程的要求, 煤矿井下传感器的用电电压一般为12V或者18V, 这就要求井下有设备能提供上述电压的设备, 同时还应该具备不间断供电的能力, 保证井下的传感器能够不间断工作。
关键词：安全电源,煤矿供电,本质安全
参考文献
[1] 徐磊, 周孟然, 赵祥.煤矿实用本安电源设计[J].煤矿机械, 2012, 33 (3) :144-145.
[2] 徐倩楠, 李良光, 朱忠鹏.矿用本安电源的设计[J].煤矿机械, 2014, 35 (2) :129-131.