阅读说明：本技术 本安型供电电路及本安型通信网络设备 (Intrinsic safety type power supply circuit and intrinsic safety type communication network equipment ) 是由 熊伟 李耀军 张剑 钱小涛 李文成 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种本安型供电电路及本安型通信网络设备,本安型供电电路包括：本安型电源处理电路；多路DC-DC电路,多路DC-DC电路的输入端分别与本安型电源处理电路的输出端连接；次级电压保护电路,次级电压保护电路与多路DC-DC电路连接,次级电压保护电路用于在检测到多路DC-DC电路任意一路输出的电压过压时,输出触发信号；本安型电源处理电路,还用于在接收到触发信号时,停止电源输出。本发明有利于提高本安型供电电路的稳定性和安全性。(The invention discloses an intrinsic safety type power supply circuit and intrinsic safety type communication network equipment, the intrinsic safety type power supply circuit includes: an intrinsic safety type power supply processing circuit; the input ends of the multi-path DC-DC circuit are respectively connected with the output end of the intrinsic safety type power supply processing circuit; the secondary voltage protection circuit is connected with the multi-path DC-DC circuit and is used for outputting a trigger signal when detecting that the voltage output by any one path of the multi-path DC-DC circuit is overvoltage; the intrinsic safety type power supply processing circuit is also used for stopping power supply output when receiving the trigger signal. The invention is beneficial to improving the stability and the safety of the intrinsic safety type power supply circuit.)

本安型供电电路及本安型通信网络设备

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种本安型供电电路及本安型通信网络设备。

背景技术

在煤炭或矿井等特殊行业，对产品中安规性能要求较高，整个产品在任何情况下都不可以有因高温或火花从而产生点燃风险。当DC-DC电路对地短路，或输出电压不同的两个或者多个DC-DC电路之间短路，而超过其负载的耐压值时，则容易损坏负载，例如芯片或其它器件从而产生高温甚至火花，产品的安全性将较弱。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种本安型供电电路及本安型通信网络设备，旨在提高本安型供电电路的稳定性和安全性。

为实现上述目的，本发明提出一种本安型供电电路，所述本安型供电电路包括：

本安型电源处理电路；

多路DC-DC电路，多路所述DC-DC电路的输入端分别与所述本安型电源处理电路的输出端连接；

次级电压保护电路，所述次级电压保护电路与多路所述DC-DC电路连接，所述次级电压保护电路用于在检测到多路所述DC-DC电路任意一路输出的电压过压时，输出触发信号；

所述本安型电源处理电路，还用于在接收到所述触发信号时，停止电源输出。

可选地，所述次级电压保护电路包括：

次级电压检测控制电路，其检测端与多路所述DC-DC电路连接，所述次级电压检测控制电路用于在检测到多路所述DC-DC电路任意一路输出的电压过压时，输出触发控制信号；

过压保护触发电路，其受控端与所述次级电压检测控制电路的控制端连接；所述过压保护触发电路，用于在接收到所述触发控制信号时，断开所述本安型电源处理电路的电压输出，并输出触发信号，以触发所述本安型电源处理电路停止电源输出。

可选地，所述次级电压检测控制电路包括多路次级电压检测控制支路，每一所述次级电压检测控制支路与一路所述DC-DC电路的输出端连接。

可选地，每一所述次级电压检测控制支路包括电压检测电路及开关控制器，所述电压检测电路的检测端与对应的所述DC-DC电路的输出端连接，所述电压检测电路的输出端与所述开关控制器的电压反馈端连接；所述开关控制器的控制端与所述过压保护触发电路的受控端连接；

所述电压检测电路，用于检测所述DC-DC电路输出的电压，并输出电压检测信号；

所述开关控制器，用于根据所述电压检测信号对应的电压值与预设电压阈值确定所述DC-DC电路输出的电压过压时，触发所述过压保护触发电路断开所述本安型电源处理电路的电压输出。

可选地，所述电压检测电路包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的第一端为所述电压检测电路的检测端，所述第一电阻经所述第二电阻接地，所述第一电阻及第二电阻的公共端为所述电压检测电路的输出端。

可选地，所述过压保护触发电路包括开关电路、稳压二极管及晶闸管，所述开关电路的受控端为所述过压保护触发电路的受控端，所述开关电路的输入端与所述本安型电源处理电路的输出端和所述晶闸管的阳极互连，所述开关电路的输出端与所述稳压二极管的阴极连接；所述稳压二极管的阳极接地，并与所述晶闸管的控制极连接；所述晶闸管的阴极接地。

可选地，所述过压保护触发电路还包括下拉电阻及限流电阻，所述限流电阻的第一端与所稳压二极管及所述下拉电阻的第一端互连，所述限流电阻的第二端与所述晶闸管的控制极连接；所述下拉电阻的第二端接地。

可选地，所述开关电路包括三极管、MOS管、光耦及继电器中的任意一种或多种组合。

可选地，所述本安型供电电路还包括初级电压保护电路，所述初级电压保护电路的检测端和输入端与所述本安型电源处理电路的输出端连接，所述初级电压保护电路的输出端接地；

所述初级电压保护电路，用于检测所述本安型电源处理电路的输出电压，并在检测到所述本安型电源处理电路的输出电压过压时，断开所述本安型电源处理电路的电压输出，并触发所述本安型电源处理电路停止电源输出。

本发明还提出一种本安型通信网络设备，包括交换芯片及如上述的本安型供电电路；

所述本安型供电电路与所述交换芯片的多路电源输入端连接。

本发明本安型供电电路通过设置本安型电源处理电路、多路DC-DC电路及次级电压保护电路，其中次级电压保护电路与多路所述DC-DC电路连接，次级电压保护电路在检测到多路所述DC-DC电路任意一路输出的电压过压时，输出触发信号，以使本安型电源处理电路在接收到所述触发信号时，停止电源输出，实现次级电压过压保护。本发明可以避免芯片或器件超过其最大耐压，或者电压对地短路或高低电压之间短路而出现过压的问题发生。有利于提高本安型供电电路的稳定性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明本安型供电电路一实施例功能模块示意图；

图2为本发明本安型供电电路另一实施例功能模块示意图；

图3为本发明本安型供电电路一实施例电路示意图；

图4为本发明本安型供电电路另一实施例电路示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	本安型电源处理电路	31	次级电压检测控制电路
20	DC-DC电路	32	过压保护触发电路
				30	次级电压保护电路	40	初级电压保护电路

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明提出一种本安型供电电路。

参照图1至图4，在本发明一实施例中，该本安型供电电路包括：

本安型电源处理电路10；

多路DC-DC电路20，多路所述DC-DC电路20的输入端分别与所述本安型电源处理电路10的输出端V-out连接；

次级电压保护电路30，所述次级电压保护电路30与多路所述DC-DC电路20连接，所述次级电压保护电路30用于在检测到多路所述DC-DC电路20任意一路输出的电压过压时，输出触发信号；

所述本安型电源处理电路10，还用于在接收到所述触发信号时，停止电源输出。

本实施例中，本安型电源处理电路10可以是电源控制器或者本安电源(本安即本质安全。通过限制电气回路中的能量并配合电气设备的结构设计，使得在正常和事故情况下回路中都不可能产生或满足点燃源要求的条件)。本安型电源处理电路10内可以设置有与外界电源相连接的输入保护安规电路、隔离变压器、整流模块、电池、电池开关、电池管理单元，其中，输入保护安规电路输入端连接外接电源，输出端连接隔离变压器，隔离变压器的输出端连接整流模块输入端，整流模块的输出端连接电开关。当然在其他实施例中，本安电源也可以包括电池模组、电池开关、电池管理单元等能够实现无线供电的移动电源。

多路DC-DC电路20可以是降压型DC-DC电路20，并且每一路DC-DC电路20可以输出相同的供电电压，例如5V。也可以根据负载的不同，每一路DC-DC电路20输出不同的供电电压，例如各个DC-DC电路20可以依次为输出3.3V的DC-DC电路20，输出5V的DC-DC电路20，输出1.1V的DC-DC电路20，输出0.9V的DC-DC电路20等。上述DC-DC电路20可以采用降压芯片及其外围电路来实现。DC-DC电路20可以是一级DC-DC降压，也可以是多级DC-DC降压，例如在一些需要较小的电压的负载中，还可以将一级DC-DC电路20输出的5V电压，再通过二级DC-DC电路20降压至1.1V或者0.9V，以适应不同的负载供电电压。

需要说明的是，在煤炭或矿井等特殊行业，对产品中安规性能要求较高，整个产品在任何情况下都不可以有因高温或火花从而产生点燃风险。当DC-DC电路20对地短路，或输出电压不同的两个或者多个DC-DC电路20之间短路，例如输出为1.1V的DC-DC电路20与输出为0.9V的DC-DC电路20的输出短接，使得输出为0.9V的DC-DC电路20的输出为1.1V，而超过其负载的耐压值时，则容易损坏负载，例如芯片或其它器件从而产生高温甚至火花。目前，本安型供电电路通常是在电源处理电路的输出端设置初级电压保护电路40，在检测到电源处理电路的输出端电压异常时，将电源处理电路的输出端导通至地。电源处理电路，例如电源控制器或本安电源检测到该路电压异常(电流变大超过预定的限流值)后关闭输出，从而实现过压保护。然而，初级电压保护电路40只能进行初级电压过压保护，也即对DC-DC电路20的输入端的电压进行过压保护，而对于次级电压过压时，却不能进行保护。

为了解决上述问题，本实施例的次级电压保护电路30的检测端可以设置在多路DC-DC电路20中的任意一路，例如输出较小电压(0.9V)，或者也可以设置在每一检测DC-DC电路20上，以检测到多路DC-DC电路20的各个电路电压输出。并且，次级电压保护电路30中还设置有预设电压保护阈值，该预设电压保护阈值可以根据DC-DC电路20输出电压大小进行相应的调整和设置。例如在次级电压保护电路30检测的是输出0.9V电压的DC-DC电路20上的电压时，该预设电压保护阈值可以设置为0.7～0.8V中的任意值。次级电压保护电路30在检测到多路DC-DC电路20中的任意一路上的电压超过其预设电压保护阈值时，输出触发信号。

可以理解的是，本安型电源处理电路10中还设置有控制器，例如电源控制器，电源控制器可以是TOPjx系列芯片，UC3844等，在电源控制器中，可以设置有电压限制功能。当次级电压出现过压情况时，次级电压保护电路30输出过压的触发信号至本安型电源处理电路10，从而触发电源控制器停止输出PWM信号，进而使本安型电源处理电路10停止电源输出。

本发明本安型供电电路通过设置本安型电源处理电路10、多路DC-DC电路20及次级电压保护电路30，其中次级电压保护电路30与多路所述DC-DC电路20连接，次级电压保护电路30在检测到多路所述DC-DC电路20任意一路输出的电压过压时，输出触发信号，以使本安型电源处理电路10在接收到所述触发信号时，停止电源输出，实现次级电压过压保护。本发明可以避免芯片或器件超过其最大耐压，或者电压对地短路或高低电压之间短路而出现过压的问题发生。有利于提高本安型供电电路的稳定性和安全性。

参照图1至图4，在一实施例中，所述次级电压保护电路30包括：

次级电压检测控制电路31，其检测端与多路所述DC-DC电路20连接，所述次级电压检测控制电路31用于在检测到多路所述DC-DC电路20任意一路输出的电压过压时，输出触发控制信号；

过压保护触发电路32，其受控端与所述次级电压检测控制电路31的控制端连接；所述过压保护触发电路32，用于在接收到所述触发控制信号时，断开所述本安型电源处理电路10的电压输出，并输出触发信号，以触发所述本安型电源处理电路10停止电源输出。

本实施例中，次级电压检测控制电路31用于检测到多路DC-DC电路20中的任意一路上的电压，并在检测到多路DC-DC电路20中的任意一路上的电压超过其预设电压保护阈值时，输出触发控制信号以控制过压保护触发电路32工作。过压保护触发电路32基于次级电压检测控制电路31的控制，并且过压保护触发电路32的输入端设置在本安型电源处理电路10的输出端V-out，过压保护触发电路32的输出端接地。当接收到次级电压检测控制电路31的触发控制信号时，过压保护触发电路32工作，并将电源处理电路的输出端导通至地，从而使电源处理电路检测到该路电压异常(电流变大超过预定的限流值)后关闭输出，从而实现过压保护。

参照图1至图4，在一实施例中，所述次级电压检测控制电路31包括多路次级电压检测控制支路(图未标示)，每一所述次级电压检测控制支路与一路所述DC-DC电路20的输出端连接。

本实施例中，次级电压检测控制支路的数量与DC-DC电路20的数量对应，每一条次级电压检测控制支路用于检测一个DC-DC电路20的输出电压，当检测到该DC-DC电路20的电压超过该路DC-DC电路20的预设电压保护阈值时，输出触发控制信号，以控制过压保护触发电路32工作。

参照图1至图4，在一实施例中，每一所述次级电压检测控制支路包括电压检测电路311及开关控制器U1，所述电压检测电路311的检测端与对应的所述DC-DC电路20的输出端连接，所述电压检测电路311的输出端与所述开关控制器U1的电压反馈端连接；所述开关控制器U1的控制端与所述过压保护触发电路32的受控端连接；

所述电压检测电路311，用于检测所述DC-DC电路20输出的电压，并输出电压检测信号；

所述开关控制器U1，用于根据所述电压检测信号对应的电压值与预设电压阈值确定所述DC-DC电路20输出的电压过压时，触发所述过压保护触发电路32断开所述本安型电源处理电路10的电压输出。

本实施例中，电压检测电路311可以采用第一电阻R1及第二电阻R2组成的分压检测电路来实现。其中，所述第一电阻R1的第一端为所述电压检测电路311的检测端，所述第一电阻R1经所述第二电阻R2接地，所述第一电阻R1及第二电阻R2的公共端为所述电压检测电路311的输出端。第一电阻R1及第二电阻R2用于串联分压以实现电压检测，根据分压原理，第一电阻R1及第二电阻R2的比值越大，第一电阻R1上所分得的电压也就越大。这样，就可以通过调节第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值来调节的输出至开关控制器U1的检测信号大小，以调节开关控制器U1对电压检测的灵敏度。

开关控制器U1可以采用单片机、DSP及FPGA等微处理器来实现，并且本领域的技术人员能够通过在开关控制器U1中集成一些硬件电路和软件程序或算法，来实现对电压检测信号的电压阈值进行设定，例如集成有比较器、ADC转换电路，以及滤波器等硬件电路，或者用于分析比较接收到的电压检测信号的软件算法程序。通过运行或执行存储在开关控制器U1内的软件程序和/或模块，并调用存储在存储器内的数据，以及集成在开关控制器U1内ADC转换电路将该模拟的电压检测信号转换为数字信号，并对该转换为数字信号的电压检测信号进行比较、分析等处理，以确定耳机DC-DC电路20输出的电压是否过压。

参照图1至图4，在一实施例中，所述过压保护触发电路32包括开关电路321、稳压二极管ZD1及晶闸管ZD2，所述开关电路321的受控端为所述过压保护触发电路32的受控端，所述开关电路321的输入端与所述本安型电源处理电路10的输出端V-out和所述晶闸管ZD2的阳极互连，所述开关电路321的输出端与所述稳压二极管ZD1的阴极连接；所述稳压二极管ZD1的阳极接地，并与所述晶闸管ZD2的控制极连接；所述晶闸管ZD2的阴极接地。

进一步地，所述过压保护触发电路32还包括下拉电阻R3及限流电阻R4，所述限流电阻R4的第一端与所稳压二极管ZD1及所述下拉电阻R3的第一端互连，所述限流电阻R4的第二端与所述晶闸管ZD2的控制极连接；所述下拉电阻R3的第二端接地。

本实施例中，所述开关电路321可以采用三极管、MOS管、光耦及继电器中的任意一种或多种组合来实现。开关电路321可以采用单个的三极管、MOS管、光耦及继电器的电子开关来实现，或者由上述电子开关组成的开关组电路来实现。过压保护触发电路32还包括电容C1，电容C1作为晶闸管ZD2控制级的滤波电容，减小外界干扰对晶闸管ZD2控制级的影响。

需要说明的是，通常芯片例如交换机芯片的供电电压较小，当采用晶闸管ZD2和稳压二极管ZD1来实现过压保护时，当某个电压低于稳压二极管ZD1额定电压或低于晶闸管ZD2控制级启动电压时，该电路即失效。而目前很多芯片需要的多路电压，因为其本身就低于稳压二极管ZD1的反向击穿电压，或者晶闸管ZD2控制级启动电压(目前市场上的晶闸管ZD2控制级启动电压最小为3V)，因此不适合采用稳压二极管ZD1和晶闸管ZD2来直接对次级电压进行保护。为此，本发明通过将次级电压检测控制支路设置在次级电压侧，过压保护触发电路32设置在初级电压侧，当次级电压检测控制支路检测到次级电压过压时，触发过压保护触发电路32对初级电压进行关断保护。同时本安型电源处理电路10检测到该路电压异常(电流变大超过预定的限流值)后关闭输出，从而实现保护。

本实施例以两路DC-DC电路20输出为例，对次级电压检测控制支路及过压保护触发电路32的工作原理进行说明，两路DC-DC电路20的输出端分别标记为V_A和V_B。具体地，电压检测电路311对两路DC-DC电路20的输出端V_A或V_B进行检测，并将电压检测信号输出至开关控制器U1。开关控制器U1将电压检测信号与存储的基准电压，也即预设电压阈值进行比较。正常状态下，两路DC-DC电路20的输出端V_A或V_B输出的电压均小于其对应的基准电压。开关控制器U1控制开关电路321保持非导通状态，此时稳压二极管ZD1不会被反向击穿，晶闸管ZD2控制级通过限流电阻R4及下拉电阻R3接至地，晶闸管ZD2处于关断状态。

异常状态下，两个DC-DC电路20的输出端中V_A或V_B对地短路，DC-DC电路20V_A和V_B之间短路时，电压较低者(假设为V_A)其电压值必然升高，当开关控制器U1检测到电压检测信号大于其对应的基准电压时，改变输出(例如进行信号翻转，在正常状态下输出高电平，在异常状态下输出低电平。反之，亦可实现)，使开关电路321处于导通状态，初级电压通过稳压二极管ZD1和下拉电阻R3施加到晶闸管ZD2控制极上，晶闸管ZD2导通，从而将初级电压输出到地，实现过压保护。此外，由于该路电压电流瞬间增大，本安电源处理电路对该路电压进行过流保护，并关断输出。

参照图1至图4，在一实施例中，所述本安型供电电路还包括初级电压保护电路40，所述初级电压保护电路40的检测端和输入端与所述本安型电源处理电路10的输出端V-out连接，所述初级电压保护电路40的输出端接地；

所述初级电压保护电路40，用于检测所述本安型电源处理电路10的输出电压，并在检测到所述本安型电源处理电路10的输出电压过压时，断开所述本安型电源处理电路10的电压输出，并触发所述本安型电源处理电路10停止电源输出。

本实施例中，初级电压保护电路40可以采用上述过压保护触发电路32来实现。也即稳压二极管ZD3及晶闸管ZD4，以及下拉电阻R3及限流电阻R4等元件组成的初级电压保护电路40来实现。具体地，稳压二极管ZD3的阴极接本安电源处理电路的输出端(初级电压的正极)，稳压二极管ZD3正极通过下拉电阻R5(千欧级别)接地；晶闸管ZD2阳极A接初级电压的正极，阴极K接地，控制极G通过一个限流电阻R6接稳压二极管ZD3正极，初级电压保护电路40还包括电容C2，电容C2作为晶闸管ZD4控制级的滤波电容，减小外界干扰对晶闸管ZD4控制级的影响。正常工作时因稳压二极管ZD3耐压稍高于正常电压，稳压二极管ZD3不会工作，晶闸管ZD4G极通过限流电阻R6及下拉电阻R5接到地，晶闸管ZD4不会导通。当本安电源处理电路的输出端电压异常，且超过稳压二极管ZD3耐压值时，稳压二极管ZD3导通。本安型电源处理电路10输出端的电源电压通过稳压二极管ZD3和下拉电阻R5驱动晶闸管ZD4控制极G，晶闸管ZD4打开，电压通过晶闸管ZD4导通至地。本安型电源处理电路10检测到该路电压异常(电流变大超过预定的限流值)后关闭输出，从而实现保护。

本发明还提出一种本安型通信网络设备，包括交换芯片100及如上所述的本安型供电电路；

所述本安型供电电路与所述交换芯片100的多路电源输入端连接。

该本安型供电电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明本安型通信网络设备中使用了上述本安型供电电路，因此，本发明本安型通信网络设备的实施例包括上述本安型供电电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

本实施例中，本安型通信网络设备可以是交换机，尤其可以应用于煤炭或矿井等安规要求较高的特种行业的通信网络设备。

随着芯片技术和制作工艺的迅猛发展，交换芯片100集成度越来越高，芯片功能越来越强大；伴随而来的是芯片的供电电压由原来的一个或两个迅猛增加为三个甚至更多，芯片供电电压越来越低(比如0.9V)，电压与电压之间的差异越来越小(有些芯片会同时用到0.9V和1.1V)。本实施例中，交换芯片100具有多个电源输入端，多个电源输入端分别与本安型供电电路中对应的DC-DC电路连接。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。