阅读说明：本技术 一种大功率矿用稳压电路 (High-power mining voltage stabilizing circuit ) 是由 张�杰 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大功率矿用稳压电路,包括稳压单元、触发单元、大功率保护单元,所述稳压单元的输出端与所述触发单元的输入端相连接,所述触发单元的输出端与所述大功率保护单元的输入端相连接,所述稳压单元、所述大功率保护单元分别外接本安电源。本发明的电路设计简单,装置容易,可像稳压二极管一样简单的并联在电源电路中即可,但又具有较大可承受功率容限,在含易燃易爆气体的矿井下,通过与本安型电源的配合使用,即使是遇到高电压或者强电流,也能稳定电源电压,防止器件烧毁产生火花或者表面温度超过安全值,保证井下电子设备正常运行,防止矿井下的安全事故的发生。(The invention discloses a high-power mining voltage stabilizing circuit which comprises a voltage stabilizing unit, a triggering unit and a high-power protection unit, wherein the output end of the voltage stabilizing unit is connected with the input end of the triggering unit, the output end of the triggering unit is connected with the input end of the high-power protection unit, and the voltage stabilizing unit and the high-power protection unit are respectively externally connected with an intrinsic safety power supply. The circuit of the invention has simple design and easy device, can be simply connected in parallel in a power circuit just like a voltage stabilizing diode, but has larger bearable power tolerance, and can stabilize the power voltage even encountering high voltage or strong current by matching with the intrinsic safety type power supply under a mine containing inflammable and explosive gas, thereby preventing the device from burning to generate spark or preventing the surface temperature from exceeding a safety value, ensuring the normal operation of underground electronic equipment and preventing the safety accident under the mine.)

一种大功率矿用稳压电路

技术领域

本发明涉及一种大功率矿用稳压电路，属于供电设备稳压保护技术领域。

背景技术

随着社会飞速前进，用电设备与日俱增，稳定的电压源对用电设备，特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备是必不可少的。电源电压的不稳定可能会使电路不能正常工作，会对电子设备造成致命伤害，同时也会加速设备的老化、影响使用寿命，使使用者面临需要维修的困扰或短期内就要更新设备，浪费资源；而煤矿井下环境特殊,存在有瓦斯、粉尘、一氧化碳等易燃易爆物质,因此矿井下的各类通信、监控、仪表和自动化等系统设备的供电电源以及电源转换电路必须满足防爆要求，而本质安全型是防爆的最佳形式。所谓本质安全电路是指在正常工作或规定的故障状态下，产生的任何电火花或效应均不能点燃规定的***性气体环境的电路。因而，对于一些矿用设备，对稳定电压的要求会更加高，电源电压的不稳定会造成器件损毁，产生火花或者元器件表面温度超过安全值，在矿井等复杂环境中会引发安全事故。

在大多数的电路设计中，只采用一个稳压二极管来组成比较简单的稳压电路，把负载跟稳压二极管并联，由于稳压管两端的电压是稳定不变的，负载也就得到了稳定的直流电压。这种稳压电路看起来设计简单，应用方便，但是在实际使用中如果不注意，极易造成器件超功率过流损坏。稳压二极管的功率一般不是很大,有极限电流和极限功率，设计使用时不能超限，当流经稳压二极管的电流过负荷时，就容易击穿稳压二极管,产生火花或者使其表面温度超过安全值，不适用于***性气体环境和可燃性粉尘环境中。

发明内容

现有技术中，比较简单的稳压电路就是把负载跟稳压管并联，由于稳压管两端的电压是稳定不变的，负载也就得到了稳定的直流电压。虽然该电路设计简单，应用方便，但是具有局限性。稳压电路的工作范围受稳压二极管最大功耗的限制，稳压二极管有极限电流，极限功率，设计使用时不能超限，当流过稳压二极管的电流超过负荷，稳压二极管会产生火花或者使其表面温度超过安全值便容易烧坏。故该电路不能用在高电压、强电流的工作环境中，也不适用于矿井下的各类通信、监控、仪表和自动化等系统设备的供电电源以及电源转换电路中。

针对上述现有技术的缺点，本发明公开了一种能够与矿用本安型直流稳压电源的配合使用的大功率的矿用稳压电路。该电路设计简单，装置容易，可像稳压二极管一样简单的并联在电源电路中即可，但又具有较大可承受功率容限，在含易燃易爆气体的矿井下，通过与本安型电源的配合使用，即使是遇到高电压或者强电流，也能稳定电源电压，防止器件烧毁产生火花或者表面温度超过安全值，保证井下电子设备正常运行，防止矿井下的安全事故的发生。

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种大功率矿用稳压电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大功率矿用稳压电路，其特征在于，包括稳压单元、触发单元、大功率保护单元，所述稳压单元的输出端与所述触发单元的输入端相连接，所述触发单元的输出端与所述大功率保护单元的输入端相连接，所述稳压单元、所述大功率保护单元分别外接本安电源。

作为一种较佳的实施例，所述稳压单元包括齐纳二极管D1，所述齐纳二极管D1的K极与所述本安电源的输出正极接线端相连接，所述齐纳二极管D1的A极与所述触发单元的输入端相连接。

作为一种较佳的实施例，所述齐纳二极管D1的K极和A极之间反向电压达到一定数值时，所述齐纳二极管D1中即有反向电流通过，并流经所述触发单元到DGND端。

作为一种较佳的实施例，所述触发单元包括贴片电阻R1、贴片电容C1，所述贴片电阻R1与所述贴片电容C1并联后的一端接所述齐纳二极管D1的A极，所述贴片电阻R1与所述贴片电容C1并联后的另一端接所述本安电源的输出负极。

作为一种较佳的实施例，通过所述稳压单元的电流以经过所述贴片电阻R1并在所述贴片电阻R1的两端形成压差，所述压差达到所述大功率保护单元的触发阈值即作为触发信号触发所述大功率保护单元来保护前端电路不被大电流破坏。

作为一种较佳的实施例，所述大功率保护单元包括贴片电阻R2、可控硅SCR1，所述贴片电阻R2的一端与所述齐纳二极管D1的A极相连接，所述贴片电阻R2的另一端与所述可控硅SCR1的G极相连接，所述可控硅SCR1的A极与所述本安电源的输出正极接线端相连接，所述可控硅SCR1的K极与所述本安电源的输出负极相连接。

作为一种较佳的实施例，所述触发单元输出的压差达到所述可控硅SCR1的触发电压值即触发所述可控硅SCR1的A极和K极两端导通形成通路，使得电源电路形成短路，进而触发前端供电的所述本安电源进行短路过流保护，及时切断电源，进而形成过压保护。

作为一种较佳的实施例，所述本安电源为本质安全型的直流稳压电源。

名词解释：

第一，本质安全型：电气设备的一种防爆形式，它将设备内部和暴露于潜在***性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能点燃的水平。

第二，本质安全设备：所有电路为本质安全电路的电气设备。

第三，本质安全电路：在GB3836.4-2010标准规定的条件下，包括正常工作和规定的故障条件，产生的任何电火花或者任何热效应均不能点燃规定的***性气体环境的电路。

本发明所达到的有益效果：第一，本发明巧妙地将可控硅应用在稳压电路中，它是一种大功率电器元件，而可控硅在导通时，A、K两端可承受几十安培的电流，和一般的稳压电路相比，无论电路中电压发生较小波动，还是出现两点短路，造成尖峰电压，都能够及时触发大功率保护单元，与矿用本安型直流稳压电源的过流短路保护功能相结合，从而在出现大电流、强电压的情况下，也能保证矿用电子设备的安全性、稳定性；第二，由上述发明内容描述的设计方案显而易见的是，本发明电路结构设计简单，使用元器件数量较少，生产成本可控；第三，本发明设计简单，装置容易，使用时也只需将该电路像单个稳压二极管一样并联在矿用电子设备的电源转换电路中，在电源转换电路的的电压稳定时没有任何影响，在电路电压发生较小波动时，能够调整电压，使电压处于相对平稳的状态，以保证电路的工作需要；在电源电路中任意两点短路，造成电压超过限定值，能够及时触发后级大功率保护单元，进而触发前级本安电源过流保护的启动，及时关断电源，形成过压保护，提升矿用电子设备的安全性。

附图说明

图1是本发明的优选实施例的拓扑图。

图2是本发明的优选实施例的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

为防止电压波动引起电子设备异常或者故障，电路设计中，必须包含具有稳定电压能力的稳压电路，而稳压二极管具有在反向击穿状态下，虽然电流在较大范围内变化，但其两端电压却基本不变的特性，常被用来组成最简单的稳压电路：把负载RL跟稳压管并联。

该稳压电路设计简单，被广泛应用在各种电路中，但是也具有一定的局限性。稳压二极管的功率一般不是很大，常见的稳压二极管的功率有1W、2W等，在设计使用时不能超限，当流经稳压二极管的电流超过负荷或者二极管两端电压过大，超过稳压二极管的额定功率时，二极管就会烧坏，产生火花或者器件表面温度超过安全值，进而影响矿用设备的本安性能，不适用于煤矿井下等含有瓦斯等***性气体的环境中。

如图1所示，本发明提出一种矿用稳压电路，包括稳压单元、触发单元、大功率保护单元，所述稳压单元的输出端与触发单元的输入端相连，所述触发单元的输出端与大功率保护单元的输入端相连，所述稳压单元、所述大功率保护单元分别外接本安电源。

更进一步地，如图2所示，所述稳压单元包括齐纳二极管D1，齐纳二极管D1的K极与本安电源的输出正极接线端相连，齐纳二极管D1的A极连接触发单元的输入端。

半导体制成的齐纳二极管D1经常工作在反向击穿状态下，具有电流在较大范围内变化，但其两端电压却基本不变的特性，利用稳压二极管的这一特性，便可以组成简单稳压电路。本发明电路的稳压单元通过齐纳二极管D1的K极与本安电源的输出正极接线端相连，A极连接触发单元的输入端，所述齐纳二极管D1的K极和A极之间反向电压达到一定数值时，所述齐纳二极管D1中即有反向电流通过，并流经所述触发单元到DGND端。

更进一步地，所述触发单元包括贴片电阻R1和贴片电容C1，贴片电阻R1和贴片电容C1并联后的一端与齐纳二极管D1的A极相连，另一端接入本安电源的输出负极。通过稳压单元过来的电流经过贴片电阻R1，在贴片电阻R1两端形成一个压差，当压差足够大时，即可触发后面的大功率保护单元，保护前端电路不被大电流破坏。贴片电容C1并联在贴片电阻R1的两端，起到了滤除杂波的作用。

更进一步地，所述大功率保护单元包括贴片电阻R2和可控硅SCR1，贴片电阻R2放入一端与齐纳二极管D1的A极相连，贴片电阻R2的另一端与可控硅SCR1的门极（即G极）连接；可控硅SCR1的A极与本安电源的输出正极接线端相连，可控硅SCR1的K极与本安电源的输出负极相连接。

可控硅是一种大功率电器元件，它是一种开关型半导体器件，能在高电压、强电流条件下工作，它具有体积小、效率高、寿命长等优点。其通断状态由控制极G决定，在控制极G上加上一定的电压或者电流，可控硅的A、K两端即可导通。本发明的大功率保护单元中可控硅SCR1的G极与贴片电阻R2一端连接，而贴片电阻R2的另外一端与触发单元的电压输出端相连，可控硅SCR1的A极与本安电源的输出正极相连，K极与地DGND相连。贴片电阻R2的作用是限流。

当触发单元输出的电压达到一定值，就会触发可控硅SCR1的A极和K极两端导通，形成通路，此时，矿用的本质安全型的直流稳压电源的输出正负极两端形成短路，前端矿用本质安全型的直流稳压电源就会根据短路情况，及时切断电源，形成短路保护。

需要说明的是：可控硅在导通时，A极、K极两端可通过的电流高达几十安培，而在实际应用的电路中，由于前端矿用本安型直流稳压电源的输出功率有限，可控硅SCR1导通瞬间，A极和K极两端实际通过过电流只有几安培，完全在控硅SCR1的可承受范围之内，不会因短路电流过大造成元器件直接烧坏而产生火花；在可控硅SCR1导通的瞬间，前端的矿用本质安全型的直流稳压电源即会开启过流保护，切断电源，不会使可控硅SCR1因承受短路电流时间过长而造成表面温度超过安全值，引起煤矿井下安全事故的发生。

本发明的创新原理如下：本发明巧妙地将可控硅应用在稳压电路中，当电源两端电压没有超过电压限额时，该电路并联在电源电路中，对电源电路的工作没有任何影响；当电源转换电路中，后级电压与前级电压短路，或者电路中其他任意两点短接造成的电压突然增大或者电压尖峰等情况，齐纳二极管D1反向击穿，齐纳二极管D1中有电流流过，经过触发单元的贴片电阻R1，形成压降，当压降到达一定数值时，就会触发可控硅SCR1导通，使得电源电路形成短路，进而触发前端供电的所述本安电源进行短路过流保护，及时切断电源，进而形成过压保护。

可控硅在导通时，A、K两端可通过的电流高达几十安培，而在实际应用的电路中，由于前端矿用本安型直流稳压电源的输出功率有限，可控硅SCR1导通瞬间，A、K两端实际通过过电流只有几安培，完全在可控硅SCR1的可承受范围之内，不会因短路电流过大造成元器件直接烧坏而产生火花；在可控硅SCR1导通的瞬间，前端的矿用本安型直流稳压电源即会开启过流保护，切断电源，不会使可控硅SCR1因承受短路大电流时间过长而造成表面温度超过安全值，引起煤矿井下安全事故的发生，从而形成过压保护。和一般的稳压电路相比，增加了一般稳压电路能够承受的功率值，与本安电源配合使用，可提升矿用电子设备的防爆安全性能。

由上述具体实施方案所述，本发明电路结构设计简单，使用元器件数量较少，生产成本可控。

本发明应用简单，只需将该电路像单个稳压二极管一样并联在电源电路中，在电源电路的的电压稳定时没有任何影响，在电路电压发生较小波动时，能够调整电压，使电压处于相对平稳的状态，以保证电路的工作需要。在电源电路中任意两点短路，造成电压超过限定值，能够及时触发后级大功率保护单元，进而触发前级本安电源过流保护的启动，及时关断电源，形成过压保护，提升矿用电子设备的安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。