具有火花能量延缓释能电路的本安电源

摘要

本发明提供的具有火花能量延缓释能电路的本安电源，包括直流电源电路和安全栅保护电路，还包括接于直流电源电路和安全栅保护电路之间的火花能量延缓释能电路。火花能量延缓释能电路采用电感电容交叉型网络拓扑结构的LC电路构成，输入交流电源接入直流电源电路，安全栅保护电路输出本安电源。本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源的优点和积极效果在于：由于设置了火花能量延缓释能电路，并与安全栅保护电路有机地结合为一个整体，通过延缓释能电路释能速度与安全栅保护电路动作速度的匹配，进一步减小了故障时电路输出火花能量，从而也进一步提高本安电源的安全可靠性和输出容量，电路结构简单，可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及电源装置，特别涉及一种具有火花能量延缓释能电路的本安电源。

背景技术

本质安全型电源对于在煤矿、石油、化工等危险性环境中使用的通信、监控、报警以及灾害预测和防治等设备起着至关重要的作用。由于在AC/DC、DC/DC直流电源电路中使用电感、电容等储能元件，在输出发生短路或断路故障时，用于输出滤波的电感、电容中存储的能量，将在极短时间内通过短路/断路故障点释放，产生的电火花可能会引燃易燃、易爆气体。因此，通常都在本安电源输出部分增加安全栅保护电路。安全栅保护电路采用电阻限流、稳压管或晶体管限压，来限制最高输出电流和输出电压，以达到限制输出能量的目的。

但是不论采用何种安全栅保护电路，从电源输出短路/断路故障发生到安全栅保护切断能量输出，总是有一定的延迟时间。目前，优化安全栅保护电路主要采用的方法是：

1、在安全栅保护电路中选用新型快速器件，以提高故障保护动作速度来限制能量；

2、采用稳压管、晶体管、MOS管等元器件，在短路/断路发生过流/过压时，通过切断电源输出来限制电路火花能量；

3、发生短路时，通过检测电流，在输出电路之前增加短路并联回路，达到短路电流的分流作用，减小电路火花能量。

然而，在上述传统的方法中，为了限制电路输出的释能，主要是采取如何尽可能缩短安全栅电路的动作时间，或将能量通过其他支路释放的措施，而没有涉及到通过改进本安电源自身的结构来限制自身释能的速度，因此限制释能是有限的，无法适应提高本安电源的安全可靠性和输出容量的要求。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种具有火花能量延缓释能电路的本安电源，可以与通用安全栅保护电路相配合，明显减小故障火花能量，从而增加本安电源的安全可靠性和输出容量，电路结构简单，可靠性高。

为达到上述目的，本发明提供的具有火花能量延缓释能电路的本安电源，包括直流电源电路和安全栅保护电路，还包括接于直流电源电路和安全栅保护电路之间的火花能量延缓释能电路，输入交流电源接入直流电源电路，安全栅保护电路输出本安电源，其中，火花能量延缓释能电路采用电感电容交叉型网络拓扑结构的LC电路构成，LC电路包括第一电感、第二电感、第一电容和第二电容，第一电感一端接于直流电源电路的输出端，另一端接于安全栅保护电路的输入端，第二电感一端接于直流电源电路的地线端，另一端接于安全栅保护电路的地线端，第一电容一端接于直流电源电路的输出端，另一端接于安全栅保护电路的地线端，第二电容一端接于直流电源电路的地线端，另一端接于安全栅保护电路的输入端。

本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源，其中所述安全栅保护电路的故障延迟时间为1微秒，相应地LC电路中第一电感和第二电感分别为1微亨，第一电容和第二电容分别为1微法。

本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源，其中所述直流电源电路为线性电源或开关型直流电源，其输出电压为12V-24V，输出电流为0.5A-1.5A。

本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源的优点和积极效果在于：由于设置了火花能量延缓释能电路，并与安全栅保护电路有机地结合为一个整体，通过延缓释能电路释能速度与安全栅保护电路动作速度的匹配，进一步减小了故障时电路输出火花能量，从而也进一步提高本安电源的安全可靠性和输出容量，电路结构简单，可靠性高。

下面将结合实施例参照附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源的方框图；

图2是火花能量延缓释能电路的电路原理图；

图3是使用火花能量延缓释能电路时的短路故障电流、电压、瞬时火花功率图；

图4是未使用火花能量延缓释能电路时的短路故障电流、电压、瞬时火花功率图。

具体实施方式

参照图1，本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源由直流电源电路1、火花能量延缓释能电路2、安全栅保护电路3依次连接组成，输入交流电源接入直流电源电路1，安全栅保护电路3输出本安电源。

图1中的直流电源电路1可以是已知技术中的线性电源，或者是开关电源。直流电源电路1输出电压为12V-24V，输出电流为0.5A-1.5A。

图1中的安全栅保护电路3采用已知技术，由各种稳压管、晶体管、MOS管等元器件，在短路/断路发生时，检测过流/过压。短路故障时通过检测输出电流过流，或断路时通过检测输出电压过压，控制安全栅保护电路3切断电源输出。短路故障时，通过检测电流，在输出电路之前增加短路并联回路，达到短路电流的分流作用。

参照图2，给出了本发明中的火花能量延缓释放电路2的一种具体电路。火花能量延缓释放电路2采用两个电感和两个电容，构成电感电容交叉型网络拓扑结构的LC电路。LC电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2，第一电感L1一端接于直流电源电路1的输出端21，另一端接于安全栅保护电路3的输入端21′，第二电感L2一端接于直流电源电路1的地线端20，另一端接于安全栅保护电路3的地线端20′，第一电容C1一端接于直流电源电路1的输出端21，另一端接于安全栅保护电路3的地线端20′，第二电容C2一端接于直流电源电路1的地线端20，另一端接于安全栅保护电路3的输入端21′。

为了与安全栅保护电路3动作时间配合，可以通过LC取值范围实现各种延缓电能释放的具体电路结构拓扑方案。在本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源的实施例中，针对安全栅保护电路3动作时间为1微秒的保护电路，所采用的LC值相应地具体为：第一电感L1和第二电感L2分别为1微亨，第一电容C1和第二电容C2分别为1微法。

下面结合附图详细说明本发明具有火花能量延缓释能电路的本安电源的工作原理。

火花能量延缓释放电路2利用电感电流不能突变、电容电压不能突变，采用交叉型网络拓扑结构，在电源输出短路或断路时，一方面由电感限制短路时电容电流快速增长，从而延缓电容能量释放；另一方面通过电容限制断路时电感电压的增加，从而延缓断路故障能量释放。

一方面火花能量延缓释能电路2的两个电感可以有效的限制输出短路时电容向故障点的释能速度，另一方面两个电容又可以有效的限制输出断路时电感向故障点的释能速度。在电源输出发生短路或断路时，一方面由安全栅保护电路3检测故障电压或电流变化，控制相应晶体管或MOS管通断，切断电源输出；同时，在安全栅保护电路3切断电源输出之前，利用前级能量释放延缓电路2有效地限制短路电流或断路电压的增长速度。因此，火花能量延缓释能电路2与安全栅保护电路3有机结合为一个整体，通过延缓释能电路释能速度与安全栅保护速度相匹配，进一步减小故障时电路的输出火花能量，从而进一步提高了本安电源的容量。

参照图3和图4，为本发明涉及的火花能量延缓释能电路实施效果比较图。

其中，图3为采用本发明中火花能量延缓释能电路2方案时，本安电源短路故障的输出电流、输出电压、以及短路火花瞬时功率图。这里设安全栅保护电路3在发生短路故障后延迟1微秒后动作并切断输出，与之相配合，第一电感L1和第二电感L2分别为1微亨，第一电容C1和第二电容C2分别为1微法，由此所得的短路火花瞬时功率如图所示。其中曲线11为电压，曲线12表示输出电流，曲线13表示短路火花瞬时功率。

图4为在未采用本发明火花能量延缓释能电路2的方案时，本安电源短路故障的输出电流、输出电压、以及短路火花瞬时功率图。这里仍假设安全栅保护电路3在发生短路故障后延迟1微秒后动作并切断输出。其中曲线24为电压，曲线22表示输出电流，曲线23表示短路火花瞬时功率。从图3和图4可以看出，在直流电源电路1和安全栅保护电路3之间增加火花能量延缓释能电路2可以起到延缓故障能量释放的作用，与通用安全栅保护电路3相配合，可以明显减小故障火花能量，从而增加了本安电源的安全可靠性，或在相同的故障火花能量指标要求下，可以增大本安电源的输出容量。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。