本质安全电源的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种本质安全电源，包括输入端口、输出端口、转换器、BUCK电路和PWM控制电路；转换器的输入端与输入端口连接，转换器的输出端连接到BUCK电路的输入端；BUCK电路的输出端通过一个光耦与PWM控制电路的输入端连接，PWM控制电路的输出端与转换器的控制端连接；BUCK电路的输出端与输出端口连接。本发明的本质安全电源改变了传统的线性变压器的形式，减小体积的同时，大幅提高电源的转换效率，保障电压的稳定性，优化负载特性。
【专利说明】本质安全电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及本质安全电源。
【背景技术】
[0002]在煤矿井下、石油化工、冶金等领域中，由于存在可爆炸性或可燃物，应用于这些领域的各种电气设备需要符合相关领域的防爆技术标准才能正式运行使用。本质安全电源就是应用于防爆领域的电源电路。
[0003]然而，现有的本质安全电源都是采用线性变压器制成的，为满足市电交流电使用需要，必须采用大体积的变压器，而且还存在闭环稳定性差、效率低、负载特性差的缺点。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术不足，本发明需要解决的技术问题是提供一种体积小、效率高、闭环特性好、负载特性好的本质安全电源。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，本质安全电源，包括输入端口以及输出端口，还包括转换器、BUCK电路和PWM控制电路；转换器的输入端与输入端口连接，转换器的输出端连接到BUCK电路的输入端；BUCK电路的输出端通过一个光耦与PWM控制电路的输入端连接，PWM控制电路的输出端与转换器的控制端连接；BUCK电路的输出端与输出端口连接。本方案通过采用转换器、BUCK电路与PWM控制电路的组合，使市电输入的电流可以转化为高频电流，无需采用体积巨大的变压器，有效缩小体积，而且通过BUCK电路能有效提高效率，优化负载特性。
[0006]具体地，所述输出端口包括正输出端子和负输出端子；转换器的输出端包括输出正端和输出负端；BUCK电路的输入端包括正输入端和负输入端，BUCK电路的输出端包括正输出端和负输出端；BUCK电路的正输入端与转化器的输出正端连接，BUCK电路的负输入端与转换器的输出负端连接；BUCK电路的正输出端与输出端口的正输出端子连接，BUCK电路的负输出端与输出端口的负输出端子连接。
[0007]进一步的技术方案为，还包括取样电路和检测电路；所述BUCK电路与所述光耦之间通过该取样电路和检测电路连接；取样电路的一端与BUCK电路的输出端连接，取样电路的另一端与检测电路的输入端连接；取样电路的输出端与所述光耦连接。这样的方式使BUCK电路与检测电路组成双重保护功能，提高稳定性。
[0008]优选地，所述检测电路电路为过流过压检测电路；所述取样电路包括过压取样电路和过流取样电路。
[0009]具体地，所述过流取样电路为取样电阻R5 ;取样电阻R5串联于负输出端子与BUCK电路的负输出端之间；取样电阻R5的两端分别连接到过流过压检测电路；所述过压取样电路包括相互串联的取样电阻R3和取样电阻R4，过压取样电路的第一端与BUCK电路的正输出端连接，过压取样电路的第二端与BUCK电路的负输出端连接；取样电阻R3与取样电阻R4的节点连接到过流过压检测电路。[0010]进一步的技术方案为，所述BUCK电路包括控制电路、开关管Q1、电感L1、二极管D1、电阻R1、电阻R2和电容C2 ;开关管Ql的正极为BUCK电路的正输入端；开光管Ql的控制极与控制电路的第一输出端连接；控制电路的参考端为BUCK电路的负输入端；开关管Ql的负极连接到电感LI的第一端；电感LI的第二端为BUCK电路的正输出端；二极管Dl阴极连接到电感LI的第一端，二极管Dl的阳极连接到控制电路的参考端；电阻Rl与电阻R2的串联支路跨接于电感LI的第二端与二极管Dl的阳极之间；电阻Rl与电阻R2的节点与控制电路的第二输出端连接；电容C2跨接于电感LI的第二端与二极管Dl的阳极之间；二极管Dl的阳极为BUCK电路的负输出端。
[0011]再进一步的技术方案为，BUCK电路和/或PWM控制电路还连接有软启动输出电路。这样的方案可使电源关断后，重新启动时有一个软启动过程，不会马上启动，避免电路损坏。
[0012]优选地，所述控制电路还设有软启动输出端；所述软启动输出电路为电容C3 ;该电容C3连接于控制电路的软启动输出端与参考端之间。
[0013]本发明的本质安全电源改变了传统的线性变压器的形式，减小体积的同时，大幅提高电源的转换效率，保障电压的稳定性，优化负载特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明本质安全电源的结构示意图。
[0015]图2是本发明本质安全电源的转换器示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本发明的本质安全电源，包括输入端口 I以及输出端口 2，还包括转换器3、BUCK电路4和PWM控制电路5 ;转换器3的输入端与输入端口 I连接，转换器3的输出端连接到BUCK电路4的输入端；BUCK电路4的输出端通过一个光耦U2与PWM控制电路5的输入端连接，PWM控制电路5的输出端与转换器3的控制端连接；BUCK电路4的输出端与输出端口 2连接。
[0017]其中，所述输出端口 2包括正输出端子和负输出端子；转换器3的输出端包括输出正端和输出负端；BUCK电路4的输入端包括正输入端和负输入端，BUCK电路4的输出端包括正输出端和负输出端；BUCK电路4的正输入端与转化器的输出正端连接，BUCK电路4的负输入端与转换器3的输出负端连接；BUCK电路4的正输出端与输出端口 2的正输出端子连接，BUCK电路4的负输出端与输出端口 2的负输出端子连接。
[0018]还包括取样电路和检测电路；所述BUCK电路4与所述光耦U2之间通过该取样电路和检测电路连接；取样电路的一端与BUCK电路4的输出端连接，取样电路的另一端与检测电路的输入端连接；取样电路的输出端与所述光耦U2连接。具体地，所述检测电路电路为过流过压检测电路6 ;所述取样电路包括过压取样电路和过流取样电路。所述过流取样电路为取样电阻R5 ;取样电阻R5串联于负输出端子与BUCK电路4的负输出端之间；取样电阻R5的两端分别连接到过流过压检测电路6 ;所述过压取样电路包括相互串联的取样电阻R3和取样电阻R4，过压取样电路的第一端与BUCK电路4的正输出端连接，过压取样电路的第二端与BUCK电路4的负输出端连接；取样电阻R3与取样电阻R4的节点连接到过流过压检测电路6。
[0019]所述BUCK电路4包括控制电路、开关管Q1、电感L1、二极管D1、电阻R1、电阻R2和电容C2 ;开关管Ql的正极为BUCK电路4的正输入端；开光管Ql的控制极与控制电路的第一输出端连接；控制电路的参考端为BUCK电路4的负输入端；开关管Ql的负极连接到电感LI的第一端；电感LI的第二端为BUCK电路4的正输出端；二极管Dl阴极连接到电感LI的第一端，二极管Dl的阳极连接到控制电路的参考端；电阻Rl与电阻R2的串联支路跨接于电感LI的第二端与二极管Dl的阳极之间；电阻Rl与电阻R2的节点与控制电路的第二输出端连接；电容C2跨接于电感LI的第二端与二极管Dl的阳极之间；二极管Dl的阳极为BUCK电路4的负输出端。对于本质安全电路产品，要求正极电源输出端电容容抗以及电感感抗要低于一定值，对于现有技术而言，由于采用线性变压器，工作频率与市电一致，都为50Hz，因而输出级的容抗和感抗仅由器件本身而决定，从而导致了在选用器件、构成电路时只能米用稳定性较差的电路形式；然而BUCK电路4能实现闻频开关，提闻开关频率，有效减小电容容抗和电感感抗，有效地实现本质安全产品的要求。此外，由于转换器3、BUCK电路4和PWM控制电路5之间构成闭环控制，能有效实现对电源的双重保护；当转换器3的输出电压过高时，BUCK电路4自身的作用能自动使这个过高的电压稳定在要求的范围内，实现对最终输出电压的过压保护；另一方面，若BUCK电路4出现部分故障时，由检测电路实现把过流、过压传信号输至PWM控制电路5，可以实现关断转换器3，从而达到双重保护。
[0020]进一步地，BUCK电路4和/或PWM控制电路5还连接有软启动输出电路。本实施例中，所述控制电路还设有软启动输出端；所述软启动输出电路为电容C3 ;该电容C3连接于控制电路的软启动输出端与参考端之间，利用电容的充电特性，电压不会马上达到最大值，从而使本质安全电源整体的再次启动时间有一个缓冲作用，保障电路安全。此外,也可以采用定时器件(例如定时器电路)或者其他控制芯片实现。另外，软启动输出电路还可以串联于PWM控制电路5与转换器3的控制端之间，使PWM控制电路5的控制具有软启动效果O
[0021]本领域技术人员可以采用各种与PWM控制电路5配合使用的、受控的转换器3电路，例如以整流桥D2、变压器Tl和开关管Q2的形式，如图2所示，整流桥D2的两个交流输入引脚可以作为输入端与所述的输入接口 I连接；整流桥D2的正输出引脚与变压器Tl的初级线圈一端连接，变压器Tl初级线圈的另一端连接到开光管Q2的正极，开关管Q2的负极接地(图未示出)，开关管Q2的控制端(即MOS管栅极或者晶体管基极)作为转换器3的控制端与PWM控制电路5连接，变压器Tl的次级线圈作为输出端用于与BUCK电路4连接。这样的转换器3的电路形式只是其中一种方式，可以使用其他方式实现。
[0022]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.本质安全电源，包括输入端口以及输出端口，其特征在于:还包括转换器、BUCK电路和PWM控制电路；转换器的输入端与输入端口连接，转换器的输出端连接到BUCK电路的输入端；BUCK电路的输出端通过一个光耦与PWM控制电路的输入端连接，PWM控制电路的输出端与转换器的控制端连接；BUCK电路的输出端与输出端口连接。
2.根据权利要求1所述的本质安全电源，其特征在于:所述输出端口包括正输出端子和负输出端子；转换器的输出端包括输出正端和输出负端；BUCK电路的输入端包括正输入端和负输入端，BUCK电路的输出端包括正输出端和负输出端；BUCK电路的正输入端与转化器的输出正端连接，BUCK电路的负输入端与转换器的输出负端连接；BUCK电路的正输出端与输出端口的正输出端子连接，BUCK电路的负输出端与输出端口的负输出端子连接。
3.根据权利要求2所述的本质安全电源，其特征在于:还包括取样电路和检测电路；所述BUCK电路与所述光耦之间通过该取样电路和检测电路连接；取样电路的一端与BUCK电路的输出端连接，取样电路的另一端与检测电路的输入端连接；取样电路的输出端与所述光耦连接。
4.根据权利要求3所述的本质安全电源，其特征在于:所述检测电路电路为过流过压检测电路；所述取样电路包括过压取样电路和过流取样电路。
5.根据权利要求4所述的本质安全电源，其特征在于:所述过流取样电路为取样电阻R5 ;取样电阻R5串联于负输出端子与BUCK电路的负输出端之间；取样电阻R5的两端分别连接到过流过压检测电路；所述过压取样电路包括相互串联的取样电阻R3和取样电阻R4，过压取样电路的第一端与BUCK电路的正输出端连接，过压取样电路的第二端与BUCK电路的负输出端连接；取样电阻R3与取样电阻R4的节点连接到过流过压检测电路。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的本质安全电源，其特征在于:所述BUCK电路包括控制电路、开关管Q1、电感L1、二极管D1、电阻R1、电阻R2和电容C2 ;开关管Ql的正极为BUCK电路的正输入端；开光管Ql的控制极与控制电路的第一输出端连接；控制电路的参考端为BUCK电路的负输入端；开关管Ql的负极连接到电感LI的第一端；电感LI的第二端为BUCK电路的正输出端；二极管Dl阴极连接到电感LI的第一端，二极管Dl的阳极连接到控制电路的参考端；电阻Rl与电阻R2的串联支路跨接于电感LI的第二端与二极管Dl的阳极之间；电阻Rl与电阻R2的节点与控制电路的第二输出端连接；电容C2跨接于电感LI的第二端与二极管Dl的阳极之间；二极管Dl的阳极为BUCK电路的负输出端。
7.根据权利要求6所述的本质安全电源，其特征在于:BUCK电路和/或PWM控制电路还连接有软启动输出电路。
8.根据权利要求7所述的本质安全电源，其特征在于:所述控制电路还设有软启动输出端；所述软启动输出电路为电容C3 ;该电容C3连接于控制电路的软启动输出端与参考端之间。
【文档编号】H02M3/155GK103795280SQ201410060751
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】王中于 申请人:广州中逸光电子科技有限公司