专利名称：一种本安型大功率开关变换器输出短路保护装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种本安型开关变换器输出短路保护装置及方法，尤其是一种适用于在瓦斯、煤尘等爆炸危险环境使用的本安型大功率开关变换器输出短路保护装置及方法。
背景技术：
本质安全型电源是在煤矿、石油、化工等危险环境中各种各样的本安型设备使用的。所谓本质安全型，是防爆型式的一种，由国标GB3836. 4规范。本质安全型电路的设计， 就是把负载或规定的电路部位短路时产生的电火花的能量限制在一定范围内。除必须符合 GB3836. 4标准要求外，还须通过国家指定的防爆检验检测机构进行的本安电路火花点燃实验。由于开关电源的体积小、效率高等一系列优点，本安电源由线性电源向开关电源发展是必然的趋势，而开关变换器是开关电源的核心部件。目前国内本质安全开关电源的最大输出功率一般在18W左右。传统的保护设计通常有恒流型、减流型方式，但是该两种方式存在保护是功耗大等缺点；目前比较先进的保护方式为截流型方式，但是该方式需要自恢复，且通常截止时间较大，限制了本安电源功率的提高。本安电源在煤矿等防爆场合使用的最为广泛，这形成了目前本安电源的最大输出功率的瓶颈，不能突破这一功率瓶颈，则无法适应设备对提高本安电源输出容量的要求。
发明内容
技术问题本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、安全可靠的本安型大功率开关变换器输出短路保护装置及方法。技术方案本发明的本安型大功率开关变换器输出短路保护装置，包括与检测电路相连的输入信号接头、软启动电路、快速关断电路和开关管，输入信号接头分别与软启动电路和快速关断电路的输入端连接，软启动电路和快速关断电路的输出端分别与开关管连接；所述软启动电路包括电阻R1、双极结型三极管VI、电容Cl，双极结型三极管Vl的引脚 1与引脚2之间串联电阻R1，双极结型三极管Vl的引脚1与引脚3之间串联电容Cl，双极结型三极管Vl的引脚3接地；所述快速关断电路包括电阻R2和双极结型三极管V2，双极结型三极管V2的引脚1与引脚2之间串联电阻Rl和电阻R2，双极结型三极管V2的引脚3 接地，双极结型三极管V2的引脚1与开关管Ql的触发端连接，开关管Ql的源极接输入端 IN，漏极接输出端OUT。本发明的本安型大功率开关变换器输出短路保护方法
a.当检测电路检测到故障时，检测电路发出低电平信号，输入信号接头接收低电平信
号；
b.输入信号接头将低电平信号发射到快速关断电路的双极结型三极管V2的基极，双极结型三极管V2开通，开关管Ql的栅源之间的电容通过V2进行放电；
c.开关管Ql快速关断，从而切断整个电路起到保护的作用；
3d.当检测电路检测发现故障排除之后，检测电路发出高电平信号，输入信号接头接收高电平信号；
e.输入信号接头将高电平信号发射到软启动电路的双极结型三极管Vl的基极，双极结型三极管Vl开通打开开关管Ql的栅极，这时开关管Ql的输入端IN和输出端OUT开通， 实现开关管Ql连接的后续电路的软启动。有益效果由于采用了上述技术方案，本发明可以使矿用本安电源在输出端短路的情况下，能够实现在5us的短时间内快速关断输出开关管Q1，并且实现开关管Ql的软启动。开关管Ql快速关断，使得输出电流也快速被切断，降低了短路点释放的能量，从而提高本安电源的功率；软启动可使开关管Ql缓慢开通，减小电流冲击，从而提高本安电源的安全性能。此外该方案易于实现双重保护，符合国家标准的相关要求。
图1是本发明的保护电路结构框图。图2是本发明的保护电路原理图。图3是本发明的实例框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述
如图1所示，本发明的本安型大功率开关变换器输出短路保护装置，包括输入信号接头、软启动电路、快速关断电路和开关管，输入信号接头分别与软启动电路和快速关断电路的输入端连接，软启动电路和快速关断电路的输出端分别与开关管的输入端连接。如图2所示，软启动电路包括电阻Rl、双极结型三极管Vl、电容Cl，双极结型三极管Vl的引脚1与引脚2之间串联有电阻R1，双极结型三极管Vl的引脚1与引脚3之间串联有电容Cl，双极结型三极管Vl的引脚3接地；快速关断电路包括电阻R2和双极结型三极管V2，双极结型三极管V2的引脚1与引脚2之间串联电阻Rl和电阻R2，引脚3接地，双极结型三极管V2的引脚1还与开关管Ql的触发端连接，开关管Ql的源极接输入端IN，漏极接输出端OUT。如图3所示，将开关管Ql串联在开关变换器的输出端，检测电路将检测到的变换器输出电流送到由软启动电路和快速关断电路组成的电流驱动端，从而对开关管Ql实现软启动和快速关断。本发明的本安型大功率开关变换器输出短路保护方法
a.正常无故障情况时，开关管Ql导通，当检测电路检测到故障时，检测电路发出低电平信号，输入信号接头接收低电平信号；
b.输入信号接头将低电平信号发射到快速关断电路的双极结型三极管V2的基极，双极结型三极管V2开通，开关管Ql的栅源之间的电容通过V2进行放电；
c.开关管Ql快速关断，从而切断整个电路起到保护的作用；
d.当检测电路检测发现故障排除之后，检测电路发出高电平信号，输入信号接头接收高电平信号；
e.输入信号接头将高电平信号发射到软启动电路的双极结型三极管Vl的基极，双极结型三极管Vl开通打开开关管Ql的栅极，使得开关管Ql栅极电压缓慢上升，开关管Ql缓慢开通，通过Ql的电流缓慢上升，这时开关管Ql的输入端IN和输出端OUT开通，实现开关管Ql连接的后续电路的软启动。
权利要求
1.一种本安型大功率开关变换器输出短路保护装置，其特征在于它包括与检测电路相连的输入信号接头、软启动电路、快速关断电路和开关管，输入信号接头分别与软启动电路和快速关断电路的输入端连接，软启动电路和快速关断电路的输出端分别与开关管连接；所述软启动电路包括电阻R1、双极结型三极管VI、电容Cl，双极结型三极管Vl的引脚 1与引脚2之间串联电阻R1，双极结型三极管Vl的引脚1与引脚3之间串联电容Cl，双极结型三极管Vl的引脚3接地；所述快速关断电路包括电阻R2和双极结型三极管V2，双极结型三极管V2的引脚1与引脚2之间串联电阻Rl和电阻R2，双极结型三极管V2的引脚3 接地，双极结型三极管V2的引脚1与开关管Ql的触发端连接，开关管Ql的源极接输入端 IN，漏极接输出端OUT。
2.根据权利要求1所述装置的本安型大功率开关变换器输出短路保护方法，其特征在于a.当检测电路检测到故障时，检测电路发出低电平信号，输入信号接头接收低电平信号；b.输入信号接头将低电平信号发射到快速关断电路的双极结型三极管V2的基极，双极结型三极管V2开通，开关管Ql的栅源之间的电容通过V2进行放电；c.开关管Ql快速关断，从而切断整个电路起到保护的作用；d.当检测电路检测发现故障排除之后，检测电路发出高电平信号，输入信号接头接收高电平信号；e.输入信号接头将高电平信号发射到软启动电路的双极结型三极管Vl的基极，双极结型三极管Vl开通打开开关管Ql的栅极，这时开关管Ql的输入端IN和输出端OUT开通， 实现开关管Ql连接的后续电路的软启动。
全文摘要
一种本安型大功率开关变换器输出短路保护装置及方法，适用于在瓦斯、煤尘等爆炸危险环境。包括与检测电路相连的输入信号接头、软启动电路、快速关断电路和开关管。其结构简单、安全可靠，可以实现电路的快速关断和启动。
文档编号H02H3/08GK102570400SQ20121006482
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者于月森, 伍小杰, 冯海兵, 张常龙, 张望, 戴鹏, 李世光, 王彬, 谢冬莹, 贾娜 申请人:中国矿业大学