一种本质安全型电源的制作方法

本发明涉及防爆领域，特别是涉及一种本质安全型电源。

背景技术：

在石油化工、煤矿等易燃易爆场所中，通常由于生产的需要配备了相关的用电设备，现有技术中一般是采用本质安全型电源为危险区的用电设备供电。目前，市面上的本质安全型电源只能安装于安全区，那么由安全区传输到危险区的能量可能会受到传输环境的影响，不易被控制，当传输到危险区的能量过大时，可能会点燃爆炸性混合物，造成安全事故。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种本质安全型电源，可以直接放置在危险区，控制供电模块输出到危险区的能量，使其满足防爆要求，为危险区的用电设备提供一个本质安全的电源供应，安全性更高，同时为处于危险区的本质安全电路的多功能应用提供了更多可能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种本质安全型电源，包括：隔离变压器，限压模块和限流模块，其中：

所述隔离变压器的原边和供电模块的电源端连接，所述隔离变压器的副边分别和所述限压模块的输入端及所述限流模块的输入端连接，所述限压模块的输出端和地连接，所述限流模块的输出端和用电设备的电源端连接；

所述限压模块用于限制所述供电模块输出到危险区的电压，所述限流模块用于限制所述供电模块输出到所述危险区的电流。

优选的，该本质安全型电源还包括通信模块，所述通信模块的第一输入端和所述供电模块的第一信号端连接，所述通信模块的第二输入端和所述用电设备的第一信号端连接，所述通信模块的第一输出端和所述用电设备的第二信号端连接，所述通信模块的第二输出端和所述供电模块的第二信号端连接。

优选的，所述限压模块包括第一齐纳稳压管，第二齐纳稳压管和第三齐纳稳压管，其中：

所述第一齐纳稳压管的阴极分别与所述第二齐纳稳压管的阴极及所述第三齐纳稳压管的阴极连接，其公共端作为所述限压模块的输入端，所述第一齐纳稳压管的阳极分别与所述第二齐纳稳压管的阳极及所述第三齐纳稳压管的阳极连接，其公共端作为所述限压模块的输出端。

优选的，所述限流模块包括第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，其中：

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，其公共端作为所述限流模块的输入端，所述第一电阻的第二端分别和所述第二电阻的第二端、第三电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端连接，其公共端作为所述限流模块的输出端。

优选的，该本质安全型电源还包括自恢复保险和瞬态抑制管，其中：

所述自恢复保险的第一端和所述供电模块的电源端连接，所述自恢复保险的第二端和所述瞬态抑制管的第一端及所述隔离变压器的原边连接，所述瞬态抑制管的第二端和地连接。

优选的，该本质安全型电源还包括温度开关，所述温度开关的第一端和所述供电模块的电源端连接，所述温度开关的第二端和所述自恢复保险的第一端连接。

优选的，该本质安全型电源还包括超快熔断保险，所述超快熔断保险的第一端和所述隔离变压器的副边连接，所述超快熔断保险的第二端分别和所述限压模块的输入端及所述限流模块的输入端连接。

优选的，该本质安全型电源还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端和所述超快熔断保险的第二端连接，所述限流电阻的第二端分别和所述限压模块的输入端及所述限流模块的输入端连接。

优选的，所述通信模块包括第一光电耦合器和第二光电耦合器，其中：

所述第一光电耦合器的信号输入端作为所述通信模块的第一输入端，所述第一光电耦合器的信号输出端作为所述通信模块的第一输出端，所述第二光电耦合器的信号输入端作为所述通信模块的第二输入端，所述第二光电耦合器的信号输出端作为所述通信模块的第二输出端。

优选的，所述本质安全型电源的外壳内部的空腔中填充有浇封剂层。

本发明提供了一种本质安全型电源，包括：隔离变压器，限压模块和限流模块，其中：隔离变压器的原边和供电模块的电源端连接，隔离变压器的副边分别和限压模块的输入端及限流模块的输入端连接，限压模块的输出端和地连接，限流模块的输出端和用电设备的电源端连接；限压模块用于限制供电模块输出到危险区的电压，限流模块用于限制供电模块输出到危险区的电流。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过限制从供电模块输出到危险区的电压及电流来控制从安全区输出到危险区的能量，使其满足防爆要求，安全性更高，且本发明所提供的本质安全型电源可以直接放置在危险区，为危险区的用电设备提供一个本质安全的电源供应，同时为处于危险区的本质安全电路的多功能应用提供了更多可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种本质安全型电源的结构示意图；

图2a为本发明所提供的一种本质安全型电源的外形及结构示意图；

图2b为本发明所提供的一种本质安全型电源的外形俯视图；

图3为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图；

图4为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图；

图5为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图；

图6为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种本质安全型电源，可以直接放置在危险区，控制供电模块输出到危险区的能量，使其满足防爆要求，为危险区的用电设备提供一个本质安全的电源供应，安全性更高，同时为处于危险区的本质安全电路的多功能应用提供了更多可能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

请参照图1，图1为本发明所提供的一种本质安全型电源的结构示意图，包括：

隔离变压器T₁，限压模块2和限流模块3，其中：

隔离变压器T₁的原边和供电模块的电源端连接，隔离变压器T₁的副边分别和限压模块2的输入端及限流模块3的输入端连接，限压模块2的输出端和地连接，限流模块3的输出端和用电设备的电源端连接；

限压模块2用于限制供电模块输出到危险区的电压，限流模块3用于限制供电模块输出到危险区的电流。

具体的，本发明所提供的隔离变压器T₁根据相关防爆标准对变压器的结构进行了增强绝缘设计，典型绝缘电压在1500V以上，保证隔离变压器T₁原边侧的电路与副边侧的电路高度绝缘。且隔离变压器T₁的输出端跟输入端是完全断路隔离的，这样就有效的对隔离变压器T₁的输入端(供电模块提供的电压)起到了一个良好的过滤作用，从而给输出端的用电设备提供了纯净的供电电压。

具体的，本发明所提供的本质安全型电源设于安全区的非本质安全型电路和危险区的本质安全型电路中间，为本质安全型电路提供一个本质安全的电源供应，由于供电模块输出的电压并不是本质安全的，所以隔离变压器T₁输出的电压和电流，还要再经过限压模块2和限流模块3处理，从而保证输出给危险区的用电设备的电压和电流可控。可以理解的是，输出能量一般是指输出功率，由于功率可以是电压和电流的乘积，所以控制住从供电模块输出的电压和电流，就能保证供电模块输出给危险区的用电设备的能量满足防爆要求。

作为一种优选的实施例，本质安全型电源的外壳16内部的空腔中填充有浇封剂层15。

具体的，本发明所提供的本质安全型电源的外形及结构参照图2a及图2b所示，包括：

引入引出电缆11，防水接头12，PCB基板13，电子元件14，浇封剂层15和外壳16，其中，电子元件14焊接于PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)基板13上，PCB基板13装配于外壳16内部，PCB基板13上的端口经由防水接头2及引入引出电缆11引入或引出，在外壳16内部的空腔中填充有浇封剂层15，且内部带电零部件与外壳16的爬电距离严格按相关防爆标准设计，浇封剂层15优选环氧树脂型，且浇封剂层15的各项性能均满足防爆标准要求，因此本发明所提供的本质安全型电源可以放置于危险区，为危险区的用电设备提供一个本质安全的电源供应，同时为处于危险区的本质安全电路的多功能应用提供了更多可能。

本发明提供了一种本质安全型电源，包括：隔离变压器，限压模块和限流模块，其中：隔离变压器的原边和供电模块的电源端连接，隔离变压器的副边分别和限压模块的输入端及限流模块的输入端连接，限压模块的输出端和地连接，限流模块的输出端和用电设备的电源端连接；限压模块用于限制供电模块输出到危险区的电压，限流模块用于限制供电模块输出到危险区的电流。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过限制从供电模块输出到危险区的电压及电流来控制从安全区输出到危险区的能量，使其满足防爆要求，安全性更高，且本发明所提供的本质安全型电源可以放置在危险区，为危险区的用电设备提供一个本质安全的电源供应，从而为处于危险区的本质安全电路的多功能应用提供了更多可能。

请参照图3，图3为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图，该本质安全型电源在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该本质安全型电源还包括通信模块4，通信模块4的第一输入端和供电模块的第一信号端连接，通信模块4的第二输入端和用电设备的第一信号端连接，通信模块4的第一输出端和用电设备的第二信号端连接，通信模块4的第二输出端和供电模块的第二信号端连接。

具体的，本发明所提供的本质安全型电源还包括通信模块4，为安全区和危险区之间提供一个信号传输通道，使得本质安全电路与非本质安全电路能够进行复杂的传输与控制，进一步为本质安全电路的多功能应用提供了可能。

举例说明，可以通过该通信模块4建立起用电设备和控制室之间的通信，比如通过该通信模块4，工作人员在处于安全区的控制室就可以看到用电设备的传感器采集到的该用电设备的各项参数，工作人员可以根据各项参数的变化更好的掌握用电设备的使用情况，并根据其使用情况可以及时对该用电设备进行维护和更换。控制室的工作人员也可以根据该通信模块4向用电设备发送控制指令，控制用电设备的启动和关闭。

当然，通信模块4除了进行上述操作，还可以在安全区和危险区进行多种传输与控制，本发明在此不做限定。

请参照图4，图4为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图，该本质安全型电源在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，限压模块2包括第一齐纳稳压管Z₁，第二齐纳稳压管Z₂和第三齐纳稳压管Z₃，其中：

第一齐纳稳压管Z₁的阴极分别与第二齐纳稳压管Z₂的阴极及第三齐纳稳压管Z₃的阴极连接，其公共端作为限压模块2的输入端，第一齐纳稳压管Z₁的阳极分别与第二齐纳稳压管Z₂的阳极及第三齐纳稳压管Z₃的阳极连接，其公共端作为限压模块2的输出端。

具体的，齐纳稳压管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，本发明中的限压模块2是由第一齐纳稳压管Z₁、第二齐纳稳压管Z₂、第三齐纳稳压管Z₃并联而成的，当其中任意一个齐纳稳压管出现故障时，另外两个齐纳稳压管还可以继续使用，起到限压的作用，从而使本发明安全性更高，限压更可靠。

当然，限压模块除了可以包括三个并联的齐纳稳压管还可以包括多个并联的齐纳稳压管，本发明对齐纳稳压管的数量不做限定。

请参照图5，图5为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图，该本质安全型电源在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，限流模块3包括第一电阻R₁，第二电阻R₂，第三电阻R₃，第四电阻R₄，其中：

第一电阻R₁的第一端和第二电阻R₂的第一端连接，其公共端作为限流模块3的输入端，第一电阻R₁的第二端分别和第二电阻R₂的第二端、第三电阻R₃的第一端及第四电阻R₄的第一端连接，第三电阻R₃的第二端和第四电阻R₄的第二端连接，其公共端作为限流模块3的输出端。

具体的，上述连接关系可以限制输出到用电设备电源端的最大输出电流，即使某一个电阻出现故障，也可以保证由隔离变压器T₁副边输出的能量会经过剩下的三个电阻中任意两个电阻的限流，这种连接关系可以保证本发明中的限流模块3的限流能力不受故障电阻的影响，可以理解的是，第一齐纳稳压管Z₁、第二齐纳稳压管Z₂、第三齐纳稳压管Z₃的击穿电压与第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄的等效电阻阻值的比值即为该本质安全型电源可能输出的最大电流。

请参照图6，图6为本发明所提供的一种本质安全型电源的另一种结构示意图，该本质安全型电源在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该本质安全型电源还包括自恢复保险F₁和瞬态抑制管TVS₁，其中：

自恢复保险F₁的第一端和供电模块的电源端连接，自恢复保险F₁的第二端和瞬态抑制管TVS₁的第一端及隔离变压器T₁的原边连接，瞬态抑制管TVS₁的第二端和地连接。

具体的，对于本发明所提供的本质安全型电源，当其外部存在高于正常工作电压的电压输入时，即供电模块输出了高于本质安全型电源正常工作的电压时，瞬态抑制管TVS₁开始击穿，限制流向隔离变压器T₁的电压，保证后方线路的安全，此时自恢复保险F₁有大电流经过，自恢复保险F₁由于自身的热效应，开始高阻状态，起到一个限流的作用，当外部高压撤离后，自恢复保险F₁又开始进入正常工作状态。

作为一种优选的实施例，该本质安全型电源还包括温度开关KT₁，温度开关KT₁的第一端和供电模块的电源端连接，温度开关KT₁的第二端和自恢复保险F₁的第一端连接。

具体的，温度开关KT₁用于异常状态时的过温保护，保证本发明所提供的本质安全型电源在异常状态下的防爆安全。当本发明所提供的本质安全型电源出现异常损坏或其他不可预见原因导致本质安全型电源温度过高时，能够切断外界供电模块的电源供应，限制了本质安全型电源的最高温度，保证了防爆安全。

作为一种优选的实施例，该本质安全型电源还包括超快熔断保险F₂，超快熔断保险F₂的第一端和隔离变压器T₁的副边连接，超快熔断保险F₂的第二端分别和限压模块2的输入端及限流模块3的输入端连接。

具体的，超快熔断保险F₂用于在异常状态时保护齐纳稳压管不至于损坏，使得本发明所提供的本质安全型电源的输出电压即使在异常状态下，仍在设计的限定值范围内，进一步保证了防爆安全。

可以理解的是，当隔离变压器T₁原边的电路部分异常工作时，隔离变压器T₁有可能输出比正常输出电压高的多的电压，此时齐纳稳压管处于击穿状态，流过齐纳稳压管的电流就会很大，此时若不加以限制，齐纳稳压管最终会因为过热而损坏，失去限压的作用。超快熔断保险F₂的引入，可以在很短的时间内熔断，从而保证齐纳稳压管不会因为过热而损坏，保护了齐纳稳压管。

作为一种优选的实施例，该本质安全型电源还包括限流电阻R_S，限流电阻R_S的第一端和超快熔断保险F₂的第二端连接，限流电阻R_S的第二端分别和限压模块2的输入端及限流模块3的输入端连接。

具体的，限流电阻R_S用于限制流过齐纳稳压管的最大电流，以提高齐纳稳压管的过流生存时间。

作为一种优选的实施例，通信模块4包括第一光电耦合器OPT₁和第二光电耦合器OPT₂，其中：

第一光电耦合器OPT₁的信号输入端作为通信模块4的第一输入端，第一光电耦合器OPT₁的信号输出端作为通信模块4的第一输出端，第二光电耦合器OPT₂的信号输入端作为通信模块4的第二输入端，第二光电耦合器OPT₂的信号输出端作为通信模块4的第二输出端。

具体的，由于光电耦合器的输入和输出是以光信号进行控制的，没有直接的电气联系，因此可以利用光电耦合器来为安全区与危险区提供信号通道，且本发明选用两个光电耦合器，可以进行安全区和危险区之间的双向通信。第一光电耦合器OPT₁和第二光电耦合器OPT₂均选用高隔离电压的光电耦合器，尤以OPI1264系列为最佳，其隔离电压可以达到10kV。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。