一种矿用本安电源用双重保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及本安电源领域，尤其涉及一种矿用本安电源用双重保护电路。
【背景技术】
[0002]在煤矿井下或者石化工业的爆炸性气体环境中，如在有甲烷、汽油、煤尘等爆炸性混合物的环境中，电气设备的使用对电源的电压和电流有着严格的要求，电源电压和电流的大小对电气设备的正常工作和煤矿井下安全有着非常重要意义，直接关系到煤矿井下作业的安全进行，各电气设备必须工作在允许的电压和电流范围内。
[0003]矿用本安电源的核心就是保护电路，按照相关标准，矿用本安电源需要具备双重过电流、过电压保护电路，在故障解除之后能自动恢复供电，已公开的本安电源保护电路专利均采用了单稳态触发器和比较器的结构已达到上述要求，此类保护电路需要外加迟滞功能和辅助电源电路以适应不同输出电压等级的需要。
[0004]申请号为“CN201110375240.6”的专利“矿用电源安全二级保护电路”在发生过电流和过电压的情况下均可以进行保护，但是只是关断本安输出正极，没有关断本安输出的负极，一旦此开关失控，就失去了保护的作用，安全性能低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种矿用本安电源用双重保护电路，在过电流和过电压任意一种情况发生时均同时关断本安输出的正极和负极，关断速度可达lus，不需要辅助电源电路，不需要单稳态触发器，不需要外加迟滞，结构简单，使用灵活，适用于12v、15v、18v、24v等常见的本安电源用保护电路。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种矿用本安电源用双重保护电路，包括:第一级保护电路和第二级保护电路；
[0008]所述第一级保护电路的输入端连接取样电路的输出端，所述第一级保护电路的输出端连接第一开关；输入电源正极和本安输出正极通过所述第一开关连接；
[0009]所述第二级保护电路的输入端连接取样电路的输出端，所述第二级保护电路的输出端连接第二开关；本安输出负极和输入电源负极通过所述第二开关连接；
[0010]所述取样电路包括电流取样电路和电压取样电路；
[0011]所述电流取样电路串联在第二开关与输入电源负极之间的连线上，用于检测本安电源输出电流；
[0012]所述电压取样电路串联在输入电源正极和输入电源负极之间的连线上，用于检测本安电源输出电压。
[0013]所述第一级保护电路包括过电流检测比较器Ul和过电压检测比较器U2 ;
[0014]过电流检测比较器Ul的输入引脚连接电流取样电路的输出端，输出引脚连接过电压检测比较器U2的输入引脚，电压取样电路的输出端连接U2的另一输入引脚；
[0015]输入电源同时为过电流检测比较器Ul和过电压检测比较器U2供电，过电流检测比较器Ul和过电压检测比较器U2的电源引脚都连接输入电源正极，过电流检测比较器Ul和电压检测比较器U2的电源引脚各自通过滤波电容后接地；
[0016]过电流检测比较器Ul的输出引脚与过电压检测比较器U2的输入引脚连接，
[0017]过电压检测比较器U2的输出引脚并接在一起后连接到三极管Ql的基极，三极管Ql的集电极与场效应管Q2的栅极连接，三极管Ql的发射极接地，输入电源正极连接电阻R3后连接到三极管Ql的集电极，输入电源正极连接电阻R4后连接到三极管Ql的基极，三极管Q3的发射极接地；
[0018]场效应管Q2的源极接输入电源正极，漏极接本安输出正；
[0019]场效应管Q2为所述第一开关。
[0020]所述第二级保护电路包括过电流检测比较器U3和过电压检测比较器U4 ;
[0021]过电流检测比较器U3的输入引脚连接电流取样电路的输出端，输出引脚连接过电压检测比较器U4的输入引脚，电压取样电路的输出端连接过电压检测比较器U4的输入引脚；
[0022]输入电源同时为过电流检测比较器U3和过电压检测比较器U4供电，过电流检测比较器U3和过电压检测比较器U4的电源引脚都连接输入电源正极，过电流检测比较器U3和过电压检测比较器U4的电源引脚各自通过滤波电容后接地；
[0023]过电流检测比较器U3的输出引脚与过电压检测比较器U4的输入引脚连接，
[0024]过电压检测比较器U4的输出引脚并接在一起后分为三条支路，一条支路连接电阻R5后连接输入电极正极，一条支路连接电阻R6后接地，一条支路连接电阻Rll后连接场效应管Q3的栅极；
[0025]所述场效应管Q3的漏极接本安输出负极；
[0026]场效应管Q3为所述第二开关。
[0027]所述取样电路由一取样电阻R12完成，电阻R12的一端连接输入电源负极，另一端连接场效应管Q3的源极，电阻R12与场效应管Q3的源极连接的一端为电流取样电路的输出端。
[0028]所述电压取样电路包括串联连接的电阻R9和电阻R10，电阻R9的一端连接输入电源正极，另一端连接电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端连接输入电源负极，电阻RlO的两端并联电容C11，电阻R9和电阻RlO连接的一端为电压取样电路的输出端。
[0029]本发明的有益效果是:
[0030]本发明在发生过电流或者过电压的情况下均切断输出，结构简单，成本低，关断速度可达lus，故障解除后可以自动恢复工作。它包括4只比较器、两个场效应管开关，两个电压比较器构成单稳态触发器，自带迟滞和电压参考，不需要额外加单稳态触发器和辅助电源电路。
【附图说明】
[0031]图1是本发明的电路结构示意图；
[0032]图2是本发明所述的双重保护电路图，含第一级保护电路和第二级保护电路。
[0033]图3是本发明所述的保护电路的关断波形。
[0034]其中，1.输入电源正极，2.过电流检测比较器Ul，3.过电压检测比较器U2，4.第一开关，5.过电压检测比较器U4，6.过电流检测比较器U3，7.第二开关，8.电压取样电路输出端，9.电流取样电路输出端，10.输入电源负极，11.代表mosfet开关的驱动电压波形，12.代表本安输出电压波形。
【具体实施方式】
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[0035]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0036]如图1-2所示，一种矿用本安电源用双重保护电路，包括:第一级保护电路(图1中过电流检测比较器Ul 2、过电压检测比较器U2 3、第一开关4)和第二级保护电路(图1中过电压检测比较器U4 5、过电流检测比较器U3 6、第二开关7);外部输入电源直接给过电流检测比较器Ul 2、过电压检测比较器U2 3、过电流检测比较器U3 6、过电压检测比较器U4 5供电。过电流检测比较器Ul 2、过电压检测比较器U2 3、过电压检测比较器U4 5、过电流检测比较器U3 6为相同型号，型号为:NCV33161。
[0037]比较器内置电压参考，双通道带迟滞电压比较器。外部输入电源连接到场效应管Q2的源极，场效应管Q2的漏极连接本安输出的正极，本安输出负极连接场效应管Q3的漏极，电流取样端连接场效应管Q3的源极，场效应管Q3的源极通过R12连接输入电源负极10。CS通过电阻R12连接输入电压负极，为电流取样电路输出端9，用于检测输出回路电流。VS通过电阻R9连接输入电源正极1，通过RlO连接输入电源负极10，为电压取样电路输出端8，用于检测输出电压。
[0038]第一级保护电路包括过电流检测比较器Ul 2和过电压检测比较器U2 3 ;
[0039]过电流检测比较器Ul 2的3脚连接电流取样电路的输出端，5引脚连接过电压检测比较器U2 3的2引脚，电压取样电路的输出端连接过电压检测比较器U2 3的3引脚；
[0040]过电流检测比较器Ul 2的I引脚与7引脚连接后连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地；输入电源同时为过电流检测比较器Ul 2和过电压检测比较器U2 3供电，过电流检测比较器Ul 2和过电压检测比较器U2 3的8引脚都连接输入电源正极，过电流检测比较器Ul 2和过电压检测比较器U2 3的8引脚各自通过滤波电容Cl、C7后接地；
[0041]过电流检测比较器Ul 2的5引脚与过电压检测比较器U2 3的2引脚连接，电容C3的一端连接在过电流检测比较器Ul 2的5引脚与过电压检测比较器U2 3的2引脚连线上，另一端接地；过电压检测比较器U2 3的I引脚和2引脚之间连接电阻R1，过电压检测比较器U2 3的I引脚和7引脚连接后连接电容C8的一端，电容C8的另一端接地；
[0042]过电压检测比较器U2 3的输出端5、6并接在一起后连接到三极管Ql的基极，三极管Ql的集电极与场效应管Q2的栅极连接，三极管Ql的发射极接地，输入电源正极连接电阻R3后连接到三极管Ql的集电极，输入电源正极连接电阻R4后连接到三极管Ql的基极，三极管Q3的发射极接地；
[0043]场效应管Q2的源极接输入电源正极，漏极接本安输出正极。
[0044]场效应管Q2既为第一开关，通过两个比较器Ul U2的串联以及电阻Rl和电容C3的组合达到了过电流保护时延时重启的目的。
[0045]第二级保护电路包括过电流检测比较器U3 6和过电压检测比较器U4 5 ;
[0046]过电流检测比较器U3 6的