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1、建材世界2012年第33卷第4期doi:10.3963/j.issn.1674—6066.2012.04.043本安电源的理论研究与应用周春明(凯盛重工有限公司,淮南232058)摘要:分橱表明如果审1作大功率本安电源,利兵l本质安全电源研究特性的数学模型从数学模型的计算值中取出满足本质安全要求参数范围内的一个值,以此计算的理论值则可作为研制本安电源最终的决策依据。关键词:本质安全电源;大功率;数学模型ResearchandApplicationonIntrinsicSafetyPowerZHOUChun—ruing(Tri
2、umphHeavyIndustryCo,Ltd,Huainan232058,China)Abstract:Theanalysisshowsthatifyoumakehighpowerintrinsicsafetypowersupply,usingmathematicalmodelstudyoncharacteristicsofintrinsicallysafepowersupplyfromthemathematicalmodelparametersmeettheessentialsafetyrequirementsoutof
3、thecalculationofvaluesofavalueintherange,developmentofthistheorycanbeusedasthevalueofthispoweroffinaldecision.Keywords:intrinsicsafetypower;highpower;mathematicalmodel随着石化、煤矿生产的机械化、自动化程度和通信能力的不断提高及各类监测监控系统的推广应用,这些危险性环境的用电设备越来越多、越来越复杂,用电设备发生的漏电、短路、过负荷、电火花等电气事故,成为这些危
4、险性环境可燃性气体或物质燃烧和爆炸的隐患。因此,应用在这类易燃、易爆环境的监控系统或其它用电设备,必须满足本质安全的要求,即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花均不能点燃规定的爆炸混合物,否则就要采取限制火花的相应措施或将其封装在笨重的防爆外壳内方能使用。煤矿井下各类传感器、单片机等电气设备的工作电压一般有24V,18V,12V,5V等电压等级,且本安电源要求输人输出必须进行电气隔离。目前,本安电源大多仍采用线性电源实现,由于线性电源存在着许多不足,因此,该设计采用单端反激式DC/DC变换器,它所需的外围元器件少,电路简
5、单,有较好的电压调整率,还可以实现多路输出。因此,笔者以LTl247为控制芯片设计一种单端反激式本安电源,为满足本安要求,采用高开关频率来减小变压器原边电感量,并在不影响电路性能的前提下,尽量采用小电容或者小电感,采取一些措施来减小电容的瞬间放电电流,从而降低电火花能量。文中具体介绍输入整流滤波电路的设计,给出了该电源主回路电路图,并分析了其工作原理。1电源总体结构框图设计根据煤矿用直流稳压电源的标准,井下除停车场、主运巷外,电源的输入电压一般为交流127V标称值的75%~110%,即95~140V。由于煤矿井下本安电路、电
6、气设备绝大多数属于ib等级,故本电源设计了两级过流过压保护电路,最终实现本安直流输出四。它主要由输入整流滤波、DC/DC变换、输出整流滤波和第二级过流过压保护电路组成,其总体结构框图如图1所示。收稿日期:2012—05—15.作者简介:周春踢(1960一),高级工程师.E-mail:jiancaisj@ctiec.net139建材世界2012年第33卷第4期图1电流总体结构框图2本安电源的设计本电源的驱动芯片采用LinearTechnology公司生产的电流控制型PWM控制器LTl247,它完全兼容常用的UCl843系列芯片
7、,并进行了一些改进,将贯通图腾柱上下两个开关管的电流降低到最小,使电路的工作频率高达1MHz;对电流比较器部分增加了消隐电路(Blanking),这样无需在电流传感器后级加滤波电路,从而将信号的延迟时间控制在30as以内。提高频率可以减小变压器原边电感设计,使电源更容易达到本安要求;响应速度快使电路稳定性更好,以适应更高的开关频率。此芯片的启动电压为84V,欠压保护电压为7.6V,启动电流仅250A。单端反激式可实现多路输出,但文中只介绍其中一路18v/iA直流输出,其他几路可类似设计。要实现电气防爆可以考虑3种途径:1)通
8、过限制电气设备电路中的各种参数,特别是储能元件电感与电容的参数;2)采取各种过流过压保护措施来限制电路的火花放电能量和热能;3)通过控制电路来切断电源对输出的影响和设计储能元件的放电回路。滤波电路应尽量避免使用电感滤波或Lc滤波电路,考虑到本安电源的特殊性(即本质安全性),设计了如图2所示
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