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礦用本質(zhì)安全型電源設(shè)計

文檔作者：王金輝韓?，? 文檔來源：中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司天地（常州）自動化股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月10日
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ELECTRONICS WORLD?技術(shù)交流
礦用本質(zhì)安全型電源設(shè)計
中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司 天地（常州）自動化股份有限公司 王金輝 韓?，?
【摘要】介紹了本安電源的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成以及電路的設(shè)計等。該電源利用URB2412LD作為穩(wěn)壓模塊，采用雙重
過壓過流保護(hù)電路，并具有自動恢復(fù)功能，電源輸出為12V、1.3A。在實際使用中，它具有輸出可靠、帶負(fù)載能力強、
體積小、安裝簡單等優(yōu)點。
【關(guān)鍵詞】煤礦；本安電源；雙重過壓過流保護(hù)電路；自動恢復(fù)功能
基金項目：天地（常州）自動化股份有限公司研發(fā)項目（15SY003-01）。
0 引言
礦用本質(zhì)安全型電源在煤礦井下應(yīng)用廣泛，目前常
用的本質(zhì)安全型電源存在帶容性負(fù)載差、故障保護(hù)速度慢
的問題，本文設(shè)計的電源具有帶容性負(fù)載能力強、故障保
護(hù)速度快、延時自恢復(fù)的特點，電源更安全更實用。
1 總體方案
本質(zhì)安全型電源由電源變壓器、AC/DC電源模塊、雙
重化限壓限流保護(hù)電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框圖
由于煤礦井下電源有多種電壓等級，電源變壓器采用輸
入端多抽頭方式的隔離型變壓器，滿足煤礦井下AC127V、
AC380V和AC660V不同電壓等級的要求［1］，并且變壓器可
以過濾多很多干擾，通過AC/DC隔離電源模塊可獲得高
效、高可靠性、安全隔離的DC12V電壓，最后經(jīng)雙重化的
限壓限流保護(hù)電路，輸出穩(wěn)定的直流12V電源，其最大輸
出電流可達(dá)1.3A。
2 穩(wěn)壓電路設(shè)計
從電源變壓器獲得的AC127V的交流電壓，通過AC/DC
電源隔離模塊轉(zhuǎn)換為“干凈”的直流電壓信號，將其作
為系統(tǒng)的直流電源。這里的穩(wěn)壓模塊采用LH40-10B12模
塊，該模塊輸入電壓范圍寬AC85V~AC264V，隔離電壓可
達(dá)3000V。
3 保護(hù)電路設(shè)計
圖2 保護(hù)電路
如圖2所示，保護(hù)電路主芯片采用LTC4211，它是一
款熱插拔控制器。一個內(nèi)部高端開關(guān)驅(qū)動器用于控制一個
外部N溝道MOSFET的柵極，以獲得2.5V至16.5V的電壓電源
范圍。LTC4211在啟動期間(其具有一個可編程持續(xù)時間)
提供了軟起動和浪涌電流限制功能。兩個片內(nèi)電流限制
比較器負(fù)責(zé)提供雙級過流電路斷路器保護(hù)作用。慢速比
較器在VCC–50mV跳變，并在20μs(或由一個外部濾波電
容器設(shè)置的時間)內(nèi)啟動?？焖俦容^器則在VCC–150mV跳
變，且通常可在300ns的時間內(nèi)做出響應(yīng)。FB引腳用于監(jiān)
視輸出電源電壓，并向RESET輸出引腳發(fā)出指示信號。ON
引腳信號負(fù)責(zé)接通和關(guān)斷芯片，而且還可用于提供復(fù)位
功能。MS封裝的器件具有FAULT和FILTER引腳，以采用一
個外部齊納二極管箝位提供額外的功能，例如：故障指
示、自動重試或鎖斷模式、可編程電流限制響應(yīng)時間和可
編程過壓保護(hù)［2］。本模塊體積小，通用性強，通過調(diào)節(jié)
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ELECTRONICS WORLD?技術(shù)交流
相應(yīng)電阻電容的參數(shù)獲得不同的輸出電壓和電流，可以
設(shè)計成一個通用性組件，用在不同的產(chǎn)品上［3］。
4 功能特點
4.1 正常啟動
在正常情況下，電源上電后，從AC/DC隔離電源模塊獲
得的DC12V電壓使控制芯片LTC4211正常啟動，此時芯片的
GATE輸出高電平使Q1導(dǎo)通，輸出端獲得穩(wěn)定的12V電壓。
4.2 故障狀態(tài)
當(dāng)負(fù)載短路或輸出電流超過最大輸出電流1.3A時，
取樣電阻Rs1檢測到過流信號，GATE腳輸出低電平將Q1
關(guān)斷，電源無輸出，當(dāng)過流或短路消失后GATE輸出高電
平，使Q1開通，電源恢復(fù)正常運行。當(dāng)輸出電壓超過設(shè)
定的12.5V出現(xiàn)過壓時，F(xiàn)B腳通過分壓電阻獲得過壓信
號，再通過關(guān)斷Q1來控制輸出。
5 結(jié)語
本文設(shè)計的這款本質(zhì)安全型電源具有很高的可靠性，
帶容性負(fù)載能力強，保護(hù)速度快，無需復(fù)雜的調(diào)試過程，
能夠在煤礦井下安全的運行。
參考文獻(xiàn)
[1]朱前偉.一種新型礦用本質(zhì)安全型電源的設(shè)計[J].工
礦自動化,2010(10).
[2]LINEAR公司LTC4211芯片手冊,2006.
[3]周雪峰一種新型礦用本安電源保護(hù)電路的設(shè)計[J].
工礦自動化,2013,39(7)：
作者簡介：
王金輝（1985—），男，工程師，現(xiàn)供職于中煤科
工集團(tuán)常州研究院有限公司，主要從事煤礦本安類產(chǎn)品
的審查與檢驗工作。
韓福瑩（1987—），女，工程師，現(xiàn)供職于天地
（常州）自動化股份有限公司，主要從事礦用監(jiān)控類產(chǎn)
品輔助開發(fā)及產(chǎn)品防爆標(biāo)志、安全標(biāo)志認(rèn)證工作。
斷，PLC自動輸出停車，實現(xiàn)刮板運輸機、破碎機、轉(zhuǎn)載
機依次停車。
4)與組合開關(guān)建立RS485通訊，實現(xiàn)對組合開關(guān)的
電壓、電流、過載、過流、缺相、合分閘狀態(tài)、報警數(shù)
據(jù)、報警記錄等的監(jiān)測；實現(xiàn)對組合開關(guān)各回路的遠(yuǎn)程
分合閘控制。
5)與移變建立RS485通訊，實現(xiàn)對移變的電壓、電
流、過載、過流、缺相、合分閘狀態(tài)、報警數(shù)據(jù)、報警
記錄等的監(jiān)測；實現(xiàn)對移變的遠(yuǎn)程分合閘控制。
6)給上位機、隔爆兼本安型PLC提供UPS后備電源，
保證掉電后，設(shè)備能夠正常工作1小時以上。
7)系統(tǒng)具備查看歷史記錄功能，能夠查看設(shè)備報警
記錄、歷史數(shù)據(jù)曲線、歷史操作記錄的功能。
5 結(jié)語
本系統(tǒng)利用視頻監(jiān)控，總線通訊、電液系統(tǒng)改造等
技術(shù)，實現(xiàn)了綜采工作面設(shè)備的集中控制，將綜采工作
面的三個崗位合并為一個，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性，
有效實現(xiàn)了減員增效的目的。
參考文獻(xiàn)
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[2]趙永德,宋鵬,陳爽,錢伯軍.綜采工作面自動化技術(shù)
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[3]譚得健,徐?？?張申.淺談自動化、信息化與數(shù)字
礦山[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(01).
[4]盛國軍,孫啟生,宋華嶺.薄煤層綜采的綜合創(chuàng)新技
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[5]郜振國,楊瀟.信息技術(shù)在煤炭企業(yè)的應(yīng)用趨勢分析
[A].創(chuàng)新·融合·發(fā)展——創(chuàng)新型煤炭企業(yè)發(fā)展與信息化
高峰論壇論文集[C].2010.
作者簡介：
王波（1984—），男，陜西神木人，中國礦業(yè)大學(xué)
研究生院碩士研究生，工程師。
吳曉娥（1984—），女，陜西神木人，中級教師。
（上接第197頁）

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