CN104201914A - 一种矿用数字式本质安全输出电源 - Google Patents
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Abstract
一种矿用数字式本质安全输出电源，属于煤矿测控技术领域，其特征在于该电源由开关型本质安全输出电源和数字控制与通讯两部分组成，将数字控制与通讯技术运用到矿用本质安全输出电源，对本质安全电源实现数字控制，并可以实时掌握电源的工作参数（如电压、电流）及工作状态等信息。能够对本质安全输出电源的工作状态实时监测并实现远程传输，提高本质安全输出电源的输出效率及工作可靠性。适用于煤矿井下易燃易爆的工作环境中，具有可靠性高、抗干扰性好、效率高、可远程监测工作状态等优点。
Description
技术领域
本发明一种矿用数字式本质安全输出电源，属于煤矿测控技术领域，具体涉及一种同时使用数字与通讯技术的矿用本质安全输出电源，可以实时掌握电源的工作参数（如电压、电流）及工作状态等信息。适用于煤矿井下易燃易爆的工作环境中，具有可靠性高、抗干扰性好、可远程监测工作状态等优点。
背景技术
随着我国煤矿自动化、机械化程度的提高，本质安全型电气设备越来越多地应用在井下的通讯、监控、仪表、信号和自动化系统中。由于本质安全型输出形式与普通隔爆形式相比，具有安全性高、结构简单、适用范围广、易操作和维护方便等特点，因此获得广泛应用。
本质安全输出电源为本质安全设备提供电源，是煤矿本质安全设备的关键环节，为了更好地进行安全生产，目前煤矿使用两类隔爆兼本安电源，一类采用线性电源的结构，存在体积大、损耗大的缺点，使用逐渐减少；另一类采用开关电源技术的结构，特点是能够使电源的重量和体积显著地减小，实现小型化；一般使用散热少、功耗小的开关管，所需的散热片少；在电网波动大的场合有很强的适应能力，因此，这类电源在煤矿井下获得广泛应用。但是这种传统隔爆兼本安电源，开关管采用的是模拟量反馈控制，存在容性开通问题和感性关断等问题，而且电源的输出参数及状态无法实现远程监测，因而电源的可靠性及工作状态监测问题需要解决。
发明内容
本发明一种矿用数字式本质安全输出电源，目的在于通过硬件电路及软件的结合，同时采用数字控制技术与通讯技术，克服传统矿用模拟开关电源的缺点，实现对本质安全输出的数字控制，能够对本质安全输出电源的工作状态实时监测并实现远程传输，提高本质安全输出电源的输出效率及工作可靠性。
本发明一种矿用数字式本质安全输出电源，其特征在于是一种同时使用数字与通讯技术的，可以实时掌握电源电压或电流工作参数及工作状态信息的矿用数字式本质安全输出电源，该电源由开关型本质安全输出电源和数字控制与通讯两部分组成，其中所述开关型本质安全输出电源由整流电路1、滤波电路2、功率变换及输出电路3、充电管理电路4、双重过流过压保护电路5、锂电池7、光电隔离驱动电路16和脉宽调制电路15组成，交流输入信号由煤矿井下低压供电设备提供，一般为交流127V，经过整流电路1变换为脉动直流电，然后再经滤波电路2进行滤波后送到功率变换及输出电路3，功率变换及输出电路3受脉宽调制电路15控制，输出稳定的低压直流电，充电管理电路4主要负责对功率变换及输出电路3与锂电池7的输出进行管理，当功率变换及输出电路3正常工作时，充电管理电路4为锂电池7充电，当功率变换及输出电路3无输出时（例如无交流输入或功率变换及输出电路3失效），充电管理电路4控制锂电池7为后级电路供电，双重过流过压保护电路5实现输出电能的两级过压与两级过流保护，提供符合本质安全性能的电能；数字控制与通讯部分由单片机14、光电隔离驱动电路16、矿用本安分站6、RS485接口8、RS232接口9、第一电压电流变送电路10、第二电压电流变送电路11、第一A/D转换器12、第二A/D转换器13、第三电压电流变送电路18和第三A/D转换器19组成；第一电压电流变送电路10采集功率变换及输出电路3的电压与电流信息，转变为标准信号（0~5V），送到第一A/D转换器12，转换后被单片机14采集，经过单片机14运算处理，输出PWM信号经光电隔离驱动电路16控制脉宽调制电路15，实现功率变换及输出电路3的稳定输出；第二电压电流变送电路11通过充电管理电路4采集输出电压与输出电流信息，识别是锂电池7供电还是功率变换及输出电路3供电，以及测量供电电压与电流大小，第二电压电流变送电路11输出的标准信号（0~5V），送到第二A/D转换器13，转换后被单片机14采集；第三电压电流变送电路18输出的标准信号（0~5V），送到第三A/D转换器19，转换后被单片机14采集，实时获得双重过流过压保护电路5的输出电流电压值，单片机14采集的上述三路信号经RS232接口9传输至矿用本安分站6，矿用本安分站6经数据处理后，通过RS485接口8传输到上位机监控系统17，实现本质安全输出电源的工作状态远程监测。
本发明一种数字式隔爆兼本安电源与普通隔爆兼本安电源比较优点在于：
I. 可以方便地监控电源的工作状态，判别电源故障，维护更加方便；
II. 单片机不仅完成PWM信号控制，而且实现给本安分站传输数据；
Ⅲ.电源的可靠性获得提高。
附图说明
图1 一种矿用数字式本质安全输出电源电路原理图
1. 整流电路 2. 滤波电路 3. 功率变换及输出电路 4. 充电管理电路
5. 双重过流过压保护电路 6. 矿用本安分站 7. 锂电池 8. RS485接口
9. RS232接口 10.第一电压电流变送电路 11. 第二电压电流变送电路
12. 第一A/D转换器 13. 第二A/D转换器 14. 单片机
15. 脉宽调制电路 16.光电隔离驱动电路 17.上位机监控系统。
18.第三电压电流变送电路 19. 第三A/D转换器。
具体实施方案
实施方式1 ：
以下结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，交流127V电源，经整流电路1、滤波电路2后输入到功率变换及输出电路3，功率变换及输出电路3在反馈控制作用下输出稳定的直流电压。反馈控制回路连接于功率变换及输出电路3的输入端和输出端，该回路包括单片机14、脉宽调制电路15、光电隔离驱动电路16、第一电压电流变送电路10和第一A/D转换器12。功率变换及输出电路3的输出电压电流信号经第一电压电流变送电路10和第一A/D转换器12处理后，被单片机14采集，单片机14通过光电隔离驱动电路16驱动脉宽调制电路15，进而控制功率变换及输出电路3使其输出稳定的直流电压。功率变换及输出电路3输出的电压送到充电管理电路4，充电管理电路4负责对锂电池7进行充电控制，充电管理电路4主要负责对功率变换及输出电路3与锂电池7的输出进行管理，当功率变换及输出电路3正常工作时，充电管理电路4为锂电池7充电，当功率变换及输出电路3无输出时（例如无交流输入或功率变换及输出电路3失效），充电管理电路4控制锂电池7为后级电路供电。第二电压电流变送电路11输出的标准信号（0~5V），送到第二A/D转换器13，转换后被单片机14采集，实现充电管理电路4的状态监测。双重过流过压保护电路5实现输出电能的两级过压与两级过流保护，双重过流过压保护电路5的输出电压电流，经第三电压电流变送电路18输出的标准信号（0~5V），送到第三A/D转换器19，转换后被单片机14采集，实时获得双重过流过压保护电路5的输出电流电压值。上述三路信号经RS232接口9传输至矿用本安分站6，矿用本安分站6经数据处理后，通过RS485接口8传输到上位机监控系统17，实现本质安全输出电源的工作状态远程监测。
Claims (1)
1.一种矿用数字式本质安全输出电源，其特征在于是一种同时使用数字与通讯技术的，可以实时掌握电源电压或电流工作参数及工作状态信息的矿用数字式本质安全输出电源，该电源由开关型本质安全输出电源和数字控制与通讯两部分组成，其中所述开关型本质安全输出电源由整流电路（1）、滤波电路（2）、功率变换及输出电路（3）、充电管理电路（4）、双重过流过压保护电路（5）、锂电池（7）、光电隔离驱动电路（16）和脉宽调制电路（15）组成；数字控制与通讯部分由单片机（14）、光电隔离驱动电路（16）、矿用本安分站（6）、RS485接口（8）、RS232接口（9）、第一电压电流变送电路（10）、第二电压电流变送电路（11）、第一A/D转换器（12）、第二A/D转换器（13）、第三电压电流变送电路（18）和第三A/D转换器（19）组成；第一电压电流变送电路（10）采集功率变换及输出电路（3）的电压与电流信息，转变为标准信号（0~5V），送到第一A/D转换器（12），转换后被单片机（14）采集，经过单片机（14）运算处理，输出PWM信号经光电隔离驱动电路（16）控制脉宽调制电路（15），实现功率变换及输出电路（3）的电压稳定输出；第二电压电流变送电路（11）通过充电管理电路（4）采集输出电压与输出电流信息，识别是锂电池（7）供电还是功率变换及输出电路（3）供电，并测量供电电压与电流大小，第二电压电流变送电路（11）输出的标准信号（0~5V），送到第二A/D转换器（13），转换后被单片机（14）采集；第三电压电流变送电路（18）输出的标准信号（0~5V），送到第三A/D转换器（19），转换后被单片机（14）采集，实时获得双重过流过压保护电路（5）的输出电流电压值，单片机（14）采集的上述三路信号经RS232接口（9）传输至矿用本安分站（6），矿用本安分站（6）经数据处理后，通过RS485接口（8）传输到上位机监控系统（17），实现本质安全输出电源的工作状态远程监测。
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