基于STM32的礦用本質(zhì)安全型電源設計

0 引言

　　本安電源是本安型電氣設備的一個(gè)重要組成部分，由于煤礦的機械化，井下傳感器、彎道報警器等設備的供電，通信、報警都需要供電設備。但是基于井下復雜的環(huán)境，對供電設備的要求也是非常嚴格的，它要求電源電路的內部和引出線(xiàn)無(wú)論是在正常工作還是在故障狀態(tài)下都是安全的并且產(chǎn)生的電火花不會(huì )點(diǎn)燃周?chē)h(huán)境中的爆炸性混合物。本安電源有“ia”和“ib”兩個(gè)等級。在本文中介紹的本安電源是井下常用的“ia”等級，也就是說(shuō)在一個(gè)故障，一套保護電路損壞的情況下也能繼續工作。

　　1 本安電源的組成及工作原理

　　1.1 電源

　　本系統中本安電源的輸入+Vin、-Vin為48 V 直流電源，經(jīng)過(guò)DC/DC 電源轉換模塊（U1）輸出12 V直流電，U2是7805 穩壓模塊， 把12 V 直流電穩壓輸出5 V 電壓為比較器提供電源。圖1 中R1是第1級過(guò)流保護采樣電阻，R2是第2 級過(guò)流保護采樣電阻， 采樣電阻把電流值轉換為電壓值GND1、GND2以便使用STM32 進(jìn)行過(guò)流監控。

圖1 工作原理

　　1.2 主回路

　　由于本系統是基于STM32 的本安電源的監控，圖2 是主回路， 圖中UrU1、UrU2和UrUrout

　　是采樣電壓，STM32 通過(guò)監控這3 個(gè)電壓值就可以確定本安電源是否過(guò)壓。當BH1是低電平的時(shí)候Q4不導通、Q3截止，那么本安電源就沒(méi)有輸出；當BH1是高電平的時(shí)候Q4、Q3導通，Q1、Q2

　　也導通。由于Q1、Q2導通UrU2上就有采樣電壓，BH2的電平高低決定R24上的電壓是否為零。所以，只有當BH1和BH2同時(shí)為高電平的時(shí)候本安電源才有輸出，其中任何一個(gè)是低電平本安電源就進(jìn)入保護狀態(tài)，這就是主回路的雙重保護。

圖2 主回路

　　1.3 保護電路

　　本系統中的保護電路有過(guò)流保護和過(guò)壓保護及其恢復電路。此系統是“ia”等級的本安電源，所有保護電路都有2 級， 本文只介紹其中的1 級。第2級和第1 級的電路是相同的。

　?。?）過(guò)流保護

　　圖1 中的采樣電阻把電流值轉換為電壓值GND1、GND2.圖3 中調節變阻器R32設定過(guò)流保護

　　值為800 mA,采樣電壓GND1 通過(guò)U3放大，然后通過(guò)比較器U4和設定的電壓值相比較控制BH1.當GND1 大于設定值時(shí)，比較器輸出為低電平，本安電源沒(méi)有輸出。同時(shí)放大后的GND1 經(jīng)過(guò)電壓跟隨器U5連接到STM32 的AD 轉換管腳，以便對其進(jìn)行軟件監控。第2 級過(guò)流保護同理。

圖3 過(guò)流保護