1、本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*摘要摘要 研究了煤矿井下本质安全防爆直流电源的特点，详细阐述研究了煤矿井下本质安全防爆直流电源的特点，详细阐述了本质安全防爆开关电源的设计思路，对开关电源中储能了本质安全防爆开关电源的设计思路，对开关电源中储能元件的保护方法进行了分析。元件的保护方法进行了分析。 设计了一种隔爆兼本安直流开关电源系统（带有备用电设计了一种隔爆兼本安直流开关电源系统（带有备用电源），将不间断供电、输出电压稳定与调节等功能集成在源），将不间断供电、输出电压稳定与调节等功能集成在一个功率变换级上。一个功率变换级上。 进行了电路试验，试验结果证明了理论分析的正确性和
2、设进行了电路试验，试验结果证明了理论分析的正确性和设计的可行性。计的可行性。 设计了矿用隔爆直流电源的防爆壳体，包括从防爆外壳的设计了矿用隔爆直流电源的防爆壳体，包括从防爆外壳的选材，到接线方式，以及电源与外壳之间的填料，达到隔选材，到接线方式，以及电源与外壳之间的填料，达到隔爆防爆的目的。爆防爆的目的。 关键词：隔爆兼本安；开关电源；关键词：隔爆兼本安；开关电源；DC-DC ；防爆外壳防爆外壳 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*引言引言 本质安全电路是指在规定的试验条件下，本质安全电路是指在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火正常工作或规定的故障状态下产
3、生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物的电路。混合物的电路。 相对普通直流稳压开关电源，有以下特点相对普通直流稳压开关电源，有以下特点 1. 对电路内的较大的储能元件要进行防护；对电路内的较大的储能元件要进行防护； 2. 输出端要有限压限流保护环节；输出端要有限压限流保护环节； 3. 结构上要隔爆防爆。结构上要隔爆防爆。本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*本安电源防爆结构防爆外壳，壳体采用防爆外壳，壳体采用优质钢板压制而成。优质钢板压制而成。接线采用航空插头，接线采用航空插头，接触良好，内外隔绝接触良好，内外隔绝本安直流稳压开关
4、电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*电源内部灌注树脂灌注树脂前内部结构灌注树脂前内部结构灌注树脂后灌注树脂后本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*本质安全防爆开关电源设计思路 1.电路中较大电容的保护 电容不作为滤波元件时，可采用电阻放电的方法减小电火花放电能量。 2.电路中较大电感的保护直流电路里电感并联二极管直流电路里电感并联二极管交流电路里电感并联稳压管交流电路里电感并联稳压管本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*本质安全防爆开关电源设计思路 3.增加稳压限流环节 作为电源稳压输出保护的多重化措施，也解决了电感断路火花问题 4.备用电源与主电路的连接方式
5、 通过三端口变压器连接通过三端口变压器连接 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*本质安全防爆开关电源设计 电路原理框图电路原理框图 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*主电路的工作模式 电源主电路拓扑电源主电路拓扑 正常模式正常模式 后备模式后备模式 充电模式充电模式 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*交流直流变换 交流直流变换包括交流直流变换包括EMI滤波和整流及直流直流变换良部滤波和整流及直流直流变换良部分。交流直流变换输入电压为交流分。交流直流变换输入电压为交流127V，50hz。交流。交流直流变换输出直流变换输出7.7V直流电压，
6、此输出直流电作为二级直流电压，此输出直流电作为二级DC/DC变换的输入电源。主电路等效为一个反激式变换的输入电源。主电路等效为一个反激式AC/DC变换器，变换器， 图中所用控制图中所用控制芯片是芯片是UC3843A本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*充电模块电路为保证电池长期供电，备用电源模块还需配加充电模块，为保证电池长期供电，备用电源模块还需配加充电模块，充电模块直接从市电引入，经过一系列变换将市电转换为充电模块直接从市电引入，经过一系列变换将市电转换为适合充电的直流电。适合充电的直流电。 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*DC3.3V本安模块本安模块
7、 DC3.3V本安模块由保护电路，控制电路和一3.3VDC/DC模块构成 1.保护电路保护电路2.DC3.3V DC/DC变换变换 BSI-3.3SR0A 实物图图中所用保护芯片为图中所用保护芯片为VC90本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*DC12V本安模块本安模块 DC12V本安模块也由保护电路，控制电路和一3.3VDC/DC模块构成 1.保护电路保护电路图中所用保护芯片为美上美公司的图中所用保护芯片为美上美公司的MM1414本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*DC12V本安模块本安模块 2. 12VDC/DC 上海恒率的上海恒率的WRD12S12-40
8、W模块模块 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*试验与结论 （1）正常工作模式的试验波形3.3V电压输出波形电压输出波形 12V电压输出波形电压输出波形 本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究 （2）过流保护特性）过流保护特性*结论：结论：通过上述试验可以看出，电源系统的电压、电流都分别满足电阻负载最小点燃电流曲线、电感负载（电感小于0.24mH）最小点燃电流曲线和电容负载（电容小于8uF）最小点燃电压曲线的要求，空载短路和额定负载短路时电源放电能量被限制在很小范围内，在正常工作时安全系数为2，当一级故障时安全系数为1.5，因此直流开关电源系统输出具有ib级的本
9、质安全防爆特性。本安直流稳压开关电源的研究本安直流稳压开关电源的研究*总结：总结：1.从本质安全的角度出发，研究了电容性电路闭合放电过程，确定了电路放电时放电间隙上的电压和电流变化规律，初步建立了电容性电路低能火花放电的数学模型，并对电容性电路经电感放电的特点进行分析，为本安电路设计提供必要的理论基础 2.研究了煤矿井下本质安全防爆直流电源的特殊性，针对煤矿井下的特殊要求，详细阐述了本质安全防爆开关电源的设计思路，对开关电源中储能元件的保护进行了分析，给出特殊处理方法 3.研究了本质安全电源与备用电源的多种连接方案，设计了一种新型隔爆兼本安直流开关电源系统（带有备用电源），将不间断供电、输出电压稳定与调节等功能集成在一个功率变换级上，具有电路拓扑简洁、变换效率高、不间断供电、成本低等优点。详细给出了系统中各环节的基本原理、设计步骤和计算方法。并进行了电路试验，试验结果证明了设计的可行性和合理性 致 谢 感谢各位老师对我的答辩进行悉心指导！感谢各位老师对我的答辩进行悉心指导！ 感谢各位同学对我毕业设计上的帮助！感谢各位同学对我毕业设计上的帮助！ 我会在以后的学习和工作中更加努力提高自我会在以后的学习和工作中更加努力提高自己！己！
