專利名稱：煤礦用高隔離電壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電源系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種煤礦用高隔離電壓電源。
背景技術(shù)：
中國是煤炭消耗大國，國家特別重視煤炭資源的開發(fā)和利用，通過各種安全規(guī)范和技術(shù)措施來確保這一重要能源供給的可靠性、可持續(xù)性發(fā)展。煤炭生產(chǎn)包括礦井探測、采掘、運輸、安全監(jiān)測、通信及井上調(diào)控，監(jiān)控等重要環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)采用的設(shè)備均需遵照煤安標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。針對給眾多電子設(shè)備提供電力的電源系統(tǒng)有這樣的規(guī)格要求:體積小型化、隔離電壓高、能在本安電源下正常工作。也就是要求小型化的電源能在煤礦本安電源12V和18V供電下，滿足隔離電壓高，啟動電流小的設(shè)計、測試和認(rèn)證要求。目前，常規(guī)廠家生產(chǎn)的用于上述環(huán)境的電源產(chǎn)品時，一般有體積大不便于安裝，設(shè)備小型化；需加外圍電路來降低啟動電流而導(dǎo)致設(shè)計復(fù)雜成本升高；產(chǎn)品效率低等缺陷。

實用新型內(nèi)容本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種煤礦設(shè)備專用電源系統(tǒng)，能夠使輸入隔離電壓高啟動電流小，并且實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，除此之外，能夠達(dá)到電源轉(zhuǎn)換效率高、功耗小、可靠性和穩(wěn)定性好的效果，符合節(jié)能環(huán)保要求。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的一個技術(shù)方案是:提供一種煤礦用高隔離電壓電源，包括:變壓器、輸入濾波電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路和啟動及輔助電源電路，所述變壓器和輸出濾波電路電磁耦合，所述輸入濾波電路與啟動及輔助電源電路連接，所述啟動及輔助電源電路連接與變壓器相連接，所述控制電路與啟動及輔助電源電路相連接，所述反饋電路與輸出濾波電路電性連接，所述啟動及輔助電源電路與輸出濾波電路耦合。在本實用新型一個較佳實施例中，所述輸出濾波電路包括二極管、電感、第一電容和第二電容，所述二極管的陽極與變壓器相連接，陰極與電感和第一電容相連接，所述電感另一端連接至第一輸出端，所述第二電容的兩端分別于第一輸出端和第二輸出端相連接，所述第一電容一端與變壓器相連接，另一端連接至二極管和電感之間。在本實用新型一個較佳實施例中，所述反饋電路包括光電耦合電路和誤差放大電路，所述光稱合電路包括第一光電稱合器、第三電阻和偏置電阻，所述第一光電稱合器與偏置電阻并聯(lián)后與第三電阻串聯(lián)，所述誤差放大電路包括第一電阻和穩(wěn)壓環(huán)路，所述第一電阻和穩(wěn)壓環(huán)路相連接，所述穩(wěn)壓環(huán)路包括第四電阻、第二電阻、第三電容和穩(wěn)壓源，所述第一電阻一端連接到輸出濾波電路上，另一端連接在第二電阻上，所述第二電阻另一端接地，所述第四電阻和第三電容串聯(lián)后與穩(wěn)壓源并聯(lián)，所述穩(wěn)壓源一端連接在第一電阻和第二電阻之間，另一端接地。在本實用新型一個較佳實施例中，所述控制電路包括控制芯片，所述控制電路包括控制芯片，所述控制芯片包括第一引腳、第二引腳、第三引腳、第四引腳、第五引腳、第六引腳、第七引腳和第八引腳，所述第一引腳和第二引腳之間連接有第二光電耦合器，所述，所述第三引腳上連接有第五電阻和第四電容，第五引腳接地，所述第六引腳連接與MOSFET開關(guān)管相連接，所述第七引腳與啟動及輔助電源電路相連接，所述第八引腳上連接有第五電容。在本實用新型一個較佳實施例中，所述啟動及輔助電源電路包括第六電阻、第七電阻、整流二極管和有極性電容，所述整流二極管的陰極與第七電阻連接，陽極與變壓器相連接，所述有極性電容的陽極分別與第七電阻和控制電路相連接，陰極接地，所述第六電阻一端與輸入濾波電路相連接，另一端與控制電路相連接。在本實用新型一個較佳實施例中，所述第一光電耦合器包括發(fā)光二極管。 在本實用新型一個較佳實施例中，所述第二光電耦合器包括光電三極管，所述光電三極管一端與第一引腳相連接，光電三極管的另一端與第二引腳相連接并且接地，所述光電三極管上連接有第八電阻和第六電容，所述第八電阻和第六電容串聯(lián)后與光電三極管并聯(lián)。本實用新型的有益效果是:本實用新型高隔離電壓煤礦設(shè)備專用電源系統(tǒng)是模塊化的，體積較小，利于加工和安裝，隔離電壓高，滿載帶容性負(fù)載工作時起機電流滿足煤礦設(shè)備中電源的應(yīng)用要求，應(yīng)用領(lǐng)特性突出。除此之外，所述新型高隔離電壓煤礦設(shè)備專用電源系統(tǒng)基于開關(guān)電源的原理及優(yōu)化設(shè)計使得電源轉(zhuǎn)換效率提高，功耗更小，符合節(jié)能環(huán)保的要求。

圖1是本實用新型煤礦用高隔離電壓電源一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中主要部件的標(biāo)記如下:1、變壓器，2、輸入濾波電路，3、輸出濾波電路，4、反饋電路，31、第一輸出端，32、第二輸出端，5、控制電路，6、啟動及輔助電源電路，41、誤差放大電路，42、第一光電稱合器,411、穩(wěn)壓環(huán)路,42、第二光電稱合器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實用新型的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本實用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，一種煤礦用高隔離電壓電源，包括:變壓器1、輸入濾波電路2、輸出濾波電路3、反饋電路4、控制電路5和啟動及輔助電源電路6，所述變壓器I分別和輸入濾波電路2和輸出濾波電路3電磁耦合，所述啟動及輔助電源電路6連接在輸入濾波電路2和變壓器I之間，所述控制電路5與啟動及輔助電源電路5相連接，所述反饋電路4與輸出濾波電路3電性連接，所述啟動及輔助電源電路6與輸出濾波電路3耦合。另外，輸出濾波電路3將變壓器I產(chǎn)生的發(fā)方波經(jīng)過整流濾波之后作為輸出電壓，所述輸出濾波電路3包括二極管Do、電感Lo、第一電容Col和第二電容Co2,所述二極管Do的陽極與變壓器I的端口 3相連接，陰極與電感Lo和第一電容Col相連接，所述電感Lo另一端進(jìn)一步連接至第一輸出端31,所述第二電容Co2的兩端與連接第一輸出端31與第二輸出端32相連接，所述第一電容Col —端與變壓器I的端口 4相連接，另一端與第二輸出端32相連接。另外，所述反饋電路4包括光電耦合電路和誤差放大電路41，所述光耦合電路包括第一光電稱合器、第三電阻Rop和偏置電阻Rbias,所述第一光電稱合器42與偏置電阻Rbias并聯(lián)后與第三電阻Rop串聯(lián),所述第一光電稱合器42包括發(fā)光二極管Dl,第三電阻Rop為發(fā)光二極管Dl的限流電阻，改變第三電阻Rop的阻值影響光耦的輸入、輸出電流從而影響控制芯片中開關(guān)管的占空比，所述誤差放大電路41包括第一電阻Rl和穩(wěn)壓環(huán)路411，所述第一電阻Rl和穩(wěn)壓環(huán)路411相連接，所述穩(wěn)壓環(huán)路411包括第四電阻Rf、第二電阻R2、第三電容Cf和穩(wěn)壓源IC431，所述第一電阻Rl —端連接到輸出濾波電路3上，另一端連接在第二電阻R2上，所述第二電阻R2另一端接地，所述第四電阻Rf和第三電容Cf串聯(lián)后與穩(wěn)壓源IC431并聯(lián)，第四電阻Rf和第三電容Cf串聯(lián)一端接精準(zhǔn)穩(wěn)壓源IC431的參考端R，另一端接其陰極K端所述穩(wěn)壓源IC431的R端連接在第一電阻Rl和第二電阻R2之間，穩(wěn)壓源IC431的陽極接地。光電耦合電路用于實現(xiàn)信號的隔離和傳輸，反饋電路4主要用于將輸出濾波電路3整流濾波后的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓源做比較，產(chǎn)生的誤差信號經(jīng)光耦隔離送給控制電路5,從而校正輸出電壓值。另外，所述控制電路5包括控制芯片，所述控制芯片包括第一引腳C0MP、第二引腳FB、第三引腳ISNS、第四引腳RT、第五引腳GND、第六引腳Vout、第七引腳VDD和第八引腳VREF，所述第一引腳COMP和第二引腳FB之間連接有第二光電耦合器43，所述，所述第三引腳ISNS上連接有電阻Rs I和電容Cs I組成的濾波電路，第五引腳GND接地，所述第六引腳連接Vout與MOSFET開關(guān)管相連接，Vout端用來產(chǎn)生使開關(guān)MOSFET開關(guān)管導(dǎo)通個截止的驅(qū)動信號，主功率電路完成輸入至輸出的能量傳遞，所述第七引腳VDD與啟動及輔助電源電路6相連接，所述第八引腳VREF上連接有第六電容Cref。另外，所述啟動及輔助電源電路6包括第六電阻Rst、第七電阻Rau、整流二極管Dau和有極性電容CVCC，所述第七電阻Rau與整流二極管Dau串聯(lián)，所述整流二極管Dau陽極與變壓器I相連接，所述有極性電容CVCC的陽極分別與第七電阻Rau和控制電路5相連接，陰極接地，所述第六電阻Rst —端與輸入濾波電路2相連接，另一端與控制電路5相連接。 另外，所述第二光電耦合器43包括光電三極管VTl，所述光電三極管VTl —端與第一引腳COMP相連接，光電三極管VTl的另一端與第二引腳FB相連接并且接地，所述光電三極管VTl上連接有第八電阻Re和第六電容Ce，所述第八電阻Re和第六電容Ce串聯(lián)后與光電三極管VTl并聯(lián)。變壓器I采用獨特的隔離技術(shù)，變壓器I層間繞組均采用膠紙隔離和擋墻工藝，膠紙和擋墻直接作為不同繞組漆包線之間的絕緣介質(zhì)。該隔離變壓器的骨架選取和工藝設(shè)計方面采用了上述類似的增加絕緣介質(zhì)工藝，變壓器I的原副邊繞組引腳的電氣間隙一般足夠，但是由于產(chǎn)品整體體積小，變壓器金屬引腳、漆包線浸錫后的線頭和鐵氧體磁芯的絕緣需要可靠的設(shè)計工藝來保證。本實用新型選取的方案在磁芯包膠紙時，膠紙寬度大于磁芯高度，用膠紙將磁芯的四個側(cè)面完全裹住，作為引腳和磁芯之前的第一層絕緣，同時在靠近骨架的磁芯底四周、變壓器引腳靠近骨架端的1/2長度(需留出一部分金屬引腳用于焊接)點上環(huán)氧樹脂，完全達(dá)到了變壓器隔離電壓的要求。變壓器、PCB、塑料外殼是產(chǎn)品隔離的主要元件，該產(chǎn)品元件主要采用0603表貼元件，小型貼片元件減小了 PCB占用面積，同時增大了原邊和副邊的電氣間隙，達(dá)到原副邊隔離的要求。變壓器I感值的設(shè)計:產(chǎn)品采用反激拓?fù)?，實際工作時可通過磁芯氣隙量的大小來決定變壓器的工作方式，如下圖2所示，可分為完全能量傳遞模式(DCM)和不完全能量傳遞模式(CCM)兩種方式。完全能量傳遞模式中，變壓器原邊電感值較小，為保證輸出功率變壓器要存儲足夠的能量，使得原邊的峰值電流較大，這樣M0SFET、輸入電容和取樣電阻上的損耗會加大，同時根據(jù)電感原理(L=Vt/ Δ I)產(chǎn)品起機時，電路輸出電壓還未建立，反饋環(huán)路處于開環(huán)狀態(tài)，施加在變壓器原邊的周期伏秒比正常工作時大得多，因而造成大的起機電流，不能滿足減小產(chǎn)品開機沖擊電流的要求；選用不完全能量傳遞模式，可以根據(jù)產(chǎn)品的工作需要，確保變壓器起機和過載時磁通密度不飽和的條件下，設(shè)置原邊工作電流的直流分量和交流分量的比例，計算原邊感值和磁芯氣隙量。本實用新型煤礦設(shè)備專用電源系統(tǒng)的工作原理如下:輸入電壓給電容Cdcl和Cdc2充電，得到的濾波直流電壓通過第六電阻Rst給控制電路5供電，使VDD達(dá)到工作電壓，控制電路5會有驅(qū)動信號產(chǎn)生，變壓器I磁場開始儲能，當(dāng)變壓器I開始反激工作進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時，變壓器I的磁場能量釋放使輸出得到電壓，經(jīng)過多個周期的工作，反饋電路4開始穩(wěn)定工作，輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定，同時輔助電源電路給VDD供電，使電路進(jìn)入正常的工作模式，而圖中輸出輸出濾波電路3實現(xiàn)整流濾波功能，得到穩(wěn)定的低紋波輸出電壓，穩(wěn)壓電路將輸出電壓跟基準(zhǔn)電壓源作比較，產(chǎn)生的誤差信號經(jīng)光耦隔離電路送與控制電路5部分，從而校正輸出電壓值。設(shè)計電感中值電流(即直流分量)Idc，勵磁電流初始值Ipl，峰值電流Ip2的關(guān)系為:Ipl/Ip2=2/3，Idc/Ip2=5/6。經(jīng)過測試，產(chǎn)品的整機效率有了顯著的提高，起機電流也有了明顯的減小。為了改善起機電流的余量，啟動第六電阻Rst和輔助供電電路、開關(guān)頻率的參數(shù)選取也在實驗中得到了的優(yōu)化。其優(yōu)化目的是達(dá)成起機過程中降低峰值電流的大小和減小峰值電流的持續(xù)時間，并滿足輸出足夠的功率。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型煤礦設(shè)備專用電源系統(tǒng)能夠使輸入隔離電壓高啟動電流小，并且實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，除此之外，能夠達(dá)到電源轉(zhuǎn)換效率高、功耗小、可靠性和穩(wěn)定性好的效果，符合節(jié)能環(huán)保要求。以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，包括:變壓器、輸入濾波電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路和啟動及輔助電源電路，所述變壓器和輸出濾波電路電磁耦合，所述輸入濾波電路與啟動及輔助電源電路連接，所述啟動及輔助電源電路連接與變壓器相連接，所述控制電路與啟動及輔助電源電路相連接，所述反饋電路與輸出濾波電路電性連接，所述啟動及輔助電源電路與輸出濾波電路耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，所述輸出濾波電路包括二極管(Do)、電感(Lo)、第一電容(Col)和第二電容(Co2)，所述二極管(Do)的陽極與變壓器相連接，陰極與電感(Lo)和第一電容(Col)相連接，所述電感(Lo)另一端連接至第一輸出端，所述第二電容(Co2)的兩端分別于第一輸出端和第二輸出端相連接,所述第一電容(Col)—端與變壓器相連接，另一端連接至二極管(Do)和電感(Lo)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，所述反饋電路包括光電率禹合電路和誤差放大電路，所述光稱合電路包括第一光電稱合器、第三電阻(Rop)和偏置電阻(Rbias)，所述第一光電耦合器與電阻(Rbias)并聯(lián)后與第三電阻(Rop)串聯(lián)，所述誤差放大電路包括第一電阻(Rl)和穩(wěn)壓環(huán)路，所述第一電阻(Rl)和穩(wěn)壓環(huán)路相連接，所述穩(wěn)壓環(huán)路包括第四電阻(Rf)、第二電阻(R2)、第三電容(Cf)和穩(wěn)壓源(IC431)，所述第一電阻(Rl)—端連接到輸出濾波電路上，另一端連接在第二電阻(R2)上，所述第二電阻(R2)另一端接地，所述第四電阻(Rf)和第三電容(Cf)串聯(lián)后與穩(wěn)壓源(IC431)并聯(lián)，所述穩(wěn)壓源(IC431) 一端連接在第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)之間，另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，所述控制電路包括控制芯片，所述控制芯片包括第一引腳、第二引腳、第三引腳、第四引腳、第五引腳、第六引腳、第七引腳和第八引腳，所述第一引腳和第二引腳之間連接有第二光電耦合器，所述，所述第三引腳上連接有第五電阻(Rsl)和第四電容(Csl)，第五引腳接地，所述第六引腳連接與MOSFET開關(guān)管相連接，所述第七引腳與啟動及輔助電源電路相連接，所述第八引腳上連接有第五電容(Cref)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，所述啟動及輔助電源電路包括第六電阻(Rst)、第七電阻(Rau)、整流二極管(Dau)和有極性電容(CVCC)，所述整流二極管(Dau)的陰極與第七電阻(Rau)連接，陽極與變壓器相連接，所述有極性電容(CVCC)的陽極分別與第七電阻(Rau)和控制電路相連接，陰極接地，所述第六電阻(Rst) —端與輸入濾波電路相連接，另一端與控制電路相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，所述第一光電耦合器包括發(fā)光二極管(D1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤礦用高隔離電壓電源，其特征在于，所述第二光電耦合器包括光電三極管(VTl),所述光電三極管(VTl) —端與第一引腳相連接,光電三極管(VTl)的另一端與第二引腳相連接并且接地，所述光電三極管(VTl)上連接有第八電阻(Re)和第六電容(Ce)，所述第八電阻(Re)和第六電容(Ce)串聯(lián)后與光電三極管(VTl)并聯(lián)。
專利摘要本實用新型公開了一種煤礦用高隔離電壓電源，包括變壓器、輸入濾波電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路和啟動及輔助電源電路，所述變壓器和輸出濾波電路電磁耦合，所述輸入濾波電路與啟動及輔助電源電路連接，所述啟動及輔助電源電路連接與變壓器相連接，所述控制電路與啟動及輔助電源電路相連接，所述反饋電路與輸出濾波電路電性連接，所述啟動及輔助電源電路與輸出濾波電路耦合。通過上述方式，本實用新型煤礦設(shè)備專用電源系統(tǒng)能夠使輸入隔離電壓高啟動電流小，并且實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，除此之外，能夠達(dá)到電源轉(zhuǎn)換效率高、功耗小、可靠性和穩(wěn)定性好的效果，符合節(jié)能環(huán)保要求。
文檔編號H02M3/335GK203027145SQ20122061369
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者吳偉 申請人:常州能動電子科技有限公司