CN102780390B - 矿用直流转换本安电源的缓启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿用直流转换本安电源的缓启动电路，包括电源输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和场效应管Q1，其中所述电容C1连接在电源的输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，起到滤除高频干扰的作用；所述电阻R1并联在电容C1两端，构成电容C1的泻放回路；所述电阻R2和电容C2串联，电阻R2的另一端连接电源的输入正极VIN+，电容C2的另一端连接电源输入负极VIN-；所述场效应管Q1的栅极与电阻R2和电容C2的连接点连接，晶体管Q1的源极连接电源输入负极VIN-，晶体管Q1的漏极连接后级本安电源的地GND；所述电容C3并联在直流转换本安电源模块的输入端，起到储能作用。本发明的电路提高矿下传感器设备的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，涉及一种矿用直流转换本安电源的缓启动电路，适用于矿下传感器网络等分布式***的供电。
背景技术
目前，随着国民经济的发展，分布式供电***在矿下得到了广泛的应用，矿井下分布着大量的传感器设备，这类传感器设备都有一个独立的直流转换本安电源模块，为其各自的传感器电路供电，同时这些传感器设备都由矿上的一个大型本安电源供电。
一般情况下，为保证矿下传感器设备工作电压的稳定，直流转换本安电源模块前端都并有大容量的电容。直流转换本安电源模块本身符合本质安全要求，但是在前级本安电源上电过程中，各个直流转换本安电源模块同时从母线中吸收大量的瞬间电流，造成前级本安电源的误动作，使得传感器设备不能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于为矿用直流转换本安电源模块提供一种矿用直流转换本安电源的缓启动电路，以减小上电时时，从前级本安电源的吸收的瞬间电流，提高矿下传感器设备的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种矿用直流转换本安电源的缓启动电路，其特征是：包括电源输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和场效应管Q1，其中所述电容C1连接在电源的输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，起到滤除高频干扰的作用；所述电阻R1并联在电容C1两端，构成电容C1的泻放回路；所述电阻R2和电容C2串联，电阻R2的另一端连接电源的输入正极VIN+，电容C2的另一端连接电源输入负极VIN-；所述场效应管Q1的栅极与电阻R2和电容C2的连接点连接，晶体管Q1的源极连接电源输入负极VIN-，晶体管Q1的漏极连接后级本安电源的地GND；所述电容C3并联在直流转换本安电源模块的输入端，起到储能作用。
所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路还包括二极管D1，二极管D1的阴极连接在电源的输入正极VIN+，二极管D1阳极连接场效应管Q1的栅极。
所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路还包括二极管D2，二极管D2串联在电源的输入正极VIN+和后级本案电源模块的正极输入端VCC之间，其中二极管D2的阴极连接在后级本案电源模块的正极输入端VCC，二极管D2阳极连接电源的输入正极VIN+。
所述的电阻R2的阻值范围在100K到1M之间，电容C2的电容值范围在1uF到10uF之间。
本发明相比于现有的技术具有如下优点：
1、由于上电时场效应管Q1处于关断状态，电容C2通过电阻R2充电，当电容C2的电压达到场效应管Q1的开启电压Vgs(th)时，场效应管Q1才开始导通，因此直流转换本安电源模块延迟一段时间开始上电，保证了直流转换本安电源模块在前级本安电源电压已经建立之后才上电，因此传感器设备所需的瞬间电流可以通过前级本安电源和储能电容共同提高，以减小上电时从前级本安电源吸收的冲击电流的大小；
2、随着场效应管Q1栅极和源极间的电压Vgs的缓慢升高，上电电流也缓慢升高直到直流转换本安电源模块前的储能电容充满，减少了上电过程中所需的峰值电流；
3、由于装配时电阻R2和电容C2随机组合，直流转换本安电源模块的延迟上电时间不相同，因此错开了各直流转换本安电源模块的上电时间，进一步减小对前级本安电源的冲击。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是矿用直流转换本安电源的缓启动电路。
具体实施方式
实施例1
一种矿用直流转换本安电源的缓启动电路，包括电源输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和场效应管Q1，其中所述电容C1连接在电源的输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，起到滤除高频干扰的作用；所述电阻R1并联在电容C1两端，构成电容C1的泻放回路；所述电阻R2和电容C2串联，电阻R2的另一端连接电源的输入正极VIN+，电容C2的另一端连接电源输入负极VIN-；所述场效应管Q1的栅极与电阻R2和电容C2的连接点连接，晶体管Q1的源极连接电源输入负极VIN-，晶体管Q1的漏极连接后级本安电源的地GND；所述电容C3并联在直流转换本安电源模块的输入端，起到储能作用。
实施例2
采用本发明的一个矿用直流转换本安电源的缓启动电路如图1所示。该电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、场效应管Q1、二极管D1和二极管D2其中所述电容C1连接在电源的输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，起到滤除高频干扰的作用；所述电阻R1并联在电容C1两端，构成电容C1的泻放回路；所述电阻R2和电容C2串联，电阻R2的另一端连接电源的输入正极VIN+，电容C2的另一端连接电源输入负极VIN-；所述场效应管Q1的栅极与电阻R2和电容C2的连接点连接，场效应管Q1的源极连接电源输入负极VIN-，场效应管Q1的漏极连接后级本安电源的地GND；所述电容C3并联在后级本安电源模块的输入端，起到储能作用；所述二极管D1的阴极连接在电源的输入正极VIN+，二极管D1阳极连接场效应管Q1的栅极；所述二极管D2串联在电源的输入正极VIN+和后级本案电源模块的正极输入端VCC之间，其中二极管D2的阴极连接在后级本案电源模块的正极输入端VCC，二极管D2阳极连接电源的输入正极VIN+；所述场效应管Q1为金属氧化物半导体场效应晶体管。
本发明的工作原理如下：
当前级本安电源上电时，场效应管Q1处于关断状态，电源线上的电压首先通过所述电容C1滤波，滤除电源线上的高频干扰，同时电源通过所述的电阻R2给电容C2充电，当电容C2上的电压上升到场效应管Q1的开启电压Vgs(th)时，场效应管Q1开始导通，导通所需时间Ton的计算方法为：Ton=R2*C2*ln（VIN/（VIN-Vgs(th)））；场效应管Q1导通后，传感器设备前的储能电容C3通过场效应管Q1和二极管D2与前级的本安电源连通，随着电容C2两端的电压逐渐升高，场效应管Q1的阻抗从高阻抗逐渐变为低阻抗，直到场效应管Q1完全导通。由于电阻R2和电容C2的延迟作用，保证了场效应管Q1导通的过程中，前级本安电源已经完全建立，电容C2的充电电流可以由前级的本安电源和储能电容共同提供，减少了开机时对本案电源的冲击，保证了前级本安电源的正常工作和传感器设备电压的正常建立。由于传感器设备的电压建立发生在前级前级本安电源电压建立以后，因此该电路起到缓启动的作用。
当前级本安电源关断输出时，电容C2、二极管D1和电阻R1组成一个闭合回路，电容C2通过二极管D1和电阻R1放电，当电容C2两端的电压低于场效应管Q1的开启电压时，晶体管关断，关断所需的时间计算如下：Toff=R1*C2*ln（Vgs(th)/VIN）；泻放电阻R1取的较小，可以保证在本安电源关断输出时，场效应管Q1快速关断，缓启动电路快速复位，在下一次本安电源上电时，该电路继续起到缓启动的作用。
当前级本安电源发生电压跌落时，由于二极管D2的作用，传感器设备中的储能电容C3不会向前级倒灌电流，传感器设备正常工作所需的电压可以通过储能电容C3来维持，如果电压跌落的时间过长，在电阻R2和电容C2的作用下，当储能电容C3上的电压下降到一定的程度时，该控制电路能自动关断场效应管Q1，保证了在前级本安电源发生长时间电压跌落后传感器设备的缓启动。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (4)
1.矿用直流转换本安电源的缓启动电路，其特征是：包括电源输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和场效应管Q1，其中所述电容C1连接在电源的输入正极VIN+和电源输入负极VIN-，起到滤除高频干扰的作用；所述电阻R1并联在电容C1两端，构成电容C1的泻放回路；所述电阻R2和电容C2串联，电阻R2的另一端连接电源的输入正极VIN+，电容C2的另一端连接电源输入负极VIN-；所述场效应管Q1的栅极与电阻R2和电容C2的连接点连接，晶体管Q1的源极连接电源输入负极VIN-，晶体管Q1的漏极连接后级本安电源的地GND；所述电容C3并联在直流转换本安电源模块的输入端，起到储能作用；
其工作原理如下：
当前级本安电源上电时，场效应管Q1处于关断状态，电源线上的电压首先通过所述电容C1滤波，滤除电源线上的高频干扰，同时电源通过所述的电阻R2给电容C2充电，当电容C2上的电压上升到场效应管Q1的开启电压Vgs时，场效应管Q1开始导通；场效应管Q1导通后，传感器设备前的储能电容C3通过场效应管Q1和二极管D2与前级的本安电源连通，随着电容C2两端的电压逐渐升高，场效应管Q1的阻抗从高阻抗逐渐变为低阻抗，直到场效应管Q1完全导通；由于电阻R2和电容C2的延迟作用，保证了场效应管Q1导通的过程中，前级本安电源已经完全建立，电容C2的充电电流可以由前级的本安电源和储能电容共同提供，减少了开机时对本案电源的冲击，保证了前级本安电源的正常工作和传感器设备电压的正常建立；由于传感器设备的电压建立发生在前级前级本安电源电压建立以后，因此该电路起到缓启动的作用；
当前级本安电源关断输出时，电容C2、二极管D1和电阻R1组成一个闭合回路，电容C2通过二极管D1和电阻R1放电，当电容C2两端的电压低于场效应管Q1的开启电压时，晶体管关断；泻放电阻R1取的较小，可以保证在本安电源关断输出时，场效应管Q1快速关断，缓启动电路快速复位，在下一次本安电源上电时，该电路继续起到缓启动的作用；
当前级本安电源发生电压跌落时，由于二极管D2的作用，传感器设备中的储能电容C3不会向前级倒灌电流，传感器设备正常工作所需的电压可以通过储能电容C3来维持，如果电压跌落的时间过长，在电阻R2和电容C2的作用下，当储能电容C3上的电压下降到一定的程度时，该电路能自动关断场效应管Q1，保证了在前级本安电源发生长时间电压跌落后传感器设备的缓启动。
2.根据权利要求1所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路，其特征是：所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路还包括二极管D1，二极管D1的阴极连接在电源的输入正极VIN+，二极管D1阳极连接场效应管Q1的栅极。
3.根据权利要求1所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路，其特征是：所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路还包括二极管D2，二极管D2串联在电源的输入正极VIN+和后级本案电源模块的正极输入端VCC之间，其中二极管D2的阴极连接在后级本案电源模块的正极输入端VCC，二极管D2阳极连接电源的输入正极VIN+。
4.根据权利要求1所述的矿用直流转换本安电源的缓启动电路，其特征是：所述的电阻R2的阻值范围在100K到1M之间，电容C2的电容值范围在1uF到10uF之间。
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