CN104682336A - 一种本质安全电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种本质安全电路，包括取样电阻和至少一个保护模块，所述取样电阻与所述保护模块相连，各个所述保护模块依次相连构成多级串联的传输电路，每个所述保护模块包括稳压二极管、三极管以及场效应管，其中：所述取样电阻的一端与所述三极管的发射极相连，所述取样电阻的另一端分别与所述稳压二极管的阴极、所述场效应管的源极和所述三极管的基极相连，所述稳压二极管的阳极接地，所述三极管的集电极与所述场效应管的栅极相连；所述场效应管用于导通或关断所述传输电路。采用本发明，可以实现限制电气设备的能量，避免高能量点燃周围环境中的可燃性气体和粉尘，起到防爆的作用。

Description

一种本质安全电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种本质安全电路。

背景技术

由于石化平台、加油站、油泵房以及煤矿井等特殊场所存在可燃性气体和粉尘，在此环境下工作的电气设备必须要进行防爆设计。目前，由于技术水平等原因，大多数电气设备都是采用坚实的外壳来隔爆防爆，这样的电气设备不仅成本很高，而且体积大而笨重，不易安装和携带。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种本质安全电路，可以实现限制电气设备的能量，避免高能量点燃周围环境中的可燃性气体和粉尘，起到防爆的作用。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种本质安全电路，包括取样电阻和至少一个保护模块，所述取样电阻与所述保护模块相连，各个所述保护模块依次相连构成多级串联的传输电路，每个所述保护模块包括稳压二极管、三极管以及场效应管，其中：

所述取样电阻的一端与所述三极管的发射极相连，所述取样电阻的另一端分别与所述稳压二极管的阴极、所述场效应管的源极和所述三极管的基极相连，所述稳压二极管的阳极接地，所述三极管的集电极与所述场效应管的栅极相连；

所述场效应管用于导通或关断所述传输电路。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例通过采用取样电阻检测和多级保护模块检测传输电路的电流与电压，保护模块在高电流和高电压的情况下断开传输电路，实现限制电气设备的能量的作用，从而避免高能量点燃周围环境中的可燃性气体和粉尘，起到防爆的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种本质安全电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种本质安全电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种本质安全电路，可以应用于周围环境中存在可燃性气体或粉尘的各种电气设备中，本发明例实施例中的电气设备为手摇三相发电机的输出端。

图1是本发明实施例中一种本质安全电路的结果示意图，如图所示本发明实施例至少可以包括取样电阻110和至少一个保护模块，取样电阻110分别与保护模块121、保护模块122等相连，各个保护模块依次相连构成多级串联的传输电路，每个保护模块包括稳压二极管、三极管以及场效应管，其中：

取样电阻110的一端与三极管的发射极相连，取样电阻110的另一端分别与稳压二极管的阴极、场效应管的源极和三极管的基极相连，稳压二极管的阳极接地，三极管的集电极与场效应管的栅极相连；

场效应管用于导通或关断传输电路。

需要指出的是，任一个保护模块中的场效应管处于截止状态，则传输电路被关断；每个保护模块中的场效应管处于导通状态，则传输电路被导通。

可选的，本质安全电路还包括电源输入端130、电源输出端140、第一滤波电容以及第二滤波电容，其中：

电源输入端130与第一滤波电容相连，第一滤波电容的正极与取样电阻110的一端相连，第二滤波电容的正极与场效应管的漏极相连，电源输出端140与第二滤波电容相连。

可选的，本质安全电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，其中：

取样电阻110的一端与第一电阻的一端相连，取样电阻的另一端与第二电阻的一端相连，第三电阻的一端与第一电阻的另一端和第二电阻的另一端相连，第四电阻的一端与场效应管的栅极相连，第四电阻的另一端接地；

进一步的，取样电阻110的另一端通过第二电阻与稳压二极管的阴极相连，稳压二极管的阴极通过第三电阻与三极管的基极相连。

可选的，预设安全电流阈值=三极管的导通电压/取样电阻的最小阻值=1A。

可选的，三极管的导通电压为0.7V，取样电阻的阻值不小于0.7Ω。

可选的，预设安全电压阈值=稳压二极管的反向击穿电压，稳压二极管的反向击穿电压不大于16V。

可选的，第一电阻为5.1KΩ，第二电阻为5.1KΩ，第三电阻为1KΩ，第四电阻为10KΩ。

图2是本发明实施例中一种本质安全电路的电路原理图。请参阅图2，本发明实施例中，取样电阻110由R1、R2、R3以及R4并联而成；保护模块有3个，其中，稳压二极管分别为ZD1、ZD2以及ZD3，三极管分别为Q4、Q5以及Q6，场效应管分别为Q1、Q2以及Q3，第一电阻分别为R13、R16以及R19，第二电阻分别为R14、R17以及R20，第三电阻分别为R5、R6以及R7，第四电阻分别为R8、R9以及R10；电源输入端130为a、b、c三相输入端，电源输出端为OUT，第一滤波电容为C1，第二滤波电容为C2。需要指出的是，除了上述必要元件外，本质安全电路还包括二极管D1～D6。

具体实现过程中，三相交流电源通过电源输入端a、b、c输入本质安全电路，由于二极管D1～D6具有单向导通性，在图2中A’点上产生正电压。

本发明实施例中，取样电阻由R1～R4四个3.3Ω的电阻并联而成，可知取样电阻的阻值为0.825Ω，而预设安全电流阈值为1A，三极管Q4～Q6为硅管，导通电压为0.7V，那么对于每个保护模块：

当流经取样电阻的电流超过预设安全电流阈值时，取样电阻两端的电压加到三极管的发射极和基极使三极管导通，三极管的集电极输出高电平到场效应管的栅极，场效应管关断传输电路，电源输出端停止对外供电；

当流经取样电阻的电流未超过预设安全电流阈值时，取样电阻两端的电压加到三极管的发射极和基极不能使三极管导通，场效应管的栅极处于低电平，场效应管导通传输电路，电源输出端对外供电。

例如：对于第一级保护模块，当流经取样电阻的电流超过预设安全电流阈值1A时，如1.2A。如图2所示，取样电阻两端的电压Vr=0.825*1.2=0.99V，此电压加到三极管Q4的Ve和Vb两端，高于导通电压0.7V，此时三极管Q4导通，三极管Q4的集电极输出高电平，加到场效应管Q1的栅极，场效应管Q1关断，从而传输电路关断。

同理的，第二级保护模块中的场效应管Q2和第三级保护模块中的场效应管Q3也关断。

又如：对于第一级保护模块，当流经取样电阻的电流未超过预设安全电流阈值1A时，如0.5A。如图2所示，取样电阻两端的电压Vr=0.825*0.5=0.4125V，此电压加到三极管Q4的Ve和Vb两端，低于导通电压0.7V，此时三极管Q4关断，场效应管Q1的栅极通过第四电阻R8接地，场效应管Q1导通。

同理的，第二级保护模块中的场效应管Q2和第三级保护模块中的场效应管Q3也导通。

进一步的，本发明实施例中稳压二极管ZD1的反向击穿电压为15V，假设流经取样电阻电流很小的情况，Vr的压降忽略不计，此时图2中A’点的电压约等于A点的电压，那么：

当稳压二极管阴极的电压超过预设安全电压阈值时，稳压二极管反向击穿，三极管的基极通过稳压二极管接地，三极管的发射极和基极间的压降使三极管导通，三极管的集电极输出高电平到场效应管的栅极，场效应管关断传输电路，电源输出端停止对外供电；

当稳压二极管阴极的电压未超过预设安全电压阈值时，稳压二极管未反向击穿，三极管的发射极和基极间的压降不能使三极管导通，场效应管的栅极处于低电平，场效应管导通传输电路，电源输出端对外供电。

例如：对于第一级保护模块，当A’点的电压超过预设安全电压阈值16V时，如17V，A点的电压也约等于17V，此时稳压二极管ZD1反向击穿，三极管Q4的基极通过稳压二极管ZD1接地，三极管Q4的Ve和Vb间压降远大于0.7V，此时三极管Q4导通，三极管Q4的集电极输出高电平，加到场效应管Q1的栅极，场效应管Q1关断，从而传输电路关断。

同理的，第二级保护模块中的场效应管Q2和第三级保护模块中的场效应管Q3也关断。

又如：对于第一级保护模块，当A’点的电压未超过预设安全电压阈值15V时，如12V，此时稳压二极管ZD1的阴极电压依旧稳在15V，三极管Q4上Ve<Vb，此时三极管Q4未导通，场效应管Q1的栅极通过场效应管Q1的栅极通过第四电阻R8接地，场效应管Q1导通。

同理的，第二级保护模块中的场效应管Q2和第三级保护模块中的场效应管Q3也导通。

综上所述，当流经取样电阻的电流超过预设安全电流阈值或A’点的电压超过预设安全电压阈值时，本质安全电路中的传输电路将会被关断，电源输出端停止对外供电。

需要特别说明的是，根据GB3836.4-2010国家标准定义和规范，过流保护最大瞬时能量不能超过280uJ。已知三极管的导通响应时间为2*10^-6S，场效应管的最大关断响应时间为18*10^-9S，那么：

输出过流瞬时最大电功率P_M=最高输出电压*过流保护电流=16V*1.0A=16W；

输出关断时间T=三极管的导通响应时间+场效应管最大关断响应时间=2*10^-6+18*10^-9=2.018*10^-6S；

输出过流时释放最大能量E=P_M*T=15*2.023*10^-6=30*10^-6J=30μJ。故过流保护最大瞬时能量为30μJ，而32μJ<280μJ，因而符合国家标准定义和规范的过流保护最大瞬时能量的要求。

本发明实施例通过采用取样电阻检测和多级保护模块检测传输电路的电流与电压，保护模块在高电流和高电压的情况下断开传输电路，实现限制电气设备的能量的作用，从而避免高能量点燃周围环境中的可燃性气体和粉尘，起到防爆的作用。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种本质安全电路，其特征在于，所述电路包括取样电阻和至少一个保护模块，所述取样电阻与所述保护模块相连，各个所述保护模块依次相连构成多级串联的传输电路，每个所述保护模块包括稳压二极管、三极管以及场效应管，其中：

所述取样电阻的一端与所述三极管的发射极相连，所述取样电阻的另一端分别与所述稳压二极管的阴极、所述场效应管的源极和所述三极管的基极相连，所述稳压二极管的阳极接地，所述三极管的集电极与所述场效应管的栅极相连；

所述场效应管用于导通或关断所述传输电路。

2.如权利要求1所述的本质安全电路，其特征在于，任一个所述保护模块中的场效应管处于截止状态，则所述传输电路被关断；

每个所述保护模块中的场效应管处于导通状态，则所述传输电路被导通。

3.如权利要求1所述的本质安全电路，其特征在于，所述本质安全电路还包括电源输入端、电源输出端、第一滤波电容以及第二滤波电容，其中：

所述电源输入端与所述第一滤波电容相连，所述第一滤波电容的正极与所述取样电阻的一端相连，所述第二滤波电容的正极与所述场效应管的漏极相连，所述电源输出端与所述第二滤波电容相连。

4.如权利要求3所述的本质安全电路，其特征在于，当流经所述取样电阻的电流超过预设安全电流阈值时，所述取样电阻两端的电压加到所述三极管的发射极和基极使所述三极管导通，所述三极管的集电极输出高电平到所述场效应管的栅极，所述场效应管关断所述传输电路，所述电源输出端停止对外供电；

当流经所述取样电阻的电流未超过所述预设安全电流阈值时，所述取样电阻两端的电压加到所述三极管的发射极和基极不能使所述三极管导通，所述场效应管的栅极处于低电平，所述场效应管导通所述传输电路，所述电源输出端对外供电。

5.如权利要求3所述的本质安全电路，其特征在于，当所述稳压二极管阴极的电压超过预设安全电压阈值时，所述稳压二极管反向击穿，所述三极管的基极通过所述稳压二极管接地，所述三极管的发射极和基极间的压降使所述三极管导通，所述三极管的集电极输出高电平到所述场效应管的栅极，所述场效应管关断所述传输电路，所述电源输出端停止对外供电；

当所述稳压二极管阴极的电压未超过所述预设安全电压阈值时，所述稳压二极管未反向击穿，所述三极管的发射极和基极间的压降不能使所述三极管导通，所述场效应管的栅极处于低电平，所述场效应管导通所述传输电路，所述电源输出端对外供电。

6.如权利要求1所述的本质安全电路，其特征在于，所述本质安全电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，其中：

所述取样电阻的一端与所述第一电阻的一端相连，所述取样电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连，所述第三电阻的一端与所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端相连，所述第四电阻的一端与所述场效应管的栅极相连，所述第四电阻的另一端接地；

所述取样电阻的另一端分别与所述稳压二极管的阴极、所述场效应管的源极和所述三极管的基极相连包括：

所述取样电阻的另一端与所述场效应管的源极相连，所述取样电阻的另一端通过所述第二电阻与所述稳压二极管的阴极相连，所述稳压二极管的阴极通过所述第三电阻与所述三极管的基极相连。

7.如权利要求4所述的本质安全电路，其特征在于，所述预设安全电流阈值=所述三极管的导通电压/所述取样电阻的最小阻值=1A。

8.如权利要求7所述的本质安全电路，其特征在于，所述三极管的导通电压为0.7V，所述取样电阻的阻值不小于0.7Ω。

9.如权利要求4所述的本质安全电路，其特征在于，所述预设安全电压阈值=所述稳压二极管的反向击穿电压，所述稳压二极管的反向击穿电压不大于16V。

10.如权利要求6所述的本质安全电路，其特征在于，所述第一电阻为5.1KΩ，所述第二电阻为5.1KΩ，所述第三电阻为1KΩ，所述第四电阻为10KΩ。