[发明专利]一种提高本安开关电源性能的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在爆炸性危险环境的本安开关电源，特别是一种提高本安开关电源性能的方法及装置。

背景技术

目前国际上普遍采用的防爆类型有：隔爆型、增安型、本质安全型等等。比较各种防爆形式可知，本质安全型电气设备从电路的电气参数设计保证了防爆的要求，省去了厚重的防爆外壳，有着安全程度高，体积小，重量轻，携带维护方便和造价较低等优点，因此本质型安全电路被广泛应用。

大功率电气设备的广泛使用，增加了对大功率本安开关电源的需求。又由于本质安全的特殊要求，当本安电源采取并联方式提高本安电源的功率时，会由于电流不均衡造成本安电源失效的问题，所以无法通过多个本安电源通过并联的方式来实现功率的提高。此外，当本安电源在满载运行情况下出现短路故障时电流变化率较大，本安开关电源的EMI效果较差。

目前为实现输出本质安全而提出的方法有：（1）采用分流元件，如电感的分流元件，分流电容等，但是此方法只能用于本安电路中的元器件；（2）采用保护性组件，如进行过流，过压保护，但是目前多采用恒流型本安电源，发热严重。（3）对电气设备中元件参数进行限制，但是必须对所有的元器件故障状态下所存储的能量作出详细计算，设计过程复杂且需模型准确。虽然采用了各种方法来提高本安开关电源的功率，但是目前本安开关电源的功率停留在10W左右的级别，仍然无法满足工业现场的功率要求。又因为保护方法中应用了电力电子器件，导致了EMI效果较差。

发明内容

本发明的目的是要提供一种提高本安开关电源性能的方法及装置，解决目前本安开关电源功率较小，本安开关电源的EMI效果较差的问题。

本发明的目的是这样实现的：采用电感检测电流变化率的方法，使主电路截止，同时通过电感来延迟短路时电流变化的时间，使得在电压降为零后电流才开始上升，从而减少故障时的放电能量，同时电感控制短路时电流变化率，降低了EMI的影响；采用由运算放大器及电阻构成的电流微分测量器，对输入信号进行检测并放大，运算放大器的输出端通过逻辑门与驱动电路的输入端连接，驱动电路产生的驱动信号控制第一开关和第二开关的断开与闭合；第一开关与限流电感串联连接，限流电感延迟电流变化的时间，使电压降为零时电流才开始上升；电流微分测量器检测电流变化率，电感的两端接在电流微分测量器的输入端，当发生短路时，即在电容性点燃情况下，电感两端产生感应电动势，电流微分测量器检测到该信号并放大，放大器输出信号使得驱动电路驱动第二开关闭合，第一开关断开；当电路断开时，即在电感性点燃情况下，限流电感与二极管形成内部环路，吸收限流电感上的尖峰电压，阻止限流电感上能量的释放。

本发明的装置包括电流微分测量器、驱动电路、第一开关、第二开关、电感、限流电感和二极管，电流微分测量器与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端同时与第一开关和第二开关的控制端连接，第一开关连接在电流微分测量器和限流电感之间，与限流电感为串联连接，第二开关的一端连接在第一开关和限流电感之间，第二开关的另一端通过电阻R接地，限流电感与二极管并联连接，并联连接的限流电感与二极管通过负载电阻接地；

电源的负极接地，正极连接电感，然后依次连接第一开关，限流电感，负载电阻、最后接地，当负载发生电容性点燃的情况下，第二开关闭合将限流电感接地；所述的电流微分测量器，运放U1的一个输入端接在电感的正端，另一输入端分别通过电阻R₁接在运放U2的一个输入端，通过电阻R₂及电阻R₃接在运放U3的一个输入端；运放U2的一个输入端接在电感的负端，另一输入端通过电阻R₅及R₆接在运放U3的一个输入端，此输入端通过电阻R₇接地，运放U3的另一输入端通过电阻R₄接在运放U3输出端上；运放U3输出端与第一逻辑门U4及第二逻辑门U5连接，再分别接到二个驱动电路的输入端，二个驱动电路的输出端分别与第一开关和第二开关的控制端相连接。