1.导言
近年来，我国煤矿机械化、主动化程度日益进步，矿井监控、通讯、外表主动化体系等运用日益遍及，但煤矿的特别环境，要求煤矿电气设备有必要选用本安设备。本安电源作为矿用本安体系不行短少的组成部分，其技能先进性和产品质量决议了本安设备的可靠性，然后直接影响到监测体系数据收集的准确性、安稳性，关系到矿井安全出产、抗灾才能和矿工安危。
2.体系全体计划
依据煤矿用直流稳压电源的规范，电源输入电压为沟通127V标称值的75%~110%（即95V~140V），输出电压的纹波电压不该超越直流输出电压12V的5%。依据要求，本文选用TOP244Y开关电源芯片，在高频开关电源的基础上，外加过压维护电路、过流维护电路，规划了新式的12V实质安全型电源（最高开路电压12.4V最大短路电流150mA）。
如图1所示，本体系包含以下3个部分：
开关电源电路、过压维护电路、过流维护电路。
3.硬件电路规划
3.1 开关电源电路
开关电源电路将沟通电127V转变成直流电23V。电路原理图如图2所示，沟通电经过整流、滤波，成为纹波较大的直流电，经过高频变压器、开关电源芯片TOP244Y得到23V的直流电。
TOP244Y是Power Integration公司的TopSwitch II系列产品，它便于完成开关电源的优化规划，规划的沟通输入电压规模是85V~265V。它能一同完成输入欠压维护、过压维护、从外部设定极限电流、下降最大占空比等功能。TOP244Y具有频率颤动特性，这对下降电磁搅扰很有协助。
TOP244Y的1引脚用于占空比操控，依据反应电压改动占空比，调理电压安稳输出;2引脚供给线电压的过压、欠压等主动监测和调整;3引脚一般与三极管相连，完成长途开关操控，当三极管导通，3引脚接地，TOP244Y正常作业，当三极管断开，3引脚类于悬空，TOP244Y失能;4引脚为 TOP244Y内部MOSFET的源极，6引脚为内部MOSFET的漏极，作为开关运用，供给给高频变压器;5引脚为频率引脚，接地时TOP244Y的作业开关频率为132KHz。R3为欠压或过压检测电阻，并能给线路供给电压前馈，以削减开关频率的动摇。D2、D3构成漏极钳位电路，可吸收内部 MOSFET关断时由高频变压器T1初级漏感发生的尖峰电压，维护MOSFET不受损。电阻R5用来从外部设定功率开关管的漏极极限电流，使之略高于满载或输入欠压时的漏极峰值电流，这就答应在电源起动过程中或输出负载不安稳但未呈现饱满的状况下选用较小尺度的高频变压器。当输入直流电压过压时，R5还能主动下降最大占空比Dmax，对最大负载功率加以约束。
精细光耦反应电路由线性光电耦合器PC817A、稳压管D7、电阻R6、R8组成。输出电压Uo经过光耦去改动TOP244Y的1引脚电流%&&&&&%，使占空比发生变化，从而调理Uo坚持不变。反应绕组的输出电压经D3、C8整流滤波后，给光耦中的接收管供给偏压。C10还与R14一同构成尖峰电压滤波器，使偏置电压在负载较重时能坚持稳定。
3.2 过压维护电路
如图3所示，当输出电压12V因某种原因添加时（假定添加到13V），D11、D13稳压管导通，别离触发快速可控硅Q4、Q6，导通光电耦合器 U2、U4，经过A、B点衔接的三极管Q2、Q3基极电平被拉成低电平，完成对开关电源芯片TOP244Y的长途失能操控，TOP244Y停止作业，VCC电压为零，终究输出电压为零，完成输出过压维护。图中R11、R15的作用是减小快速可控硅输入端的偏置电流。
3.3 过流维护电路
图4为过流维护电路。U7为三端集成稳压器78L08，经过R37、R39得到一个设定好的电压阈值。将取样电压和预先设定好的电压阈值进行比较： 取样电压输入到U5的4脚反相输入端，阈值电压接U5的5脚同相输入端，若取样电压高于设置好的阈值电压，U5的2脚输出低电平，发生下降沿脉冲触发单稳态触发器U9，发生暂稳态，输出高电平，导通MOS管Q8，图2中的电流源N1发生的操控电流灌入地，则T6、T7关断，断开输出，完成过流维护。 R43、R41、R45、C27、C29、C31组成单稳态触发器U9的装备电路，决议了U9的暂稳态时刻。
4.功能测验
针对本安电源的不同特性别离选用不同的测验条件进行测验，输入电压选用市电沟通220V经自耦变压器变压后得到127V的矿用照明电压，接到电源的沟通输入端，将输出端串入电流表，并入示波器丈量输出。下面从过压、过流两个个环节对电源的维护电路进行测验。
4.1 过压维护测验
下面模仿因为某种毛病导致电压升高，办法是在输出空载的状况下，将示波器并接在输出端，经过调理反应支路，将输出电压逐步调高，当电压调至高于12.4V时，过压维护电路动作，堵截输出，并延时康复，若仍然过压则再次降压，契合过压维护要求。
测验波形图如图5所示。
4.2 过流维护测验
下面模仿某种原因引起的过载状况，办法是输出端接可变负载，调理负载巨细，将示波器并接在取样电阻两头，取样电阻为1欧姆水泥电阻，当电流超越 1.5A时，输出成为连续输出，此刻单稳态触发器作延时，若负载不减小，将一向处于此状况。实践测验状况来看，示波器为每格500mV，此刻波形最大起伏为3格1500mV，换算成电流为1500mA，所以维护电路正常，自康复周期为220毫秒，契合快速过流维护要求。波形图如图6所示。
5.结束语
本文评论了根据TOP244Y的12V新式本安电源的规划，对体系的各个部分的规划电路进行了胪陈，并对电源进行了功能测验。该电源的电路规划、结构规划选用多种维护措施，适合在煤矿井下具有煤尘、甲烷等爆炸性气体及湿润恶劣环境下作业，是确保井下设备安全出产，高效运转的抱负技能装备，也适用于化工、冶金、轧钢、港口、电厂等环境恶劣的其他范畴。
