基于STM32的礦用本質安全型電源設計

0 引言

　　本安電源是本安型電氣設備的一個重要組成部分，由于煤礦的機械化，井下傳感器、彎道報警器等設備的供電，通信、報警都需要供電設備。但是基于井下復雜的環境，對供電設備的要求也是非常嚴格的，它要求電源電路的內部和引出線無論是在正常工作還是在故障狀態下都是安全的并且產生的電火花不會點燃周圍環境中的爆炸性混合物。本安電源有“ia”和“ib”兩個等級。在本文中介紹的本安電源是井下常用的“ia”等級，也就是說在一個故障，一套保護電路損壞的情況下也能繼續工作。

　　1 本安電源的組成及工作原理

　　1.1 電源

　　本系統中本安電源的輸入+Vin、-Vin為48 V 直流電源，經過DC/DC 電源轉換模塊（U1）輸出12 V直流電，U2是7805 穩壓模塊， 把12 V 直流電穩壓輸出5 V 電壓為比較器提供電源。圖1 中R1是第1級過流保護采樣電阻，R2是第2 級過流保護采樣電阻， 采樣電阻把電流值轉換為電壓值GND1、GND2以便使用STM32 進行過流監控。

圖1 工作原理

　　1.2 主回路

　　由于本系統是基于STM32 的本安電源的監控，圖2 是主回路， 圖中UrU1、UrU2和UrUrout

　　是采樣電壓，STM32 通過監控這3 個電壓值就可以確定本安電源是否過壓。當BH1是低電平的時候Q4不導通、Q3截止，那么本安電源就沒有輸出；當BH1是高電平的時候Q4、Q3導通，Q1、Q2

　　也導通。由于Q1、Q2導通UrU2上就有采樣電壓，BH2的電平高低決定R24上的電壓是否為零。所以，只有當BH1和BH2同時為高電平的時候本安電源才有輸出，其中任何一個是低電平本安電源就進入保護狀態，這就是主回路的雙重保護。

圖2 主回路

　　1.3 保護電路

　　本系統中的保護電路有過流保護和過壓保護及其恢復電路。此系統是“ia”等級的本安電源，所有保護電路都有2 級， 本文只介紹其中的1 級。第2級和第1 級的電路是相同的。

　　（1）過流保護

　　圖1 中的采樣電阻把電流值轉換為電壓值GND1、GND2.圖3 中調節變阻器R32設定過流保護

　　值為800 mA,采樣電壓GND1 通過U3放大，然后通過比較器U4和設定的電壓值相比較控制BH1.當GND1 大于設定值時，比較器輸出為低電平，本安電源沒有輸出。同時放大后的GND1 經過電壓跟隨器U5連接到STM32 的AD 轉換管腳，以便對其進行軟件監控。第2 級過流保護同理。

圖3 過流保護