基于STM32的矿用本质安全型电源设计

0 引言

　　本安电源是本安型电气设备的一个重要组成部分，由于煤矿的机械化，井下传感器、弯道报警器等设备的供电，通信、报警都需要供电设备。但是基于井下复杂的环境，对供电设备的要求也是非常严格的，它要求电源电路的内部和引出线无论是在正常工作还是在故障状态下都是安全的并且产生的电火花不会点燃周围环境中的爆炸性混合物。本安电源有“ia”和“ib”两个等级。在本文中介绍的本安电源是井下常用的“ia”等级，也就是说在一个故障，一套保护电路损坏的情况下也能继续工作。

　　1 本安电源的组成及工作原理

　　1.1 电源

　　本系统中本安电源的输入+Vin、-Vin为48 V 直流电源，经过DC/DC 电源转换模块（U1）输出12 V直流电，U2是7805 稳压模块， 把12 V 直流电稳压输出5 V 电压为比较器提供电源。图1 中R1是第1级过流保护采样电阻，R2是第2 级过流保护采样电阻， 采样电阻把电流值转换为电压值GND1、GND2以便使用STM32 进行过流监控。

图1 工作原理

　　1.2 主回路

　　由于本系统是基于STM32 的本安电源的监控，图2 是主回路， 图中UrU1、UrU2和UrUrout

　　是采样电压，STM32 通过监控这3 个电压值就可以确定本安电源是否过压。当BH1是低电平的时候Q4不导通、Q3截止，那么本安电源就没有输出；当BH1是高电平的时候Q4、Q3导通，Q1、Q2

　　也导通。由于Q1、Q2导通UrU2上就有采样电压，BH2的电平高低决定R24上的电压是否为零。所以，只有当BH1和BH2同时为高电平的时候本安电源才有输出，其中任何一个是低电平本安电源就进入保护状态，这就是主回路的双重保护。

图2 主回路

　　1.3 保护电路

　　本系统中的保护电路有过流保护和过压保护及其恢复电路。此系统是“ia”等级的本安电源，所有保护电路都有2 级， 本文只介绍其中的1 级。第2级和第1 级的电路是相同的。

　　（1）过流保护

　　图1 中的采样电阻把电流值转换为电压值GND1、GND2.图3 中调节变阻器R32设定过流保护

　　值为800 mA,采样电压GND1 通过U3放大，然后通过比较器U4和设定的电压值相比较控制BH1.当GND1 大于设定值时，比较器输出为低电平，本安电源没有输出。同时放大后的GND1 经过电压跟随器U5连接到STM32 的AD 转换管脚，以便对其进行软件监控。第2 级过流保护同理。

图3 过流保护