基于LM723的煤矿工作面本安电源的设计及实现

煤矿 安标

煤　炭　工　程　　　　　　　　　2008年第12期　　设计技术　　　　　　　　　

基于LM723的煤矿工作面本安电源的设计及实现

冯小龙,王鸿渐,张兴华,姜晓燕

(中国矿业大学信电学院,江苏徐州　221008)

摘　要:工作面自动化是煤矿综合自动化系统发展的一个重要方向。为能驱动工作面自动化系统中相关的大功率电气设备,要求本安电源应具有较大的的输出电流。文章设计了一种基于

LM723的矿用大电流输出本安电源,输出电压12V,最大限流114A,满足了工作面自动化系统相应的电气设备的供电要求。　　关键词:煤矿工作面;本安电源;LM723　　中图分类号:TD608　　文献标识码:B　　文章编号:1671-0959(2008)1220018202

DesignandimplementationofintrincsminecoalminingfaceLMFENGXiao-long,WANGHong--JIANGXiao-yan

(SchoolofInformationandElectricandTechnology,Xuzhou,221008,China)

Abstract:Theautomationofmanimportantdirectionoftheminecomprehensiveautomationsystemdevelopment.

Indriveelectricequipmentinthefaceautomationsystem,theintrinsicsafepoweris

requiredtohavea.Thepaperdesignedamineintrinsicpowerwithahighcurrentoutput.Theoutputvoltageis12Vandthemaxcurrent-limitis114A,whichcouldmeetthepowersupplyrequirementsoftherelatedelectricequipmentinthefaceautomationsystem.

Keywords:coalface;intrinsicsafepower;LM723

1　概　述

本安电源是指在“本质安全电路标准”规定的条件下,产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电源电路。作为供电设备,它主要应用于煤矿、石油、化工、纺织等含有爆炸性混合物的环境中。

近年来,我国煤矿机械化、自动化程度日益提高,本安电源在矿井监控、通讯、信号、仪表和自动化系统中的应用也日益广泛。随着自动化系统延伸至井下工作面,工作面的综合自动化系统将成为以后煤矿自动化的一个重要发展方向。在井下工作面自动化系统中,由于很多大功率器件如电控液压支架电磁阀等需要大电流驱动,因此要求本安电源能提供足够的输出电流。另一方面由于工作面煤尘更大,瓦斯浓度更高,环境更复杂,对电源的本安性要求严格,限制了本安电源电流输出能力的提高。针对这种情况,本系统利用LM723设计了一种12V/114A的大电流输出本安电源,满足了工作面自动化系统中电气设备的供电需求,为工作面自动化系统提供了基本保证。　　收稿日期:2008-08-06

基金项目:中国矿业大学青年科研基金(2006A011)

2　系统总体设计

系统由井下工作面127V交流电输入,经AC/DC变换为20V左右的直流输出,由于煤矿井下使用的本质安全型电气设备一般设计成ib等级,电源也应具有ib等级的本质安全特性,因此根据本质安全原理,本系统设计成两级限流、两级过压保护装置,最终实现最大电流114A、电压等级12V的直流输出,总体框图如图1

。

图1　本安电源总体框图

3　基于LM723的稳压限流电路设计

系统使用LM723集成芯片作为核心单元进行稳压和限流电路的设计,LM723芯片属于经典的串联稳压集成芯片,性能优越,应用广泛。该集成芯片的独特之处是基准电压连接在外部,因此可以简便的改变输出电压,输出电压在

作者简介:冯小龙(1977-),江苏大丰人,博士研究生,讲师,现在中国矿业大学信电学院从事教学科研工作。

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(2-37)V范围内可以调整。另外,该芯片具有约80dB的

114A,应选择电阻Rsc满足:

Rsc=

输入电压重叠纹波消除率,可将输入纹波降低到1/10000。

LM723稳压限流电路如图2所示,Vi为输入电压,Vo

Ω=0146

114A

为输出电压,Vo输出电压幅值受R1和R2控制,输出电流由Vi经达林顿功率管BDX53提供,最大电流受Rsc电阻限制

。

在设计前级稳压限流电路参数时,应注意与后级之间的不同,因为后级电路在正常工作时需要消耗一定的电流,并且功率管BDX53要分担一定的电压,因此前级输出电压与最大限流都应适当增加,经过实验发现,前级输出电压应设计成16V输出,最大限流1145A。

4　过压保护电路设计

为防止电路不正常时出现过压,电路应具备过压保护功能,因此在LM723稳压限流电路后应接上过压保护电路,如图4所示

。

图2　LM723分析LM723Vo与R1

及R2的关系如图3所示,,因此得出输出电压的表达式为:

R+RVo=VrefR2

图4　过压保护电路

正常情况下,LM723输出12V电压,此时稳压管Z1,晶体管Q3均截止,12V电压直接输出供给负载;当输出大于12V小于1217V时,Z1导通,Q3因为得不到足够的发射结偏置电压而不导通,因此LM723输出电压也直接供给负载;当LM723输出超过1217V时,稳压管Z1导通,Q3发射级导通,形成1217V的过压保护。二级过压保护可以采用图4相同的电路进行并联。

其中,Vref为LM723内部参考电压,范围在(618～715)V,典型值7115V

。

5　结　语

本文设计了一种基于LM723的矿用大电流输出本安电

图3　Vo与R1,R2的关系电路图

Vo输出最大电流由下式决定:

ILIMIT=

VRsc

源,输出电压12V,最大限流114A,经过测试,系统达到

GB383614-2000本安要求,为煤矿井下工作面自动化系统

提供了电源保证。在系统设计过程中,因为模拟电路的特点,每个元器件的参数都不尽相同,因此在设计时应充分考虑参数的匹配可调性,比如在LM723输出电压的设计中,选用相应的电位器调节实现匹配,AC/DC最好也选择输出电压可调节的模块。另外,在项目设计时,还应考虑源效应、负载效应等其他的本安指标。参考文献:

[1]　GB383614-2000,爆炸性气体环境用电气设备[S].[2]　康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,

2006.

[3]　沙占友.新型开关电源的设计与应用[M].北京:电子工

其中,VSENSE为LM723内部晶体管发射结导通压降,范围在

(016～017)V,典型值0165V。

在实际参数设计时,因为本安型电路需要两级过流,因此可以把图2稳压限流电路串联使用。但是参数选择有一定的要求,应遵循先后级后前级的设计原则,在本系统中,要求最终直流输出电压12V,电流最大114A,因此要求R1,R2电阻阻值满足:

R+RR2

=1168

在本系统实际设计时,可令R2=10k,R1用一电位器代替,从而方便调试。

在设计系统最大输出电流时,为使电流最大限流

业出版社,2001.

[4]　程勇,刘纯悦.实用稳压电源DIY[M].福州:福建科学

出版社,2004.

(责任编辑　赵巧芝)

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l3sm.html