本质安全电路及操作本质安全电路的方法技术

一种用于向本质安全负载供电的电路（２００），所述电路具有集成电流源反馈和限流元件。所述电路（２００）包括电源（ＰＳ）和把所述电路连接到本质安全负载的输出端（Ｔ１－Ｔ２）。所述电源（ＰＳ）和输出端（Ｔ１－Ｔ２）之间的限压电路（Ｚ１）限制负载两端的电压。限流电路（２０２）包括隔离电阻，后者把电流转换成电压以便在运算放大器（ＯＡ）中进行比较、以调节可变阻抗器件（Ｑ１）的阻抗，从而限制加到所述负载的电流。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本质安全负载的电源。更具体地说，本专利技术涉及为符合本质安全标准而限制输送到负载的电流的电路系统。一种这类保护方式是建立电路的本质(或固有)安全性。制订本质安全标准的管理协调机构是比如美国的保险商试验室(UL)、欧洲的欧洲电工技术标准化委员会(CENELEC)、加拿大的加拿大标准协会(CSA)以及日本的劳动省产业安全研究所(TIIS)。为了达到本质安全性，电路的电流、功率和电压被限定在一定的电平，以避免电路产生的火花或者发热引燃爆炸物。向本质安全电路供电是一个问题。电功率、电压和电流被限定在不至于引燃爆炸物的电平。因此，电源中需要有用来限制输送给本质安全装置的功率、电压和电流的部件。在传统的电源中，通过在把电源连接到输出端的供电线路的两端连接一个或多个稳压二极管来限制电压。稳压二极管把电压限定在V。由串联在高压输出端的阻值为R的电阻提供限流。该电阻把电流限定在V/R。功率受控于对电流和电压的限制。提供限制的部件，即这些二极管和电阻，必须受到保护以避免故障发生时超过其标定的额定值。通常在电路中加熔丝来限定可能输送给这些部件的电流量。选定的熔丝的额定值使得功耗不会超过额定值。虽然本质安全性标准没有要求，但是在电源电路中常加入限流电路以避免熔丝受冲击。限流电路结构可能在电源的高压侧也可能在低压侧。许多限流电路的结构包括把电流转换成电压的电阻以提供与电流成比例的反馈。进行与参考电压的比较。该比较用于调节串联元件的阻抗。增加限流电路带来的一个问题是，电流到电压的转换增加了输出电阻，在为符合本质安全性标准而损失必要的电压之后又增加了电压损失。解决方案本专利技术解决上述及其它问题，并且用具备本专利技术的集成电流源反馈和限流元件的电源改善了先有技术。集成电流源反馈和限流元件的一个优点是，对于对本质安全标准来说必须受到限制的电压，将电压损失减至最小。第二优点是减少了电源的元件数，即降低了制造电源的成本。根据本专利技术，把功率限制电路中的电流转换电阻的功能和隔离输出电阻的功能结合在一起。这使得输出电阻不会超过避免引燃爆炸物所需的电阻。通过把限流电路部分移到所述隔离电阻之后的某点以建立组合功能。具体地说，把变阻抗器件移到隔离电阻之后的某点。变阻抗器件的一个例子是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。当移动MOSFET晶体管时，有两个到输出端的新通路。一个是运算放大器控制输出，一个是来自隔离电阻的反馈。在每个通路上，高阻抗的运算放大器以及MOSFET晶体管栅极具有比隔离电阻相对大的阻值。整个隔离电阻是通路上电阻的组合，它们输入到MOSFET晶体管栅极和运算放大器输入端。这限定了电源的输出电阻，它小到与单独的隔离电阻相比可以忽略不计。本专利技术的一个方面是向本质安全电路供电的电路，它包括电源、连接到所述负载的输出端、在所述电源和所述结点之间的限压电路、以及包括隔离电阻的限流电路，该隔离电阻把电流转换成电压、用于在运算放大器中进行比较并且限制加到所述负载的电流。本专利技术的第二方面是熔丝，它限制由所述电源加到所述限压电路和所述限流电路的电流的大小。本专利技术的第三方面是齐纳二极管，它连接在从所述电源到所述接线端的供电线路之间。本专利技术的第四方面是所述限流电路包括可变阻抗器件，它连接到所述运算放大器的输出端。本专利技术的第五方面是可变阻抗器件是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。本专利技术的第六方面是所述MOSFET的一个栅极连接到所述输出端，而第二栅极连接到所述电源。本专利技术的第七方面是所述限流电路还包括第一电阻，它连接在所述运算放大器的输出端和所述MOSFET晶体管之间。本专利技术的第八方面是所述限流电路还包括第二电阻，它连接在所述电源和所述MOSFET晶体管之间。本专利技术的第九方面是所述限流电路还包括第三电阻，它连接在所述MOSFET晶体管和所述运算放大器的输入端之间。详细描述本专利技术的电源使得总输出电阻不会超过危险环境中不致引燃爆炸物所需的电阻。一般的本质安全电源100图示于附图说明图1，以说明依据本专利技术的电源和一般本质安全电源之间的区别。本质安全电源100是一种电源，它输送给负载足够的功率使其可以正常工作，同时限定最坏情况下的电压、电流和功率电平不至于引燃危险物料。限压电路101限定负载电压。电源100中，限压电路是连接在通路110和120之间的齐纳二极管Z1。本专业的技术人员会意识到可以在通路110和120之间连接一个以上的齐纳二极管来限制电压。为了讨论，限压电路101把负载(未示出)两端的电压限制为Vz。瞬时电流限制电路102限制负载的瞬时电流。在电源100中，瞬时电流限制电路包括与输出端T1和T2串联的电阻Rb。在这个实施例中，电阻Rb沿通路110连接在正输出端T1和电源PS之间。这就把瞬时电流在限制Vz/Rb，这里Rb是电阻Rb的阻值。输送给(未标示出的)负载的功率由电压和电流的限定值来限定。熔丝F1连接在电源PS和正输出端T1之间，以便在电路故障时保护限压电路101和瞬时电流限制电路102。熔丝F1避免限压电路101和瞬时电流限制电路102超过标定的器件额定值。平均电流限制电路103避免输出端T1和T2短路时熔丝F1熔断。有许多众所周知的限流结构可以用来建立平均电流限制电路103。在电源100中，平均电流限制电路由下列器件构成。晶体管Q1的集电极连接到负输出端T2。晶体管Q1的发射极连接到电阻Rv。电阻Rv把自身电流转换成电压以提供与电流成正比的反馈。运算放大器OA的一个输入端连接到晶体管Q1的发射极和电阻Rv之间。参考电压ref也加到运算放大器OA以进行比较。然后运算放大器OA的输出连接到晶体管Q1的栅极，基于比较结果的电流加到栅极以调节晶体管Q1的阻抗。其限制电流设在Ilim＝Vref/Rv，其中Ilim是限制电流，Vref是参考电压REF，Rv是电阻Rv的阻值。本专业的技术人员会意识到，通过表征引发爆炸物的功率和能量的表格和计算式来限制电源100中器件的值。通常情况下，负载(未标出)连接到输出端T1和T2，传输的电流和电压损失在输出电阻上。为使功率传输最大化，要求把输出电阻限制在避免引燃爆炸物的必要值。增加平均电流限制电路103带来的问题是，在避免引爆的电压限定值之外附加了电压损失。因为电压转换电阻加在总输出电阻上，所以电压有损失。图示于图2的电源200根据本专利技术解决了这个问题。电源200是本质安全电源，它限制向(未标示出的)负载输送的电流、功率和电压。限压电路201限制负载的电压。在电源200中，限压电路201是跨接在通路210和220之间的齐纳二极管Z1。本专业的技术人员会意识到可以在通路210和220之间连接多个齐纳二极管来限定电压。为了讨论，限压电路限定的(未标示出的)负载的电压是Vz。根据本专利技术，限定瞬时和平均电流的功能组合在一个电路。两个功能用一个电路使得总输出电阻减少到避免引燃爆炸物所需的阻值。这是通过把平均电流限制电路的器件移到瞬时电流限制电路之后而实现的。具体地说，可变阻抗器件，即晶体管Q1移到隔离电路之后的某点。移动可变阻抗器件形成到输出端T1和T2的两个新通路。这些新通路是运算放大器OA的输出和来自转换电阻的反馈。因此，总输出电阻是沿着这两个新通路和到电源PS的通路210的各电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向本质安全负载供电的电路（２００），它包括：电源（ＰＳ）；连接到所述本质安全负载的输出端（Ｔ１－Ｔ２）；在所述电源和所述输出端之间的限压电路（Ｚ１）；以及包括隔离电阻的限流电路（２０２），该隔离电阻把电流转换成电压， 用于在运算放大器（ＯＡ）中进行比较，从而限制加到所述负载的电流。

【技术特征摘要】
US 2000-3-31 09/540,6541.一种用于向本质安全负载供电的电路(200)，它包括电源(PS)；连接到所述本质安全负载的输出端(T1-T2)；在所述电源和所述输出端之间的限压电路(Z1)；以及包括隔离电阻的限流电路(202)，该隔离电阻把电流转换成电压，用于在运算放大器(OA)中进行比较，从而限制加到所述负载的电流。2.如权利要求1所述的电路(200)，其特征在于还包括熔丝(F1)，它限制由所述电源加到所述限压电路和所述限流电路的电流的大小。3.如权利要求1所述的电路(200)，其特征在于所述限压电路包括二极管(Z1)，它连接在从所述电源到所述接线端的供电线路(210)之间。4.如权利要求1所述的电路(200)，其特征在于所述限流电路(202)包括可变阻抗器件(Q1)，它...

【专利技术属性】
技术研发人员：WM曼斯菲尔德，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]