台州设计本安电源产品

本安与非本安的隔离，其典型电路例如采用光耦隔离的通讯电路⑨；2）实现了能量分散，各个模块可以采用单独的本安电源供台州本安电源电，易于本安实现；3）各功能模块内的储能元件进行本安评定时以单独考核或按有保护器件的情况进行考核，避免了为实现本安性能而降低产品稳定性的问题；4）降低了传感器接口的本安参数，有利于外部电缆长度的选择。1. 1. 2 低功耗设计低功耗是硬件计追求的一项技术指标，与本安电路限能思想是一致的。本控制器主电路采用3.3V供电；主控芯采用低功耗微控制器；显示电路采用动态扫描驱动；温度检测采用PT100；电流和漏电流检测电路采用微型互感器，采集到的信号通过低功本安电源产品耗运放放大；采用模拟开关选通的方法，实现全部模拟信号采集共用一片18位采样精度的低功耗AD芯片；参数设置及信息查询采用低功耗蓝牙模块和轻触按键。通过本安电源产品上述设计需要本安限能的电路总耗电不超过110mA，对于本安实现及元器件选型非常有利。

控制器的实际功能、结构框图1.1 硬件台州本安电源设计中的本安实现本控制器的温度测量、电流采集、人机交互及微处理器单元均为电子线路，本产品的硬件选择了本质安全型设计，本安型设计具有诸多优点，例如利于传感器选型、利于结构设计、利于减小产品体积和降低成本等。确定了产品的本安设计方向即意味着所有硬件电路均与本性能相关，硬件电路的功能和本安实现成为设计的重点，下面主要阐述复杂本安电路的设计和部分关键元器件本安性能的核算方法。1.1.1能量网格化设计本控制器从本安电路角度来看属于复杂电路，为实现本安性能采取了能量网格化设计方法：即充分利用国标中规定和认可的可靠间距、可靠电阻、可靠隔离元件（可靠隔离元件可以是二极管、电容、变压器、光耦、继电器等），将本安电源产品各功能电路进行能量分区形成各自独立的能量孤岛。图2中数字序号标注的电路功能块，为各个独立的能量孤岛本安电源产品，大写英文字母标注的元件为功能块之间的可靠隔离元件。可靠隔离元件用于实现各功能块之间的信号传输的同时又实现了能量隔离或限制。

需要注意的是公式⑤中的TLA系根据手册给出的数据的理论计算值，实际电路中由于焊盘、焊点、大面积铺地等因素，实测值一般会小于理论台州本安电源计算值，当用理论计算所得结果不能满足要求同时差值较小时，可以用实测值代替计算值。计算如下首先需要获得引脚到空气的热阻值RθLA，在实际电路的二极管上施加一个功率，本处取P=1.5W,待其温升稳定后，在环境温度下（本例中TA=26℃），测得其引脚上的温度TL=99.3℃，则RθLA = (TL - TA) / P = (99.3-26)/1.5 ≈ 49K/W ⑦引脚到空气的温升：TLA = Pz * RθLA = 0.8*49 = 39.2℃引脚上的温度：T L= 39.2+50 = 89.2℃≈90℃按图4查其功率允许值约为2.2W（实线）,大于理论计算的1.8W总结以上计算说明：1）简单地采用稳压管标称功率这个本安电源产品数据来核算本安电路，其本安性能可能是无效的；2）通过增大铺地等方法提高散热能力降低稳压二极管的温升，可以本安电源产品提高其许用功率。

1、适用范围：16A、1140V、1000W，Gb、Mb。电子电路、传感器、熔断器、本安设备、关联设备防爆。2、定义：电气设备防爆型式的台州本安电源一种，将能点燃爆炸性气体的部件固定在适当位置上，且完全埋在填充材料中，以防点燃外部爆炸性环境。注：不能阻止爆炸性气体进入，但填充材料空隙小，火焰被熄灭。3、结构要求：3.1分密封和可以打开维修两种，均要进行标志。3.2防护要求：至少IP54，可降至IP43（加X）。如若IP55以上且不是气密型，须加呼吸装置。Ex元件一般可不做要求。3.3填充材料：石英或固体玻璃颗粒。公称孔径1mm/500μm的筛网,可要求制造商提供工艺文件（技术要求、尺寸范围、填充方法）。4、填充材料内的距离：见表1（5mm/1.5mm）、表2。对于表1的理解：一般电压取值1.1工作电压（故障条件）；箱体间没有相邻的间隙时可用缩小距离。对于图一的理解：如果壳壁是金属的，可以选择缩小距离（无间隙）。 如果壳壁是非金属的，则无缩小距离说法，但要减去壁厚。4、电容要求：正常运行时总贮存能量不超过20J。5、电池要求：应选择气密电池（不释放气体），并且符合GB3836.3、25Ah规定，否则应有呼吸装置与周围环境进行气体交换。或应选择容量不大于1.5Ah的电池。6、过载条件下的温度限制：过载条件由制造商产品标准的规定，距壳体壁5mm（如有缩短则按缩短距离）的填充材料的温度不超组别。注：通常认为仅用一个熔断器限制温度较困难，要加内部热保护装置。7、故障条件下的温度限制：7.1.1 电源由熔断器保护：其额定电流不超过正常电流的1.7倍，否则应考虑过电压或过电流故障条件。如熔断器不是一体，则加X/U。7.1.2不必考虑的故障：与本安相似，不再复述。7.1.3限制温度的保护装置：内部、外部、电的或热的保护装置都可以达到限制温度的目的，保护装置不是自动复位。7.1.4电源预期短路电流：Ue不超过250VAC，产品适用于预期短路电流1500A的电源系统。（熔断器的分断能力应不小于此值）对于高于1500A时需用限流装置如电阻器，其要求同本安要求。如果不能提供加X。8、型式试验：8.1高温度的测定：5mm过载温度：依据1.7Ie或熔断器能承受的电流。故障温度:任何元件短路、断路、印制线路的故障，以不使熔断器立即熔断的任何故障。8.2对于箱体也是外壳时（GB3836.1）：耐热试验、耐寒试验、冲击试验、跌落试验、防护试验（在压力试验后）。Ex元件不适用。8.3箱体压力试验：50kPa、10s。任何尺寸不超过0.5mm变形。特例1：没有密封箱体，本安电源产品内装不是可靠的电容器，且填充体积小于8倍熔断器体积——1.5MPa 10s。特例2：采用缩小距离则用压，不应有水滴8.4填充材料的介电强度试验：专门本安电源产品工装-两电极间距10mm，厚10mm23℃,45%-55%RH，1000v直流，泄露电流不超过106A。

结构设计本产品防爆结构采用增安和浇封方法，图2中罗马字母为增安型壳体，其电源、负载、PT100传感器电缆通过增安型格兰引出；为增安型壳体台州本安电源中的浇封剂，除显示电路、按键电路、接线端子裸露在浇封剂外，其他硬件电路均在浇封剂中。设计思路和特点如下1.4.1本控制器结构上要求体积小、重量轻、具备抗腐蚀性能，另外硬件电路中内置蓝牙模块，因此产品适合采用非金属材料，实际设计中采用了SMC模压成型的聚酯壳体作为产品的主体结构，壁厚6mm，外形尺160X160X90(mm)，通过了防爆标准要求的耐热耐寒、抗冲击等测试；采用硅发泡密封条并合设计壳体与壳盖之间的密封结构，通过了IP66防护等级测试，高于设计输入要求的IP65；1.4.2浇封型防爆措施在整机设计中起到了衔接和桥梁的作用，具体如下1）增安型壳体内部不适宜安装复杂电气元件，浇封措施的引入弥补了增安型壳体的局限性；2）设备温度组别核定时只需要考虑浇封剂表面的温升；3）本安本安电源产品电路中的关联电路、可靠隔离元件按本安标准要求必须进行浇封处理，因此浇封型防爆措施也即本安电源产品是本安防爆措施的一部分通过以上的结构设计，实际产品长宽高比例协调、体积小、重量轻、接线安装方便。