基于故障电流变化率的大功率本安电源设计

康骞^1,2，许春雨^1,2，田慕琴^1,2，宋建成^1,2

1. 太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室2. 太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室

摘 要：针对现有本安电源存在的输出功率小、保护效果差、动态响应速度慢等问题,设计了一种基于故障电流变化率的大功率本安电源。将本安电源等效为电势电容（EC）电路,分析了EC电路短路故障特性:短路初始阶段火花放电电流迅速上升,电流变化率会发生突变。通过检测短路故障后电路中故障电流变化率的值,可以提前预知故障状态,在故障电流达到传统电流保护方法所设置的保护阈值之前便触发保护功能,并在短路故障的初始阶段切断输出回路,提高本安电源的输出功率。大功率本安电源包括开关电源和本安保护电路2个部分:开关电源采用反激变换结构,其控制电路以UC3842为核心,反馈电路以光耦与三端稳压器TL431为核心;本安保护电路基于故障电流变化率来限制火花放电的能量,主要包括故障检测电路、比较电路、自恢复电路、软启动电路、驱动电路。本安电源样机性能测试结果表明,交流输入电压在90～265V波动时,本安电源功率因数不小于0.96,输出直流电压纹波在20mV以内,电源效率在85%以上。短路实验结果表明,本安电源在发生短路故障后的瞬态输出能量为65μJ,满足设计要求。

关键词：大功率本安电源;故障电流变化率;电势电容;开关电源;本安保护电路;反激变换;EC电路;