本质安全型开关电源的研制

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1、▲}fI摘要捅要煤炭、石油、天然气等危险性环境中的用电设备越来越多被设计成本质安全型，电源是电气设备的“心脏"，因此，它的本质安全性设计是整个本安系统的基础。本课题将成熟的开关电源技术应用到本质安全电路研究中，基于单端反激式变换器，研制了一款18W1A输出的本质安全型开关电源。该电源体积小，成本低，输入与输出电气隔离，可实现多路本质安全输出，可为危险性环境下的各类用电设备提供不同电压等级的工作电压。电容短路、电感断路时能产生电火花，集中释放能量，因此，在设计本质安全型开关电源时应控制其故障时产生的电火花能量不点燃周围可燃性气体混合物。输入整流滤波电路在整个电源

2、系统中是存储能量较大的一部分，也是至关重要的一部分，因此，本论文着重研究了这部分电路，采取的本安措施是在输入滤波电容上串接一个电阻，目的是减小电容短路时的瞬间放电电流，从而限制火花放电能量，同时该电路还具有PFC功能。还具体分析了电容串接电阻电路短路火花放电特性，建立数学模型，利用MATLAB仿真软件对各数学表达式进行仿真分析及对输入电流波形进行频谱分析，验证了该方法能有效减小电容的瞬间放电电流，从而减小放电能量，保证电路的本质安全性；并验证了串接电阻对滤波效果无明显影响，且对功率因数稍有提高。单端反激式变换器的变压器实质上是个储能电感，故本电源采取的另一种本

3、安措施就是提高开关电源的工作频率，减小变压器的存储能量。本论文设计了本质安全型开关电源的主电路及过流过压保护电路，给出了重要元器件的具体参数计算及选型分析，还进行了PCB设计，最终制作了本质安全型开关电源样机。实验结果表明：此本质安全型开关电源输出比较稳定，纹波电压小，能够基本达到设计的要求。图【5l】表【7】参【63】关键词：本质安全型；开关电源；PFC；整流滤波电路分类号：TN86安徽理工大学硕士研究生学位论文U■l}4AbstractElectricaldevicesinthedangerousenvironmentssuchasmille，oiland

4、naturalgas，increasingly躺designedtobeintrinsicallysafe，poweristhe‘heart’ofelectricaldevices，SOittheessenceofsecuritydesignisthefoundationofthissystemasawhole．Thissubjectwillmatureswitchingpowersupplytechnologytothestudyofintrinsicallysafecircuits，a18V／1Aoutputintrinsicsafetyofswitchi

5、ngpowersupplyisdesignedbasedontheflybackconverter．Thepowerissmall，lowcost,electricalisolationforinputandoutput,canachievemulti-channelintrinsicsafetyoutputsforallkindsofelectricaldevicesinthedangerousenvironmentstoprovidedifferentoperatingvoltage．Whencapacitorshortsandinductancebrea

6、kers，thenproducetheelectricsparkandfocusonthereleaseofenergy,therefore，intrinsicallysafeswitchingpowersupplydesignshouldcontroltheirenergyisnotgeneratedwhenthesparkignitionofsurroundingflammablegasmixture．Inputrectifierfiltercircuitisalargerstoreofenergyinthepowersystem，therefore，th

7、ispaperfocusesonthispartofthecircuit，thesecuritymeasurestakenbytheinputfiltercapacitorinseries、Ⅳitllasmallresistance，inordertoreducethecapacitorshort-circuittheinstantaneousdischargecurrent,therebylimitingthesparkdischargeenergy,whilethecircuitalsohasafunctionofPFC．Sparkdischargecha

8、racteristicsoftheca