基于本质安全的Buck DCDC 变换器的设计考虑

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1、中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集基于本质安全的BuckDC/DC变换器的设计考虑12寇蕾刘树林1)2)西安科技大学电气与控制工程学院，陕西，西安，710054摘要根据Buck变换器的输出电压纹波要求，得出最小电感和最小电容；以电容电路的最小点燃电压曲线和电感电路的最小点燃电流曲线作为Buck变换器本质安全的判断依据，得出了最大电感和最大电容，从而得出了同时满足内部本安、输出本安和输出电压纹波要求的电感、电容的设计范围。文中给出了设计实例，实验结果验证了所提设计方法的可行性和正确性。关键词Buck变换器本质安全电路输出电压纹波设计DesignConsiderationofBu

2、ckConverterBasedonIntrinsicSafety12KouLeiLiuShulin1)2)Xi’anUniversityofScience&Technology,Xi’an,710054,ChinaAbstractAccordingtotheoutputvoltagerippleofBuckconverters,theminimuminductanceandcapacitanceareobtained.Theminimumignitionvoltagecurveandtheminimumignitioncurrentcurveareregardedasthecriteri

3、onoftheintrinsicsafetyofthebuckconverter,andthemaximuminductanceandcapacitancearededuced.Thereforetheregionoftheinductanceandcapacitancemeetingtherequirementofinnerandoutputintrinsicsafetyandoutputvoltageripple.Theexperimentresultsareinpositivetotheanalysisresultsshowingthefeasibilityoftheproposed

4、methods.KeywordsBuckconverters,intrinsicsafety,outputvoltageripple,design[5,7]1．引言广泛应用。但Buck变换器中含有较大容量的储能应用在煤矿、石化等危险性环境的直流电源必须元件：电感和电容，因此在电感出现断开或输出出现满足防爆的要求。在众多的防爆类型中，本质安全型短路等故障时，所产生的电火花很容易点燃易燃易爆是最佳的防爆形式，即要求在正常工作或规定的故障气体或它们的混合物。为了满足本质安全的需要，文状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸献[2]提出了采取双端输入增频法减小开关变换器的[1]混合物。由于开

5、关电源具有转换效率高、输入动态输出滤波电容，从而减小输出短路放电火花的方法，范围宽并且体积小、重量轻等优点，近年来越来越多但是电路结构和控制方法比较复杂。的科技人员开始研究采用开关电源构成本质安全型直实际上通过分析变换器的本质安全特性，并结合[2~5]流电源。而开关电源是功率较大的电子设备，其面本质安全的判断条件，合理选择元件参数，就可设计[5]临的本质安全问题更为突出。出满足电气指标要求和本质安全要求的变换器。应用于危险环境的本质安全开关电源通常采用一本文结合Buck变换器的极限参数，以同时满足输个隔离整流环节和一个DC-DC变换器级联构成。随着出纹波电压、内部本质安全和输出本质安全要求

6、为约电子技术的发展，各种电子设备的供电电压越来越低，束条件，得出了Buck变换器电感、电容的设计范围，而对于危险环境的开关电源，考虑到蓄电池电压和电对本质安全开关变换器的设计具有指导意义。源输出电压的需要，BuckDC-DC变换器显然将得到中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集2．Buck变换器的组成及其极限参数3.2输出本质安全判断BuckDC-DC变换器的组成如图1所示。对BuckDC-DC变换器的输出本安判断而言，其输出属于容性电路。根据容性电路的最小点燃电压曲线[1]可知，对于一给定的电容CB，可查得对应的最小点燃电压U。如果变换器的输出电压为VO，为确保变换器的输出本质

7、安全，我们必须考虑足够的安全系数K，即对应于输出电压VO的最小点燃电压U为U=KV(6)O图1.BuckDC-DC变换器则考虑到安全系数K后，对应电容CB和输出电压设开关周期为TS，导通时间为TON，则开关频率VO的最小点燃放电能量WB为f=1/TS，开关导通比d=TON/TS。当buck变换器工作在2WB=0.5CBVO(7)连续导电模式(CCM)时，输出电压VO和输入电压Vi因此，对于BuckDC-DC变换器，如果在