[发明专利]一种本质安全型Buck变换器设计方法

说明书

本发明公开了一种本质安全型Buck变换器设计方法，包括步骤：步骤1：根据设计要求设定相应的参数和指标；所述设定的参数包括输入电压、输出电压、输出电流、纹波电压、最大输出电阻和最小输出电阻；步骤2：设置Buck变换器的开关频率；步骤3：计算所述Buck变换器在输出短路最危险工况下和输出开路最危险工况下的输出端放电间隙总能量；步骤4：对所设计的Buck变换器输出本质安全性能进行评判，若所述Buck变换器满足输出本质安全要求则设计结束，否则返回到步骤2重新进行。本发明给出的本安Buck变换器设计方法，可适用于防爆场合用DC‑DC变换器的要求，同时具有很好的动态特性，转换效率高。

技术领域

本发明涉及防爆场合用DC-DC变换器，尤其涉及一种本安Buck变换器设计方法。

背景技术

电气危害主要由电火花、电弧、接触高温、静电等因素引起，而当电路中出现短路、过载、接触不良、发热等情况时，则会导致上述现象产生。因此，用于危险场所的电气设备、电子装置等产品必须满足防爆要求。本质安全是最佳的防爆形式，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物。本安电源作为在煤矿、石油、化工等场合广泛使用的供电设备，由于其良好的防爆性能而得到了广泛的应用。

本安电路设计有三条基本原则：第一，本安电路与其它非本安电路、其它独立本安电路必须进行适当隔离；第二，本安电路在规定的条件下，其任何元件的热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物；第三，对于本安电路，应根据其电气设备规定等级进行试验或评定，其任何电火花不得引燃规定的爆炸性气体混合物。

现有的本安型开关电源多采用线性电源实现，其转换效率低、输入动态范围窄、损耗较大。而伴随着高损耗的一个问题是需要加装散热器，温度的升高对于电源的可靠性有很多不良的影响。目前的本安电源的研究主要集中在各种非隔离变换器上，不能兼顾多种设计要求。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提供了一种本安Buck变换器设计方法

一种本质安全型Buck变换器设计方法，包括步骤：

步骤1：根据给定输入电压、负载动态范围、输出电压以及允许的最大纹波电压的要求设定相应的参数和指标；所述设定的参数包括输入电压、输出电压、输出电流、纹波电压、最大输出电阻和最小输出电阻；

步骤2：设置Buck变换器的开关频率；

步骤3：计算所述Buck变换器在输出短路最危险工况下和输出开路最危险工况下的输出端放电间隙总能量；

步骤4：对所设计的Buck变换器输出本质安全性能进行评判，若所述Buck变换器满足输出本质安全要求则设计结束，否则返回到步骤2重新进行。

所述步骤3中，所述Buck变换器在输出短路最危险工况下和输出开路最危险工况下的输出端放电间隙总能量的计算如下：

输出短路情况下，存在两种情况：当整个保护响应过程处于主开关管Q导通阶段时，储能电感一方面接收来自输入电源的能量，另一方面为放电间隙提供放电能量，电流i_L持续线性上升，直至保护电路P的完全保护响应时，储能电感电流从I_s1上升至I_s2；当整个保护响应过程处于主开关管Q关断阶段时，储能电感为放电间隙提供放电能量，电流i_L持续线性下降，直至保护电路P的完全保护响应时，储能电感电流从I_s1下降至I_s2；

整个保护响应过程，滤波电容持续放电，电容电压持续下降，直至保护电路P的完全保护响应时，滤波电容电压达到最小值U_s；整个保护响应过程，额定负载R和假负载R_d均并联在滤波电容的两端，负载端电压从额定输出电压U_o下降至最小值U_s；