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专利号: 2018111356605
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种本质安全型Buck变换器设计方法,其特征在于: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;

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,储能电感电流iL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Is1上升至Is2;当整个保护响应过程处于主开关管Q关断阶段时,储能电感电流iL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Is1下降至Is2;

整个保护响应过程,滤波电容电压持续下降,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Us;引入假负载,整个保护响应过程,额定负载R和假负载Rd均并联在滤波电容的两端,负载端电压从额定输出电压Uo下降至最小值Us;

则当整个保护响应过程处于主开关管Q导通阶段时,输出端放电间隙总能量为其中,Ui为输入电压,L为储能电感,C为滤波电容,Uo为输出电压,保护电路P的保护响应时间为Tp;

当整个保护响应过程处于主开关管Q关断阶段时,输出端放电间隙总能量为综上,输出短路最危险工况下,输出端放电间隙总能量最大值为Ws=max(Wso,Wsc);

输出开路情况下,额定负载且储能电感电流峰值时,负载端突然断开,电感的存在,使得负载端电压瞬间上升;此阶段,储能电感电流iL持续线性下降,直至保护电路P的完全保护响应时,储能电感电流达到最小值Ib;滤波电容持续充电,电容电压持续上升,直至保护电路P的完全保护响应时,滤波电容电压达到最大值Ub;

输出端放电间隙总能量为

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4具体为:根据所述步骤3计算得到的所述Buck变换器在输出短路最危险工况下输出端放电间隙总能量Ws=max(Wso,Wsc)和输出开路最危险工况下的输出端放电间隙总能量Wb,与国家所规定的故障瞬间允许通过的瞬态能量规定值W比较,若Ws,Wb均小于W,则设计满足输出本质安全要求。