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专利号: 2019110769361
申请人: 陕西理工大学
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:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑滤波电容ESR的本质安全型Buck-Boost变换器设计方法,其特征在于,包括:S1:确定变换器的输入电压Vi范围[Vi,min,Vi,max],负载R范围[Rmin,Rmax],输出电压Vo,工作频率f,确定滤波电容的等效串联电阻RC的最大值即RC,max;

S2:规定纹波电压指标Vpp,max,并计算出变换器所要求的最小放电能量WB;

S3:由以上参数确定满足变换器工作模式所要求的最小电感Lmin,最小电感Lmin常由变换器的工作模式决定,一般要求变换器输出电流大于某个值IA时工作在CCM,即要求最小临界电阻RCM>RA即可,Lmin计算公式是:其中,RA表示变换器的工作模式临界电阻;

S4:将Lmin代入计算公式(2)计算ΔV1,max:

式中,α=RminVi,min-RC,maxVo;

S5:将ΔV1,max与所规定的最大纹波电压指标Vpp,max进行比较,若ΔV1,max≥VPP,max,计算Lmin1,求得最小电容Cmin1;若ΔV1,max

S6:求得最大输出短路放电能量Wmax,将Wmax与WB比较,对变换器本质安全性能进行评判,若符合要求则设计结束,若不符合要求,则重新设置RC,max或者开关频率f重复S2以后的步骤直至设计结束;

S7:搭建应用于Ⅰ类环境的Buck-Boost变换器进行仿真验证和实验验证。

2.根据权利要求1所述的一种考虑滤波电容ESR的本质安全型Buck-Boost变换器设计方法,其特征在于,所述S2中,所述最小放电能量WB计算过程是:其中,CB为最小点燃电压V对应的电容,为了确保变换器输出满足本质安全要求,必须有V=KVo,K为安全系数。

3.根据权利要求2所述的一种考虑滤波电容ESR的本质安全型Buck-Boost变换器设计方法,其特征在于,所述安全系数K为1.5。

4.根据权利要求3所述的一种考虑滤波电容ESR的本质安全型Buck-Boost变换器设计方法,其特征在于,所述S5中,所述最大输出短路放电能量Wmax的计算过程是:式中,WC为变换器短路时刻电容释放的能量,WL短路时刻电感释放的能量,C为电容值,ILP,max为电感电流的最大值,式中,α=RminVi,min-RC,maxVo。

5.根据权利要求4所述的一种考虑滤波电容ESR的本质安全型Buck-Boost变换器设计方法,其特征在于,所述S5中,所述ΔV1,max与所规定的最大纹波电压指标Vpp,max进行比较的过程是:A.若ΔV1,max≥Vpp,max,此时令ΔV1,max=Vpp,max,求得满足纹波要求的电感Lmin1:式中,α=RminVi,min-RC,maxVo,

根据(7)式求得CISM3模式下所需要的最小电容Cmin1,再根据(4)式求得变换器发生短路时最大输出短路放电能量Wmax,将其与S2中计算的WB比较,若WmaxWB,则不符合本质安全要求,此时需要减小RC,max或者提升开关频率f,重新进行设计,直至满足要求,式中,α=RminVi,min-RC,minVo,β=RminVo[2fLmin1(Vi,min+Vo)-RC,minVi,min];

B.若ΔV1,maxWB,则不符合本质安全要求,此时同样需要减小RC,max或者提升开关频率f,重新进行设计,直至满足要求,式中,

t2=(1-D)T,tm=-b/2a,