输出本安型单级PFC反激式变换器研究

摘要

随着科学技术的不断发展，煤矿井下各种电器设备应用越来越广泛，如监测设备、预警设备、控制设备等，煤矿开采对供电电源的需求越来越大。为保证井下供电的安全性和可靠性，井下电气设备供电电源必须要满足防爆要求，其中防爆性能最为优良的就是本质安全型电源。随着煤矿科技的不断发展，先进电气设备在矿井下应用日趋广泛，日益增长的电气设备对本质安全型电源的需求提出了更高的要求。然而目前井下使用的本质安全型电源输出功率仍然较低，严重限制了其应用与发展，因此如何提升本质安全电源输出功率成为了一个迫切需要解决的问题。 通过对本质安全的基础理论、本安防爆系统及常见本安电源、主要性能指标的分析介绍，本文着重阐述了本安电源的保护形式及安全性能评估方法。研究了提升本安电源输出功率的几种方法，对EC电路模型自然放电特性进行研究，讨论各参数变化对其安全性能的影响；在此基础上，深入分析了截止型EC电路火花放电特性，通过对前两者的比较，研究了一种改进截止型EC火花放电电路，该模型利用MOSFET恒流区的工作特性来实现对火花放电时火花电流的限制。通过与普通截止型EC火花电路放电特性的分析对比，表明了改进截止型EC火花电路能够有效的降低火花放电电流，限制火花放电功率。 结合改进截止型EC火花电路放电分析，本文设计了一种高功率因数的输出本质安全开关电源来验证改进截止型保护电路的准确性。同时依据GB3836.4中简单电容电路最小点燃曲线，研究了改进截止型保护电路的本质安全非爆炸性评估方法。最后通过软件仿真和实验对理论分析与设计的正确性进行验证，实验验证了前述模型的准确性。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1课题研究背景(Research Background)

1.2.1 本质安全电路国外研究现状

1.2.2 本质安全电路国内研究现状

1.3研究目的及意义(Research Objective andSignificance of Thesis)

1.4本课题主要研究内容(Main Research Contents of Thesis)

2 本质安全电源基础理论

2.2常见本安电源结构(Classification and Structural Characteristics of Intrinsically Safe Power Supply)

2.3本安电源安全性能分析(Safety Performance Analysis of Intrinsically Safe Power Supply)

2.3.1 本安电源主要性能指标

2.3.2 本质安全电源的保护方式

2.3.3 本质安全电源安全性能判别

2.4本质安全电源功率提升的方法(The Method to Improve The Power of Intrinsically Safe Power Supply)

2.4.1 本质安全电源功率提升原理

2.4.2 降低等效电感值提本质安全电源功率

2.4.2 降低等效电容值提本质安全电源功率

2.4.3 减少火花放电时间提升本质安全电源功率

2.5 本章小结(Summary)

3 改进截止型EC电路放电特性

3.1 EC电路模型(Capacitive Equivalent Model of EC Circuit)

3.2截止型EC电路火花放电特性分析(Spark Discharge Characteristics of Cut-off EC Circuit)

3.3改进截止型保护电路的建立(Establishment of Spark Discharge Model for Ameliorated Cut-off Protect Circuit)

3.4改进截止型EC电路特性分析(Spark Discharge Characteristics of Ameliorated Cut-off Protect Circuit)

3.4.1 普通截止型EC电路特性分析

3.4.2 改进截止型EC电路特性分析

3.5 本章小结(Summary)

4 改进截止型单级PFC反激变换器设计

4.1.1 单级PFC反激式变换器结构

4.1.2 单级PFC反激式变换器功率因数校正

4.1.3 单级PFC反激式变换器控制模式

4.1.4 单级PFC反激式变换器整体设计

4.1.5 改进截止型保护电路设计

4.2单级PFC反激式变换器输出非爆炸评价(Non Explosive Intrinsically Safe Evaluation of Single-stage PFC Flyback Converter with Ameliorated Cut-off Protect Circuit)

4.2.1 非爆炸本质安全性能评估方法

4.2.2 非爆炸本质安全性能评估方法验证

4.3 本章小结(Summary)

5 改进截止型单级 PFC 反激变换器仿真分析与实验验证

5.1仿真分析(Simulation Research)

5.2实验研究(Experimental Research)

5.3 本章小结(Summary)

6 总结与展望

6.1全文总结(Conclusions of Full Thesis)

6.2后续研究展望(Prospects of Further Researches)

参考文献

作者简历

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