本质安全型两相交错并联反激变换器的研究

摘要

若将直流电源应用于煤炭、石油化工等危险环境中，必须满足其不会引燃环境中可燃物的要求，其中本质安全（本安）是一种较好防爆方式。本安电源与隔爆电源相比其不但可以通过去除笨重的外壳获得较小的体积和较轻的重量，而且在节约了制作成本的同时，使电源可以具有较高的安全性。正是由于这些优点，它在煤矿、石化等领域具有广阔的应用前景。本文研究了本质安全型交错并联反激变换器的本质安全特性，并对其进行了设计，拟将其应用在矿用本质安全型直流开关电源中。
　　首先，在研究两相交错并联反激变换器的工作原理及电感电流的基础上，划分了两相交错并联反激变换器的工作模式和分析能量的传输过程，指出其存在CCM、DCM-CCM和DCM三种工作模式;其次，在不同工作模式下，通过研究两相交错并联反激变换器的输入电压与设计变压器的电感量对其输出电压纹波和电感电流峰值的影响，总结出它们之间的客观规律，同时对两相交错并联反激变换器的输出本质安全特性和内部本质安全特性进行研究，给出了其主电路和控制电路的设计过程;最后，用Saber仿真和实验验证，结果表明，两相与单相反激变换器相比，具有输出功率大、输出电压和电感电流纹波小、本质安全特性更好等优点，同时，在同等输出条件下，采用交错并联的变换器能够减小体积，降低成本。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 本质安全型两相交错并联反激变换器的概述

1．2．1 交错并联技术概述

1．2．2 反激变换器概述

1．2．3 本质安全型交错并联反激变换器的概述

1．3 本论文的主要研究内容

2 两相交错并联反激变换器内部本质安全特性分析

2．1 工作原理分析

2．2 变换器的电感电流与能量传输过程分析

2．2．1 电感电流的分析

2．2．2 能量传输模式的分析

2．2．3 临界电感与工作区域的分析

2．2．4 不同模式下最大峰值电感电流的分析

2．2．5 工作模式与峰值电感电流的仿真验证

2．3 内部本质安全判据

2．3．1 变换器最危险的分断位置及分断时刻的判断

2．3．2 变换器的电感分断时放电特性分析

2．4 本章小结

3 两相交错并联反激变换器输出本质安全特性分析

3．1 输出电压纹波分析

3．1．1 CCM下输出电压纹波分析

3．1．2 DCM-CCM下输出电压纹波分析

3．1．3 DCM下输出电压纹波分析

3．1．4 输出电压纹波的仿真验证

3．2 变换器输出本安特性的分析与判断

3．2．1 变换器输出短路的放电特性

3．2．2 两相交错并联反激变换器的输出短路释放能量分析

3．2．3 本质安全判断方法

3．2．4 变换器的输出本质安全性能判断

3．3 本章小结

4 本质安全型两相交错并联反激变换器的设计

4．1 主电路的设计

4．1．1 主电路拓扑

4．1．2 变压器的设计

4．1．3 电容的设计

4．1．4 功率器件的选取

4．2 控制电路的设计

4．3 电压采样电路的设计

4．4 驱动电路的设计

4．5 保护电路的设计

4．6 本章小结

5 仿真与实验验证

5．1 仿真验证

5．1．1 本质安全型单相反激变换器的仿真验证

5．1．2 本质安全型两相交错并联反激变换器的仿真验证

5．2 实验验证

5．2．1 本质安全型单相反激变换器的实验验证

5．2．2 本质安全型两相交错并联反激变换器的实验验证

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

作者简历

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