考虑滤波电容等效串联电阻的输出本质安全型Buck-Boost变换器分析与设计

摘要

应用于煤矿、石化等危险环境的Buck-Boost变换器不仅要满足本质安全要求,同时还要满足电气性能指标如纹波电压的要求.现有本质安全开关变换器参数设计依据理想纹波电压表达式,但实际上受寄生参数如电容等效串联电阻(ESR)的影响,按照理想公式设计的电容无法满足纹波电压指标要求,通常要选择2～4倍的裕度,这样会增加变换器短路时爆炸风险.电容的ESR不仅会引起开关变换器纹波电压波形畸变,同时还对纹波电压的大小有重要影响,为了更好地指导本质安全Buck-Boost变换器的参数设计,该文分析电容ESR引起变换器纹波电压畸变的机理,建立考虑电容ESR的Buck-Boost变换器纹波电压精确数学模型及峰值电感电流模型,基于此模型提出在输入电压、负载电阻及电容ESR变化的动态范围内本质安全型Buck-Boost变换器的参数设计方法.实验结果表明,选择1.2倍裕度的电容即可满足Buck-Boost变换器纹波电压及输出本质安全要求,有效地提高了变换器的本质安全性能.