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《西安科技大学》 2007年
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本质安全开关变换器基础理论及关键技术研究

刘树林  
【摘要】: 应用于易燃易爆环境的直流电源必须满足防爆要求,本质安全是最佳的防爆形式,本质安全开关电源必将获得广泛应用。开关变换器是组成开关电源的核心基础,因此,对本质安全开关变换器的基础理论及关键技术进行研究具有重要理论意义和实用价值。 提出了一种输出电流可控的大功率安全栅电路,设计了一种快速的截止型输出短路保护电路。针对Boost变换器实现本质安全存在的问题,提出了一种本质安全型Boost变换器的改进电路。为进一步提高本质安全开关变换器的输出功率,发明了一种输出电容短路火花能量释放电路。通过大量实验验证了提出的一系列新电路的可行性。 发现了Boost和Buck-Boost变换器存在完全电感供能模式(CISM)、不完全电感供能且连续导电模式(IISM-CCM)及不完全电感供能且不连续导电模式(IISM-DCM)三种工作模式,并推导得出了其临界条件和变换器在整个动态工作范围内的最大输出纹波电压。指出对于Boost和Buck-Boost变换器,最小负载电阻和最低输入电压所对应的CISM和IISM的临界电感,即为使得最大输出纹波电压极小的最小电感,且最大输出纹波电压的极小值与电感无关。 推导得出了开关变换器在整个工作范围内的最大输出短路释放能量,指出其不仅与输出电压和电容有关,而且与开关频率和电感及其电流有关。发现了输出短路火花与负载电阻密切相关的现象。指出不能直接套用简单电容电路的引燃曲线作为开关变换器的输出本质安全判据。为此提出了一种将开关变换器输出短路放电特性转化为等效简单电容电路的方法,并据此首次提出了开关变换器输出本质安全的非爆炸判断方法。通过大量火花实验验证了提出方法的可行性。 推导得出了开关变换器在整个工作范围内的最大电感电流。发现了流过开关变换器的电感电流远小于该电感对应的引燃电流时也会引燃爆炸性气体,并且电感分断火花的引燃能力与输出电容有关的现象,指出直接套用简单电感电路的引燃曲线作为开关变换器的内部本质安全判据是不严格的。为此,在深入研究开关变换器的电感分断放电火花的基础上,提出了一种将开关变换器的电感分断放电特性转化为等效简单电感电路的等效电阻分析法,并据此首次提出了开关变换器内部本质安全的非爆炸判断方法。通过大量火花实验验证了提出方法的可行性。 建议了一种本质安全开关变换器的设计方法。推导得出了满足性能指标要求、输出本质安全要求和内部本质安全要求的电感和电容参数的取值范围,深入探讨了开关频率对元器件参数取值范围的影响,并分别得出了输出本安型开关变换器和完全本质安全型开关变换器的最小开关频率。
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM46

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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3 赵曼;;防爆型电气设备及电路本质安全性能评价[J];电子科技;2013年05期
4 于月森;谢冬莹;李世光;伍小杰;;本质安全电路技术综述[J];煤炭科学技术;2011年06期
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6 于月森;张望;孟庆海;伍小杰;;截止型保护方式下容性电路短路火花放电模型及分析[J];煤炭学报;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 汪海宁;光伏并网功率调节系统及其控制的研究[D];合肥工业大学;2005年
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9 刘学超;平面磁集成电压调整模块建模方法及磁耦合微分几何解耦控制[D];华南理工大学;2006年
10 贺昱曜;谐振软开关PWM功率变换器及其非线性特性分析[D];西北工业大学;1999年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 井莉楠;本质安全电路电弧放电特性与非爆炸检测方法的研究[D];河南理工大学;2007年
【同被引文献】
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1 张军国,牟龙华,孟庆海,刘建华;电感性本质安全电路L/R的选择原则[J];安全与环境学报;2002年04期
2 董万里;曲东才;董伟洁;;一种基于GA-BP算法的PIDNN控制策略[J];兵工自动化;2011年02期
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5 孟庆海,胡天禄,牟龙华;本质安全电路低能电弧放电特性及参数[J];电工技术学报;2000年03期
6 孟庆海,胡天禄,牟龙华;低能电弧放电时间与电路参数间的关系[J];电工技术学报;2000年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 于月森;本质安全型开关电源基础理论与应用研究[D];中国矿业大学;2012年
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1 李德峰;放射源剂量监测和视频监控终端设计[D];东华理工大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 刘树林;本质安全开关变换器基础理论及关键技术研究[D];西安科技大学;2007年
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1 胡庆;滑模变结构控制在电力电子开关变换器中的应用[D];沈阳工业大学;2002年
2 陈云鹏;开关变换器的控制策略[D];北方工业大学;2006年
3 牟清波;开关变换器脉冲序列控制技术研究[D];西南交通大学;2010年
4 汪书林;开关变换器同步控制研究[D];安徽大学;2011年
5 杨杰;基于系统辨识的开关变换器动态建模方法研究[D];解放军信息工程大学;2012年
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7 杨银玲;Buck及boost变换器的本质安全特性及优化设计[D];西安科技大学;2005年
8 陈亚爱;开关变换器的数字控制研究[D];北方工业大学;2009年
9 曾毅;车载辅助控制电源建模分析与研究[D];中南大学;2010年
10 刘雪山;单电感多输出开关变换器拓扑及控制方法研究[D];西南交通大学;2011年
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