輸出本安型準諧振反激變換器設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、煤炭行業(yè)的快速發(fā)展對煤炭安全開采提出了更高的要求,電源作為煤礦井下電氣設(shè)備供電的核心設(shè)備,其安全性能至關(guān)重要。輸出本安型電源一方面應(yīng)滿足體積小、效率高的要求,另一方面應(yīng)盡量提高可靠性和使用壽命?！半娀鸹ā焙汀盁嵝?yīng)”是引燃爆炸性氣體的兩個點燃源,目前本安電源的研究主要集中在前者,而對因功率器件發(fā)熱引起的“熱效應(yīng)”鮮有研究。因此,本文從提高效率和可靠性、控制溫升、減小體積出發(fā),對輸出本安型準諧振反激變換器進行設(shè)計和優(yōu)化。
　　首先,

2、分析輸出本安型開關(guān)電源的設(shè)計要求,選擇準諧振反激變換器和后端截流型保護;分析準諧振反激變換器的工作原理和能量傳輸過程,分別推導自然放電模式和截止放電模式下準諧振反激變換器的輸出短路釋放能量,得出:最危險輸出短路時刻為開關(guān)管關(guān)斷瞬間;截止放電模式下的輸出短路釋放能量小于自然放電模式,并隨負載電阻的減小而遞增;從最小點燃能量的角度給出截止放電模式下的準諧振反激變換器輸出本安性能的非爆炸評價方法。
　　接著,對輸出本安型準諧振反激變換器

3、進行電路設(shè)計,包括功率電路、控制電路和輸出截流型保護電路的設(shè)計。其中控制電路的反饋環(huán)節(jié)采用小信號分析方法設(shè)計補償器,補償后系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能;截流型保護電路能檢測過壓、過流故障并迅速切斷輸出,且故障消除后能夠?qū)崿F(xiàn)自恢復;根據(jù)非爆炸評價方法判定為輸出本質(zhì)安全。
　　然后,根據(jù)設(shè)計參數(shù),在Saber仿真平臺中搭建截流型保護電路進行仿真驗證,制作準諧振反激變換器和截流型保護電路樣機進行實驗驗證。樣機性能達到設(shè)計指標,證明理

4、論分析和設(shè)計的正確性。
　　最后,根據(jù)輸出本安型開關(guān)電源的工作環(huán)境,分析其熱通路和熱設(shè)計要求,計算所設(shè)計的準諧振反激變換器主要器件的功耗;設(shè)置環(huán)境溫度為極限溫度(50℃),利用有限元熱分析軟件ANSYS Icepak進行穩(wěn)態(tài)熱分析仿真;在此基礎(chǔ)上,分析比較改變器件布局、改變內(nèi)部介質(zhì)、改變隔爆外殼結(jié)構(gòu)三種措施的散熱效果;最后平衡散熱、體積和成本各個要求,將經(jīng)過改變器件布局、填充導熱阻燃膠以及體積縮小1/3的方案作為熱設(shè)計的最優(yōu)方案。