輸出本安型準(zhǔn)諧振反激變換器設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、煤炭行業(yè)的快速發(fā)展對(duì)煤炭安全開(kāi)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(gè)點(diǎn)燃源,目前本安電源的研究主要集中在前者,而對(duì)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(duì)輸出本安型準(zhǔn)諧振反激變換器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
　　首先,

2、分析輸出本安型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求,選擇準(zhǔn)諧振反激變換器和后端截流型保護(hù);分析準(zhǔn)諧振反激變換器的工作原理和能量傳輸過(guò)程,分別推導(dǎo)自然放電模式和截止放電模式下準(zhǔn)諧振反激變換器的輸出短路釋放能量,得出:最危險(xiǎn)輸出短路時(shí)刻為開(kāi)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(fù)載電阻的減小而遞增;從最小點(diǎn)燃能量的角度給出截止放電模式下的準(zhǔn)諧振反激變換器輸出本安性能的非爆炸評(píng)價(jià)方法。
　　接著,對(duì)輸出本安型準(zhǔn)諧振反激變換器

3、進(jìn)行電路設(shè)計(jì),包括功率電路、控制電路和輸出截流型保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。其中控制電路的反饋環(huán)節(jié)采用小信號(hào)分析方法設(shè)計(jì)補(bǔ)償器,補(bǔ)償后系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能;截流型保護(hù)電路能檢測(cè)過(guò)壓、過(guò)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(fù);根據(jù)非爆炸評(píng)價(jià)方法判定為輸出本質(zhì)安全。
　　然后,根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù),在Saber仿真平臺(tái)中搭建截流型保護(hù)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證,制作準(zhǔn)諧振反激變換器和截流型保護(hù)電路樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。樣機(jī)性能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),證明理

4、論分析和設(shè)計(jì)的正確性。
　　最后,根據(jù)輸出本安型開(kāi)關(guān)電源的工作環(huán)境,分析其熱通路和熱設(shè)計(jì)要求,計(jì)算所設(shè)計(jì)的準(zhǔn)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(jìn)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(gè)要求,將經(jīng)過(guò)改變器件布局、填充導(dǎo)熱阻燃膠以及體積縮小1/3的方案作為熱設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。