本质安全开关变换器

序

前言

第1章绪论

1.1爆炸性环境用电气电子设备的防爆形式

1.1.1爆炸性环境危险物质的分类及产生爆炸的条件

1.1.2主要防爆形式原理及其标志

1.1.3防爆形式的选择及其应用

1.2本质安全电路理论及其发展与现状

1.2.1本质安全电路的基本概念

1.2.2本质安全电路理论研究现状与发展

1.3本质安全型电气设备及其应用

1.3.1本质安全型电气设备的特点与适用场所

1.3.2本质安全型电气设备的保护等级和分类

1.3.3本质安全型电气设备的应用

1.4本质安全防爆系统的组成原理和发展

1.4.1本质安全防爆系统的组成和原理

1.4.2本质安全防爆系统中安全栅的研究现状与发展

1.5本质安全防爆电源系统的组成及现状与发展

1.5.1危险性环境对本质安全防爆电源的要求

1.5.2本质安全防爆电源系统的组成和原理

1.5.3本质安全防爆电源的发展和现状

1.6本质安全开关变换器的组成原理及分类

1.6.1概述

1.6.2本质安全开关变换器系统组成和原理

1.6.3输出本质安全型开关变换器和本质安全型开关变换器

1.7本质安全开关变换器的主要技术性能要求和指标

1.7.1主要技术性能要求

1.7.2主要技术指标

第2章本质安全电路及本质安全防爆电源的分析与设计

2.1本质安全电路的主要放电形式

2.1.1火花放电

2.1.2电弧放电

2.1.3辉光放电

2.2本质安全电路的本质安全性能判别

2.2.1本质安全电路的爆炸性试验方法

2.2.2本质安全电路的非爆炸判断方法

2.3直流电路的本质安全性能分析及设计

2.3.1简单电阻性电路的本质安全特性分析和设计

2.3.2简单电感性电路的本质安全特性分析和设计

2.3.3电容电路的本质安全特性分析和设计

2.3.4复杂电路的本质安全特性分析和判断

2.4本质安全电路中的保护性元件和组件

2.4.1保护性元件和组件及其作用

2.4.2保护性元件和组件的分类和应用

2.5本质安全防爆系统中安全栅的分析和设计考虑

2.5.1安全栅及其分类

2.5.2齐纳式安全栅

2.5.3晶体管保护式安全栅

2.5.4可控硅式安全栅

2.5.5安全栅允许的分布参数和设计考虑

2.5.6安全栅的选择和应用

2.6本质安全防爆电源的分类及其设计考虑

2.6.1本质安全防爆电源的分类

2.6.2独立电源的设计

2.6.3外接电源的设计考虑

2.6.4电源电路故障对本质安全性能的影响及实现本质安全的措施

2.6.5本质安全防爆电源的常用输出限能保护方式

2.7隔爆兼本质安全线性稳压电源

2.7.1隔爆兼本质安全线性稳压电源的组成和原理

2.7.2实用隔爆兼本质安全线性稳压电源电路分析

2.7.3隔爆兼本质安全线性稳压电源存在的问题

2.8隔爆兼本质安全开关稳压电源

2.8.1概述

2.8.2隔爆兼本质安全开关稳压电源的组成和原理

2.8.3隔爆兼本质安全开关稳压电源实例分析

2.8.4隔爆兼本质安全开关稳压电源存在的问题

2.9本章小结

第3章本质安全开关变换器的稳态特性及极限参数分析

3.1引言

3.2开关变换器的能量传输过程和工作模式分析

3.2.1开关变换器的结构特点

3.2.2开关变换器的能量传输过程

3.2.3开关变换器的工作模式和临界电感

3.2.4三种开关变换器的能量传输过程和工作模式比较

3.2.5仿真与实验验证

3.3开关变换器的工作范围和工作模式分界

3.3.1开关变换器的工作范围和工作模式分界

3.3.2开关变换器的最小和最大临界电感

3.3.3三种开关变换器的最小和最大临界电感

3.4开关变换器的输出电压纹波分析

3.4.1CISM时的输出电压纹波分析

3.4.2IISM-CCM时的输出电压纹波分析

3.4.3IISM-DCM时的输出电压纹波分析

3.4.4开关变换器的最大输出电压纹波分析

3.4.5三种开关变换器的输出电压纹波和最小电感比较

3.4.6仿真与实验验证

3.5开关变换器的电感电流分析

3.5.1CCM变换器的电感电流分析

3.5.2CM变换器的电感电流分析

3.5.3开关变换器的最大电感电流分析

3.5.4三种开关变换器的电感电流比较

3.5.5仿真与实验验证

3.6本章小结

第4章开关变换器输出短路特性及非爆炸输出本质安全判据

4.1简单电容电路短路放电特性分析

4.1.1简单电容电路的无触点短路放电特性

4.1.2简单电容电路的有触点短路放电特性

4.2开关变换器的输出短路保护电路和本质安全型Boost变换器

4.2.1本质安全开关变换器的输出短路保护电路

4.2.2基于本质安全的Boost开关变换器的改进电路

4.3开关变换器的输出短路放电特性

4.3.1开关变换器的输出等效电容电路及其特点

4.3.2开关变换器的输出短路放电特性分析

4.4本质安全开关变换器的输出短路释放能量分析

4.4.1开关变换器的输出短路释放能量的组成

4.4.2CCM开关变换器的输出短路释放能量

4.4.3DCM开关变换器的输出短路释放能量

4.4.4开关变换器在整个动态工作范围内的最大输出短路释放能量

4.4.5三种开关变换器的输出短路释放能量比较

4.5开关变换器的输出短路等效电容和输出本质安全判据

4.5.1开关变换器的输出短路等效电容及输出短路等效电路

4.5.2开关变换器的输出本质安全判据

4.5.3开关变换器的输出本质安全判据验证

4.5.4实验验证

4.6本章小结

第5章开关变换器的电感分断放电特性及非爆炸内部本质安全判据

5.1引言

5.2简单电感电路分断放电特性分析

5.2.1简单电感电路的分断放电过程和放电形式

5.2.2简单电感电路的分断放电模型

5.3开关变换器的电感分断放电特性

5.3.1开关变换器中的电感电路及其与简单电感电路的区别

5.3.2开关变换器最危险的分断位置及分段时刻

5.3.3开关变换器的电感分断放电特性分析

5.4开关变换器的电感分断放电特性分析方法等效电阻法

5.4.1等效电阻法

5.4.2等效电阻法求解步骤

5.4.3等效电阻法的应用

5.5开关变换器内部本质安全的判断

5.5.1开关变换器的等效简单电感电路和内部本质安全判据

5.5.2开关变换器内部本质安全的判断方法

5.5.3理论临界点燃电容的求解方法

5.5.4实验验证

5.6本章小结

第6章本质安全开关变换器的设计

6.1引言

6.2输出本质安全开关变换器的设计

6.2.1输出本质安全开关变换器的设计方法

6.2.2三种输出本质安全开关变换器的设计方法比较

6.2.3输出本质安全开关变换器的设计实例

6.3本质安全开关变换器的设计

6.3.1本质安全开关变换器的设计方法

6.3.2本质安全开关变换器设计实例

6.4本质安全开关变换器的最小工作频率设计

6.4.1工作频率对本质安全开关变换器元器件设计区域的影响

6.4.2输出本质安全开关变换器的最小工作频率

6.4.3本质安全开关变换器的最小工作频率

6.5外接负载电路的影响及本质安全开关变换器的设计步骤

6.5.1负载电路对本质安全电路性能的影响

6.5.2本质安全开关变换器的设计步骤

6.6本章小结

参考文献

附录A主要符号说明

附录B电感和电容电路的临界点燃曲线

B1I类电阻性电路最小点燃电流曲线

B2I类电感电路临界点燃曲线

B3I类电感电路临界点燃曲线(扩展范围)

B4I类电容电路最小点燃电压曲线1

B5I类电容电路最小点燃电压曲线2

后记

　　本质安全开关电源是本质安全防爆电源发展的必然趋势，它通常由一个隔离的开关变换器和若干开关变换器级连构成，因而，本质安全开关变换器是本质安全开关电源的核心。因此，研究本质安全开关变换器是研究本质安全开关电源的基础，致力于本质安全型开关变换器的研究，解决本质安全开关变换器分析、设计和评价的基础性问题，为在爆炸性环境下应用和推广效率高、体积小、重量轻的开关电源具有重要指导意义。　　本书系统地论述了本质安全开关变换器的组成原理、分析和设计方法，内容主要包括本质安全电路理论和本质安全火花试验方法基础(绪论)、本质安全开关变换器的组成和原理、本质安全开关变换器的稳态和极限参数分析方法、本质安全开关变换器输出短路放电特性及非爆炸输出本质安全判据、本质安全开关变换器电感分断放电特性及非爆炸内部本质安全判据、输出本质安全型和本质安全型开关变换器的设计方法等。　　本书适合于从事煤矿、石油、化工等易燃、易爆危险工作环境下本质安全电路与开关电源研究、开发、生产和使用的工程技术人员和管理人员阅读，也可供高等学校教师、研究生及高年级学生参考。