搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Buck变换器的输出短路火花放电能量及输出本质安全判据

刘树林 崔强 李勇

引用本文:
Citation:

Buck变换器的输出短路火花放电能量及输出本质安全判据

刘树林, 崔强, 李勇

Output short-circuit spark discharging energy and output intrinsic safety criterion of Buck converters

Liu Shu-Lin, Cui Qiang, Li Yong
PDF
导出引用
  • 为得出Buck变换器的输出本质安全判据, 基于安全火花试验装置, 对其输出短路火花放电特性进行了试验研究, 发现其放电过程可分为介质击穿、火花产生、火花维持和火花熄灭四个阶段.基于得出的火花放电特性, 对其输出短路火花放电能量进行了深入分析, 指出对于给定电感的Buck变换器, 当负载电阻 RL小于给定电感对应的临界电阻RLC时, 火花放电能量是关于RL的凹函数; 而在RL > RLC时, 是关于RL的凸函数.考虑到实际的参数取值范围, 进一步指出: RL RLC时的火花放电能量随RL的增加而增大, 且在RL=RLC时达到最大值; 而在RL > RLC时, 则随着RL的增加, 先增大后减小, 在增加到特征电阻RL, DCM时达到最大值. 得出了变换器在全动态范围内的最危险工况: 变换器在输入电压最高及负载电阻等于RL, DCM 时工作于DCM, 此时, 短路火花放电能量达到最大值.基于能量等效, 提出了可模拟变换器输出短路放电特性的等效简单电容电路及输出本质安全判据, 仿真和试验结果验证了理论分析及所提出判据的正确性和可行性.
    To obtain the output intrinsic safety criterion of Buck converters, the experimental research on its output-short circuit discharge characteristics is conducted by using the safety spark test apparatus. It is found that its spark discharge process can be divided into four stages, i.e., the dielectric-breakdown, spark-generation, spark-keeping and spark-extinguishment. According to the obtained spark discharge characteristics, the output short-circuit spark discharging energy (OSSDE) is deeply analyzed. It is indicated that the OSSDE of the Buck converter with a given inductance is a concave function of load resistance RL when RL is less than the critical resistance RLC corresponding to this inductance, while that is a convex function of RL in the case of RL > RLC. Considering the actual parameter range of the Buck converter, it is further pointed out that when RL RLC, the OSSDE increases with the increase of RL and reaches its maximum in the case of RL=RLC; when RL > RLC, the OSSDE first increases and then decreases with the increase of RL and reaches its maximum in the case of RL, DCM. The most dangerous operating conditions of the converter in whole dynamic range are obtained, i.e., the converter operates in DCM when the input voltage is the highest and RL=RL, DCM. Meanwhile, the maximum OSSDE is achieved. According to the energy equivalence, an output intrinsic safety criterion for Buck converter is proposed by modeling the output short-circuit discharging behaviour as a simple capacitive circuit. The theoretical analysis and proposed criterion are verified by the simulation and experimental results.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50977077, 51277149) 资助的课题.
    • Funds: Project Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50977077, 51277149).
    [1]

    Hohenstein D 2001 Control Solutions 74 42

    [2]

    Liu S L 2007 Ph. D. Dissertation (Xi’an: Xi’an University of Science and Technology) (in Chinese) [刘树林2007博士学位论文 (西安: 西安科技大学)]

    [3]

    Li J B, Xie K, Cheng R J 2011 Coal Sci. Tech. 39 75 (in Chinese) [黎剑兵, 谢楷, 程仁杰2011炭科学技术 39 75]

    [4]

    Tong Q, Zhang D L, Xu D G 2009 Power Electron. 43 45 (in Chinese) [佟强, 张东来, 徐殿国2009电力电子技术 43 45]

    [5]

    Liu S L, Liu J, Zhong J M 2008 Proceedings of the CSEE 28 60 (in Chinese) [刘树林, 刘健, 钟久明2008中国电机工程学报 28 60]

    [6]

    Liu S L, Liu J, Hong M, Zhang Y Q 2008 IEEE Trans. Power Electron. 23 1813

    [7]

    SAC/TC9, China Quality Press 2012 The National Explosion-Proof Electrical Standards (No.1) (Beijing: China Standard Press) (in Chinese) [全国防爆电气设备标准化技术委员会, 中国质检出版社2012防爆电气国家标准汇编(一) (北京: 中国标准出版社)]

    [8]

    Eckhoff P K 2002 J. Loss Prevent. Proc. Industries 305

    [9]

    Meng Q H 1999 Ph. D. Dissertation (Beijing: China University of Mininng and Technology) (in Chinese) [孟庆海1999博士学位论文 (北京: 中国矿业大学)]

    [10]

    Liu S L, Liu J 2008 J. China Coal Soc. 33 707 (in Chinese) [刘树林, 刘健2008煤炭学报 33 707]

    [11]

    Liu S L, Liu J, Li Y 2008 J. Coal Sci. Engineer. 14 485

    [12]

    Yang R, Zhang B 2007 Acta Phys. Sin. 56 3789 (in Chinese) [杨汝, 张波 2007物理学报 56 3789]

    [13]

    Xie F, Yang R, Zhang B 2010 Acta Phys. Sin. 59 8393 (in Chinese) [谢帆, 杨汝, 张波 2010 物理学报 59 8393]

    [14]

    Lu W G, Zhou L W, Luo Q M 2007 Acta Phys. Sin. 56 5648 (in Chinese) [卢伟国, 周雒维, 罗全明 2007 物理学报 56 5648]

    [15]

    Sha J, Bao B C, Xu J P, Gao Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 120501 (in Chinese) [沙金, 包伯成, 许建平, 高玉 2012 物理学报 61 120501]

    [16]

    Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 2842 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎2008物理学报 57 2842]

    [17]

    Zhou G H, Xu J P, Bao B C, Wang J P, Jin Y Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 010503 (in Chinese) [周国华, 许建平, 包伯成, 王金平, 金艳艳2011 物理学报 60 010503]

    [18]

    Zhang X, Bao B C, Wang J P, Ma Z H, Xu J P 2012 Acta Phys. Sin. 61 160503 (in Chinese) [张希, 包伯成, 王金平, 马正华, 许建平2012物理学报 61 160503]

    [19]

    Liu J, Liu S L, Yang Y L, Zhang Y M 2005 Proceedings of the CSEE 25 52 (in Chinese) [刘健, 刘树林, 杨银玲, 张燕美2005中国电机工程学报 25 52]

    [20]

    Cheng H, Li H Q, Wang C 2012 J. China Coal Soc. 37 506 (in Chinese) [程红, 李鹤群, 王聪2012煤炭学报 37 506]

    [21]

    Liu S L, Liu J, Cheng H L, Zhong J M 2008 China Patent ZL 200510043096.0 [2008-01-09]

    [22]

    Liu S L, Zhong J M, Fan W B, Zhan M 2012 J. China Coal Soc. 37 2123 (in Chinese) [刘树林, 钟久明, 樊文斌, 战美2012煤炭学报 37 2123]

  • [1]

    Hohenstein D 2001 Control Solutions 74 42

    [2]

    Liu S L 2007 Ph. D. Dissertation (Xi’an: Xi’an University of Science and Technology) (in Chinese) [刘树林2007博士学位论文 (西安: 西安科技大学)]

    [3]

    Li J B, Xie K, Cheng R J 2011 Coal Sci. Tech. 39 75 (in Chinese) [黎剑兵, 谢楷, 程仁杰2011炭科学技术 39 75]

    [4]

    Tong Q, Zhang D L, Xu D G 2009 Power Electron. 43 45 (in Chinese) [佟强, 张东来, 徐殿国2009电力电子技术 43 45]

    [5]

    Liu S L, Liu J, Zhong J M 2008 Proceedings of the CSEE 28 60 (in Chinese) [刘树林, 刘健, 钟久明2008中国电机工程学报 28 60]

    [6]

    Liu S L, Liu J, Hong M, Zhang Y Q 2008 IEEE Trans. Power Electron. 23 1813

    [7]

    SAC/TC9, China Quality Press 2012 The National Explosion-Proof Electrical Standards (No.1) (Beijing: China Standard Press) (in Chinese) [全国防爆电气设备标准化技术委员会, 中国质检出版社2012防爆电气国家标准汇编(一) (北京: 中国标准出版社)]

    [8]

    Eckhoff P K 2002 J. Loss Prevent. Proc. Industries 305

    [9]

    Meng Q H 1999 Ph. D. Dissertation (Beijing: China University of Mininng and Technology) (in Chinese) [孟庆海1999博士学位论文 (北京: 中国矿业大学)]

    [10]

    Liu S L, Liu J 2008 J. China Coal Soc. 33 707 (in Chinese) [刘树林, 刘健2008煤炭学报 33 707]

    [11]

    Liu S L, Liu J, Li Y 2008 J. Coal Sci. Engineer. 14 485

    [12]

    Yang R, Zhang B 2007 Acta Phys. Sin. 56 3789 (in Chinese) [杨汝, 张波 2007物理学报 56 3789]

    [13]

    Xie F, Yang R, Zhang B 2010 Acta Phys. Sin. 59 8393 (in Chinese) [谢帆, 杨汝, 张波 2010 物理学报 59 8393]

    [14]

    Lu W G, Zhou L W, Luo Q M 2007 Acta Phys. Sin. 56 5648 (in Chinese) [卢伟国, 周雒维, 罗全明 2007 物理学报 56 5648]

    [15]

    Sha J, Bao B C, Xu J P, Gao Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 120501 (in Chinese) [沙金, 包伯成, 许建平, 高玉 2012 物理学报 61 120501]

    [16]

    Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 2842 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎2008物理学报 57 2842]

    [17]

    Zhou G H, Xu J P, Bao B C, Wang J P, Jin Y Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 010503 (in Chinese) [周国华, 许建平, 包伯成, 王金平, 金艳艳2011 物理学报 60 010503]

    [18]

    Zhang X, Bao B C, Wang J P, Ma Z H, Xu J P 2012 Acta Phys. Sin. 61 160503 (in Chinese) [张希, 包伯成, 王金平, 马正华, 许建平2012物理学报 61 160503]

    [19]

    Liu J, Liu S L, Yang Y L, Zhang Y M 2005 Proceedings of the CSEE 25 52 (in Chinese) [刘健, 刘树林, 杨银玲, 张燕美2005中国电机工程学报 25 52]

    [20]

    Cheng H, Li H Q, Wang C 2012 J. China Coal Soc. 37 506 (in Chinese) [程红, 李鹤群, 王聪2012煤炭学报 37 506]

    [21]

    Liu S L, Liu J, Cheng H L, Zhong J M 2008 China Patent ZL 200510043096.0 [2008-01-09]

    [22]

    Liu S L, Zhong J M, Fan W B, Zhan M 2012 J. China Coal Soc. 37 2123 (in Chinese) [刘树林, 钟久明, 樊文斌, 战美2012煤炭学报 37 2123]

  • [1] 郑连清, 彭一. 电压型buck-boost变换器的混沌控制. 物理学报, 2016, 65(22): 220502. doi: 10.7498/aps.65.220502
    [2] 李振华, 周国华, 刘啸天, 冷敏瑞. 电感电流伪连续导电模式下Buck变换器的动力学建模与分析. 物理学报, 2015, 64(18): 180501. doi: 10.7498/aps.64.180501
    [3] 何圣仲, 周国华, 许建平, 吴松荣, 陈利. 输出电容时间常数对V2控制Buck变换器的动力学特性的影响. 物理学报, 2014, 63(13): 130501. doi: 10.7498/aps.63.130501
    [4] 杨祎巍, 刘佳林, 李斌. 基于比例积分控制的电压反馈型Buck变换器分岔. 物理学报, 2014, 63(4): 040502. doi: 10.7498/aps.63.040502
    [5] 张方樱, 杨汝, 龙晓莉, 谢陈跃, 陈虹. V2控制Buck变换器分岔与混沌行为的机理及镇定. 物理学报, 2013, 62(21): 218404. doi: 10.7498/aps.62.218404
    [6] 贾美美, 张国山, 牛弘. 基于改善关联性Buck变换器的混沌控制. 物理学报, 2013, 62(13): 130503. doi: 10.7498/aps.62.130503
    [7] 张希, 包伯成, 王金平, 马正华, 许建平. 固定关断时间控制Buck变换器输出电容等效串联电阻的稳定性分析. 物理学报, 2012, 61(16): 160503. doi: 10.7498/aps.61.160503
    [8] 秦明, 许建平, 高玉, 王金平. 基于电流基准的开关变换器脉冲序列控制方法. 物理学报, 2012, 61(3): 030204. doi: 10.7498/aps.61.030204
    [9] 沙金, 包伯成, 许建平, 高玉. 脉冲序列控制电流断续模式Buck变换器的动力学建模与边界碰撞分岔. 物理学报, 2012, 61(12): 120501. doi: 10.7498/aps.61.120501
    [10] 王金平, 许建平, 周国华, 米长宝, 秦明. 脉冲序列控制CCM Buck变换器低频波动现象分析. 物理学报, 2011, 60(4): 048402. doi: 10.7498/aps.60.048402
    [11] 王金平, 许建平, 徐杨军. 恒定导通时间控制buck变换器多开关周期振荡现象分析. 物理学报, 2011, 60(5): 058401. doi: 10.7498/aps.60.058401
    [12] 谢帆, 杨汝, 张波. 电流反馈型Buck变换器二维分段光滑系统边界碰撞和分岔研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8393-8406. doi: 10.7498/aps.59.8393
    [13] 李程, 汤大侃, 方勇, 孙锦涛, 丁光宏, Poon Chi-Sang, 吴国强. 心率变异性谱成分的非线性本质. 物理学报, 2009, 58(2): 1348-1352. doi: 10.7498/aps.58.1348
    [14] 秦明, 许建平. 开关变换器多级脉冲序列控制研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7603-7612. doi: 10.7498/aps.58.7603
    [15] 张笑天, 马西奎, 张 浩. 数字控制DC-DC Buck变换器中低频振荡现象分析. 物理学报, 2008, 57(10): 6174-6181. doi: 10.7498/aps.57.6174
    [16] 王发强, 张 浩, 马西奎. 单周控制Buck变换器中的降频现象分析. 物理学报, 2008, 57(5): 2842-2848. doi: 10.7498/aps.57.2842
    [17] 杨 汝, 张 波. DC-DC buck变换器时间延迟反馈混沌化控制. 物理学报, 2007, 56(7): 3789-3795. doi: 10.7498/aps.56.3789
    [18] 卢伟国, 周雒维, 罗全明. 电压模式BUCK变换器输出延迟反馈混沌控制. 物理学报, 2007, 56(10): 5648-5654. doi: 10.7498/aps.56.5648
    [19] 邹艳丽, 罗晓曙, 方锦清, 汪秉宏. 脉冲电压微分反馈法控制buck功率变换器中的混沌. 物理学报, 2003, 52(12): 2978-2984. doi: 10.7498/aps.52.2978
    [20] 王守武, 王启明, 林世鸣. 双稳激光器的不稳定性本质研究. 物理学报, 1986, 35(8): 1095-1101. doi: 10.7498/aps.35.1095
计量
  • 文章访问数:  4884
  • PDF下载量:  453
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-03
  • 修回日期:  2013-04-28
  • 刊出日期:  2013-08-05

/

返回文章
返回