[發(fā)明專利]一種考慮濾波電容ESR的本質(zhì)安全型Buck-Boost變換器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911076936.1
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110798067B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 皇金鋒;李林鴻;張鵬超;董鋒斌
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西理工大學(xué)
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/14;H02M1/32
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1.一種考慮濾波電容ESR的本質(zhì)安全型Buck-Boost變換器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

S1：確定變換器的輸入電壓V_i范圍[V_i,min，V_i,max]，負(fù)載R范圍[R_min，R_max]，輸出電壓V_o，工作頻率f，確定濾波電容的等效串聯(lián)電阻R_C的最大值即R_C,max；

S2：規(guī)定紋波電壓指標(biāo)V_pp,max，并計(jì)算出變換器所要求的最小放電能量W_B；

S3：由以上參數(shù)確定滿足變換器工作模式所要求的最小電感L_min，最小電感L_min常由變換器的工作模式?jīng)Q定，一般要求變換器輸出電流大于某個值I_A時工作在CCM，即要求最小臨界電阻R_CMR_A即可，L_min計(jì)算公式是：

其中，R_A表示變換器的工作模式臨界電阻；

S4：將L_min代入計(jì)算公式(2)計(jì)算ΔV_1,max：

式中，α＝R_minV_i,min-R_C,maxV_o；

S5：將ΔV_1,max與所規(guī)定的最大紋波電壓指標(biāo)V_pp,max進(jìn)行比較，若ΔV_1,max≥V_PP,max，計(jì)算L_min1，求得最小電容C_min1；若ΔV_1,maxV_pp,max，求得最小電容C_min2；

最大輸出短路放電能量W_max的計(jì)算過程是：

式中，W_C為變換器短路時刻電容釋放的能量，W_L短路時刻電感釋放的能量，C為電容值，I_LP,max為電感電流的最大值，

式中，α＝R_minV_i,min-R_C,maxV_o；

所述ΔV_1,max與所規(guī)定的最大紋波電壓指標(biāo)V_pp,max進(jìn)行比較的過程是：

A.若ΔV_1,max≥V_pp,max，此時令ΔV_1,max＝V_pp,max，求得滿足紋波要求的電感L_min1：

式中，α＝R_minV_i,min-R_C,maxV_o，

γ＝R_minR_C,max(V_i,minV_o-V_i,minV_PP,max+V_o²+V_oV_PP,max)；

根據(jù)(7)式求得CISM3模式下所需要的最小電容C_min1，再根據(jù)(4)式求得變換器發(fā)生短路時最大輸出短路放電能量W_max：

將其與S2中計(jì)算的W_B比較，若W_maxW_B，則輸出電路本質(zhì)安全，若W_maxW_B，則不符合本質(zhì)安全要求，此時需要減小R_C,max或者提升開關(guān)頻率f，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，直至滿足要求，

式中，α＝R_minV_i,min-R_C,minV_o，β＝R_minV_o[2fL_min1(V_i,min+V_o)-R_C,minV_i,min]；

B.若ΔV_1,maxV_pp,max，紋波電壓隨著電容C的增大而減小，R＝R_min，V_i＝V_i,min，R_C＝R_C,max時紋波電壓最大，因此需要通過式(8)中CISM1和CISM2的紋波式求得此模式下所需要的最小電容C_min2＝max{C_CISM1，C_CISM2}，實(shí)際中需選取一定裕量的電容，即C＝λC_min2，λ＝1.1，并通過式(4)求得變換器發(fā)生短路時最大輸出短路放電能量W_max，若W_maxW_B，則輸出電路本質(zhì)安全，若W_maxW_B，則不符合本質(zhì)安全要求，此時同樣需要減小R_C,max或者提升開關(guān)頻率f，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，直至滿足要求，

式中，t₂＝(1-D)T，t_m＝-b/2a，

S6：求得最大輸出短路放電能量W_max，將W_max與W_B比較，對變換器本質(zhì)安全性能進(jìn)行評判，若符合要求則設(shè)計(jì)結(jié)束，若不符合要求，則重新設(shè)置R_C,max或者開關(guān)頻率f重復(fù)S2以后的步驟直至設(shè)計(jì)結(jié)束；

S7：搭建應(yīng)用于Ⅰ類環(huán)境的Buck-Boost變換器進(jìn)行仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。