Buck变换器被应用于爆炸性环境前，必须对其本安性能进行评价。针对现有本安理论还未明晰Buck变换器输出电容对电感分断放电特性的影响，从而影响其内部本安性能的评价问题，本文对Buck变换器的电感分断放电特性及其内部本安判据进行了深入研究，对本安开关电源的研制和推广应用具有重要指导意义。

考虑到Buck变换器的电感出现分断放电时，其占空比将在闭环控制作用下增大，且最大占空比可达0.5或1，因此，得出了Buck变换器对应这两种情形的最危险电感分断放电等效电路。通过对Buck变换器进行电感分断放电试验，得出放电期间的电感电流波形在最大占空比为1时呈线性下降，而在其为0.5时呈锯齿状下降。通过分析Buck变换器输出电容对其电感分断放电特性的影响，指出电感分断放电持续时间随电容容量的增大而减小。依据Buck变换器的电感分断放电特性及对应等效电路，推导得出了变换器工作于最危险工况时的电感分断放电能量解析表达式。通过分析Buck变换器输出电容对电感分断放电能量的影响，指出增大电容容量可减少放电期间变换器输入端转移至分断间隙的能量，从而降低放电产生的总能量，因此增大输出电容取值有利于提升变换器的内部本安性能。结合能量等效原理及简单电感电路的临界引燃曲线，综合得出了Buck变换器的非爆炸性内部本安判据。以所得判据及变换器的电气性能指标要求为依据，得出了本安Buck变换器的元件参数设计方法。

根据所得出的参数设计方法研制了本安Buck变换器试验样机，测试了其电气性能，并在基于IEC标准的安全火花试验平台上进行了爆炸性试验，实验结果验证了所提判据的可靠性及参数设计方法的可行性。

The intrinsic safety performance of the Buck converter must be evaluated before it is used in the explosive environment. In view of the problem that the influence of the output capacitance on the inductor-disconnected discharge energy of the Buck converter is unclear in the existing intrinsic safety theory, which leads to the evaluation problem of its internal intrinsic safety performance, the inductor-disconnected discharge characteristics and the internal intrinsic safety criterion of the Buck converter is deeply analyzed in this paper, which has important guiding significance for the development, popularization and application of intrinsically safe switching power supply.

Considering that the duty cycle of the Buck converter will increase under the closed-loop control, and the maximum duty cycle can reach 0.5 or 1, the equivalent circuit of the most dangerous inductor-disconnected discharge of the Buck converter corresponding to these two cases is obtained. Through the inductor-disconnected discharge experiments of the Buck converter, it is obtained that the inductor-disconnected current waveform decreases linearly during the discharge when the maximum duty cycle is 1, while it decreases in a zigzag shape when it is 0.5. Through analyzing the influence of the output capacitance of Buck converter on the inductor-disconnected discharge characteristics, it is pointed out that the duration of the discharging decreases with the increase of the capacitance. According to the inductor-disconnected discharge characteristics of the converter and the corresponding equivalent circuit, the mathematical expressions of the discharging energy under the most dangerous operating condition is derived. Through analyzing the influence of the output capacitance of the Buck converter on the discharge energy, it is concluded that increasing the capacitance can reduce the energy transferred from the input side during the discharge, thus the total energy generated by the discharge can be reduced, therefore, increasing the output capacitance value is conducive to improving the internal intrinsic safety performance of the converter. Based on the principle of energy equivalence and the critical ignition curve of simple inductor circuit, the non-explosive internal intrinsic safety criterion of the Buck converter is obtained.

According to the proposed parameter design method, the experimental prototype of the intrinsically safe Buck converter is developed. The electrical performance of the prototype is tested, and the explosive tests are carried out on the safety spark test platform based on IEC standard. Experimental results verify the reliability of the proposed criterion and the feasibility of the proposed parameter design method.

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