本质安全电源电路理论综述
电路放电火花的基本形式为：火花放电、弧光放电、辉光放电和由三种放电形式组成的混合放电。火花放电是在接通和断开电容电路时，击穿放电间隙中的气体而产生的，其特点是低电压大电流放电。弧光放电是由某种形式的不稳定放电不断转化而产生的，如高压击穿时产生的放电形式，特点是：可以产生持续的电弧、电流密度大、放电能量集中、点燃周围爆炸性混合物的能力强，电感性电路放电形式属弧光放电。辉光放电是在高电压小电流的条件下产生的放电形式，其特点是：放电能量不集中、能量散失大、点燃周围爆炸性混合物的能力差［29］。由于弧光放电是最危险的放电形式，因此电感性电路是研究本质安全电路的重要内容。
4 本质安全电路相关的数学模型
本质安全理论创建以来，国内外许多专家学者对本质安全电路进行了大量的试验研究。为了更好地描述本质安全电路的放电特性及其能量释放过程，借助以下相关的数学模型进行理论分析。
4.1 电感性电路电弧放电数学模型
由于电感性电路中有储能元件，在电路断开时会释放大量的能量，感应电压比电源电压高出许多倍，从而形成弧光放电，对周围环境中的爆炸性混合物引燃能力很强。国内外专家学者对电感性电路做了大量的研究与理论分析得到相关数学模型。
（1）放电电流线性衰减模型
大功率电感从能量释放的过程来看，认为放电电流是按照线性规律衰减。当电感电路断开时，假设放电电流经过计算放电时间为 从稳态工作电流 按线性衰减规律降到零，所以称为线性衰减模型（见图1）。电感电路实际放电时间 与稳态工作电流 和电路中电感量 有关。
从上述函数关系式可以看出：电路释放的能量分为两部分，一部分为电路中电感储存的能量，另一部分为电源提供的能量。
由动态伏安特性模型可以得出：起弧的瞬间电压即为最小建弧电压，流过的电流为电路稳态工作电流。当电弧电流衰减到零时，电弧电压达到最大值。
4.2 电阻性电路电弧放电数学模型
功率电感
上述本质安全电路数学模型的建立，是以线性本质安全电源为基础进行的理论研究。随着电子技术和电力电子元器件技术的进步，开关电源技术得到了飞速的发展，出现了开关型本质安全电源技术。
5 开关型本质安全电源技术
所谓开关型本质安全电路技术即是将开关电路理论应用于本质安全电路当电感器的型号中的一种新技术，是安全火花电路理论与开关电源拓扑电路、PWM转换技术、以及软开关技术的有机结合。通过运用开关电路技术，可以使得本质安全电路中的电感、电容等储能器件数值大幅度降低，有效提高本质安全电源电路的输出功率［24, 50, 51］。
目前，应用于本质安全电路中的开关电源技术主要是DC/DC转换技术，其电路拓扑主要有：降压式Buck电路、升压式Boost电路、降压升压式Buck-Boost、升降压电路Boost-Buck、Zeta变换电路、Cuk变换电路和Sepic变换电路。上述DC/DC变换电路的显著特点是：开关器件工作在关断和闭合状态、电路工作频率高、电能转换效率高、输入电压范围宽等。因此，最近几年在本质安全电源电路中得到了应用，以开关调节方式控制电能流动，电路中的功率器件处于开关状态，通过调节功率器件的关断和闭合的时间－即调节开关占空比控制电路的输出电压［52, 53, 54］。除此之外，开关型本质安全电源与线性本质安全电源相比具有体积、重量、转换效率、宽电压输入范围等优势，非常适合应用在煤矿井下空间狭小的环境。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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