为了指导本质安全开关电源的设计,对两类最基本变换器,即 buck DC-DC 开关变换器和 boost DC-DC 开关变换器的本质安全特性进行了研究。 分别提出了针对 buck DC-DC 开关变换器和 boostDC-DC 开关变换器的输出短路保护隔离措施。分别分析了 buck DC-DC 开关变换器和 boost DC-DC 开关变换器的稳态特性,将其电感电流的最大值与最小点燃电流相比较,作为判断该变换器内部本质安全的依据。分别推导了 buck DC-DC 开关变换器和 boost DC-DC 开关变换器在连续导电模式和不连续导电模式下的最大输出短路释放能量,得出两类变换器满足输出本质安全要求的判断条件。 以变换器在要求的输入电压和负载动态范围内同时满足内部本质安全要求、输出本质安全要求和期望的输出电压纹波要求作为限制条件,并确保在输出功率较大时处于连续导电模式,得出了变换器参数的设计范围。 根据输出纹波电压指标将最小输出电容值用电感表示出来,并通过令最大输出短路释放能量对电感的偏导数为 0 的方法,得出了在给定设计指标条件下使 buck 变换器的最大输出短路释放能量最小的电感和电容设计参数。 采用 Spice 仿真和实验手段进行了研究,并分别研制了 buck DC-DC 开关变换器和boost DC-DC 开关变换器的试验样机。仿真和实验结果验证了所提出的方法的可行性和理论分析的正确性。