本发明涉及一种本质安全buck电路，特别涉及一种电容等效的本质安全buck电路，属于开关变换器和防爆电气技术领域。
背景技术：
buck电路作为基本变换器被广泛采用，并在输出环节采用lc滤波器。对于能量限制或者功率限制场合应用的buck电路，如本质安全buck电路，希望储能元件电感l或者电容c的数值越小越好，电感l通过的电流越小越好，电容c两端的电压越低越好，进而提高buck电路的安全系数，这是本质安全buck电路追求目标之一。
目前为了提高buck电路的本质安全性能，现有技术通过放电火花的能量回馈方式灭弧，或者通过采用保持放电火花恒功率的方式灭弧，或者采用对电容短路和电感开路的保护方式灭弧。
但是，上述的方法均需要比较复杂的控制电路，因此，如何在不影响buck电路性能的基础上，找到一种简单的拓扑结构，是急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种电容等效的本质安全buck电路，该电路在保证输出电压基本不变的前提下，提高了其安全系数。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，一种电容等效的本质安全buck电路，包括电源vi、开关管s、二极管d、电感l11、电容c10～c14、电阻r11～r18和电阻r；所述开关管s、电感l11、电阻r13、电阻r和电阻r14依次串联在电路中，且开关管s接在电源的正极和电感l11之间；二极管d的阴极与电感l11和电阻r13的公共端连接，其阳极与电源vi的负极连接；电感l11和电阻r13的一端之间电连接有电阻r11，电阻r11分别串联电容c10和电阻r12，电阻r12的端部接在电阻r14的一端，同时与电源vi的负极相连；电容c11和c12并联连接，且电容c11和c12上分别串联有电阻r15和r16，并联后的电容c11和c12连接在电阻r13的另一端和电阻r之间；所述电容c13和c14并联连接，且电容c13和c14上分别串联有电阻r17和r18，并联后的电容c13和c14与并联后的电容c11和c12串联，且电阻r17和r18连接在电阻r14与电阻r的共同端。
作为优选，还包括电感l2和电容c2，所述电感l2串联在电阻r13和电阻r之间，电容c2并联在电阻r的两端，且电容c2电连接在电感l2和电阻r之间；所述并联后的电容c11和c12连接在电阻r13和电感l2之间。限流电阻r11～r18的引入会造成输出电压有略微降低，可以通过微量提高开关管s的占空比。限流电阻r11～r18的引入造成纹波系数的提高，可通过两级lc滤波器实现。
作为优选，所述电容c10＝c11＝c12＝c13＝c14，所述电阻r11～r18为限流电阻；且
电阻r11＝r12＝r13＝r14＝r15＝r16＝r17＝r18＝0.1ω；所述电感l11＝l2；所述电容c2＝0.5c10。
本发明的有益效果：通过对基本buck电路进行电容等效、电容串联限流电阻、从单lc滤波改为双lc滤波并串联电阻，在保证了输出电压基本不变的前提下，提高了安全系数。其拓扑结构简单。能够降低电容值或者降低施加在电容上的电压值，降低电感值或者降低通过电感的电流，进而部分或者整体提高电路的本质安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明最佳实施例的电路原理图；
图3为buck电路；
图4为具有电容等效的buck电路；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图3为基本的buck电路，图4为具有电容等效的buck电路，结合图3和图4我们来推导本发明的创新之处，具体见图1：
如图3所示为目前基本的buck电路，为了保证纹波系数达到要求，电容值被确定为c1，根据gb3836.4-2010的最小点燃电压曲线(miv)和最小点燃电容曲线(mic)，对于电容而言，电容值越小，电容两端的电压越低，电路越安全。对于电感而言，电感值越小，通过电感的电流越低，电路越安全。因此，为提高本质安全性能，应降低电容容值和降低施加在电容上的电压值，应降低电感感值和通过电感的电流，基于上述思想，首先需要对电容c1进行等效。
如图4所示为具有电容等效的buck电路；当电容c10＝c11＝c12＝c13＝c14＝c1/2时，图4和图3电气等效。对c10而言，承受电压不变，容值下降一半；对于c11，c12，c13，c14而言，承受电压和容值均下降一半。上述只是形式上的数值降低，并不能提高安全系数，因为任意电容发生短路电弧时，其余电容能量均能立即传过去。
按gb3836.4-2010附录a中表a3.3数据，电容串联限流电阻时有效电容将为原电容乘以降低系数。例如c1串联0.1ω电阻时，电容等效值下降为0.997×c1。基于此思路，得出本发明的具有限流电阻的buck电路，如图1所示。
本发明公开了一种电容等效的本质安全buck电路，包括电源vi、开关管s、二极管d、电感l11、电容c10～c14、电阻r11～r18和电阻r；所述开关管s、电感l11、电阻r13、电阻r和电阻r14依次串联在电路中，且开关管s接在电源的正极和电感l11之间；二极管d的阴极与电感l11和电阻r13的公共端连接，其阳极与电源vi的负极连接；电感l11和电阻r13的一端之间电连接有电阻r11，电阻r11分别串联电容c10和电阻r12，电阻r12的端部接在电阻r14的一端，同时与电源vi的负极相连；电容c11和c12并联连接，且电容c11和c12上分别串联有电阻r15和r16，并联后的电容c11和c12连接在电阻r13的另一端和电阻r之间；所述电容c13和c14并联连接，且电容c13和c14上分别串联有电阻r17和r18，并联后的电容c13和c14与并联后的电容c11和c12串联，且电阻r17和r18连接在电阻r14与电阻r的共同端。
在上述内容中，电容c10＝c11＝c12＝c13＝c14＝0.5c1，
电阻r11＝r12＝r13＝r14＝r15＝r16＝r17＝r18＝0.1ω。对c10而言，承受电压不变，容值下降一半；对于c11，c12，c13，c14而言，承受电压下降约为一半，容值下降一半。由于串联电阻的加入，任意电容发生短路电弧时，由于电容放电时间常数远大于电容短路瞬间的起弧时间，相当于各个电容被瞬间“隔开”，之后能量的传递受到限流电阻的影响而降低。
在本技术方案中限流电阻r11～r18的引入会造成输出电压有略微降低，可以通过微量提高开关管s的占空比。限流电阻r11～r18的引入造成纹波系数的提高，为了改善该buck电路中的波纹系数，本发明进一步提高了改进方案，即通过两级lc滤波器来改善电路中的波纹系数，具体见：
最佳实施例
在该最佳实施例中，我们通过两级lc滤波器来改善电路中的波纹系数，详细见图2，在图2中，还包括电感l2和电容c2，所述电感l2串联在电阻r13和电阻r之间，电容c2并联在电阻r的两端，且电容c2电连接在电感l2和电阻r之间；所述并联后的电容c11和c12连接在电阻r13和电感l2之间。
因为采用了二级滤波，所以电感值也跟着下降，其中l11＝l2＝0.5l1，c2＝0.5c10＝0.25c1。
图2和图4相比，将电感l1一分为二，l11和l2的感值降低为l1的一半；将电容c1进行了等效处理并且串联了限流电阻，电容c10～c14的容值或者降低，承受电压或者降低，或者两者兼降低。因此整体提高了buck电路的本质安全系数。
本发明通过对基本buck电路进行电容等效、电容串联限流电阻、从单lc滤波改为双lc滤波并串联电阻，在保证了输出电压基本不变的前提下，提高了安全系数。其拓扑结构简单。能够降低电容值或者施加在电容上的电压值，降低电感值或者降低通过电感的电流，进而部分或者整体提高电路的本质安全性能。
所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。