随着自动化程度在煤矿、石化等能源企业渗透率的不断增加,本质安全型电源在这些易燃、易爆环境下的监控、通讯、仪表和自动控制系统中应用越来越广泛。Buck-Boost变换器具有体积小、效率高、重量轻等优点,因此在煤矿、石化等易燃、易爆等危险环境中具有广阔的应用前景。与此同时,用户对本安电源的输出纹波电压精度、体积和效率等性能指标提出了新的要求,而滤波电容的设计与这些性能指标密切相关。电容容量选择过大会影响电源的本安性能,过小会导致输出纹波电压无法达到电气性能指标要求,而本质安全型开关变换器不仅要满足本安性能指标,同样要满足电气性能指标,因此选择合适的参数对电源的整体性能有重要影响。传统的本安电源设计方法均采用变换器的理想模型,但是Buck-Boost变换器在实际运行时受自身寄生参数的影响,本安性能和电气性能均会与理想模型存在一定误差。由于变换器输出纹波电压的数学模型与电容及电感的选型密切相关,而电容及电感的选型又会严重影响到变换器的输出短路放电能量,因此研究更为精确的输出纹波电压数学模型对本安电源的设计显得尤为重要。针对传统输出纹波电压分析方法不够精确的问题,提出了一种考虑滤波电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的Buck-Boost变换器纹波电压建模方法。研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)和不连续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)均存在五种类型的输出纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。最后通过实验验证了输出纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。为了进一步推广本质安全型Buck-Boost变换器在能源企业的应用与发展,研究了滤波电容ESR对Buck-Boost变换器本安性能的影响,总结了不同工作模式之间变换器峰值电感电流、输出纹波电压的关系,并讨论了变换器动态范围内的最大峰值电感电流和最大输出纹波电压。在此基础上提出了输入电压、负载电阻及规定ESR最大值的动态范围内本质安全型Buck-Boost变换器参数的优化设计方法,并与传统设计方法进行了对比。最终实验结果表明:该方法可以有效地减小输出滤波电容选择的裕量,同时有利于提高Buck-Boost变换器的本安性能。