DC-DC Boost变换器混沌运行仿真及实验研究

DC-DC boost变换器是开关变换器中最常用、最基本的电路，其丰富的非线性行为为研究混沌现象提供了便利。该文以Boost变换器为研究对象，分别就参数控制和外加混沌信号控制两种行为进行仿真和实验研究。参数控制演示了Boost变换器由单周期通向混沌运行的演化过程；外加混沌信号控制时，为了得到较好的输出特性，该文加入了电流负反馈，实验基于DSP数字控制，分别研究了变频混沌控制与变幅混沌控制两种情况。以上实验结果都证明了混沌控制对于降低DC-DC开关变换器EMI十分有效。     

开关电感Buck-Boost变换器的非线性行为控制研究北大核心

以电流模式控制开关电感Buck-Boost变换器为研究对象,通过数值仿真得到了电路系统的分岔图、庞加莱截面图、最大Lyapunov指数、雅可比矩阵特征值,分析了变换器电路系统非线性行为及混沌产生的原因,推导出了电路系统的稳定判据。首次采用参数微扰法对开关电感Buck-Boost变换器的非线性行为进行了控制,并计算了扰动强度和扰动相位。最后进行了相应的Matlab/Simulink仿真和实验电路验证,实验结果与仿真结果一致。研究结果表明,采用参数微扰法可有效抑制电路系统的混沌。     

PWM控制的DC--DC变换器中的混沌现象的研究

本文以闭环PWM控制的Buck开关变换器为例,采用非线性迭代映射法对其电感电流连续模式工作下,变换器中出现的混沌现象进行了分析研究,并采用PSPICE进行了计算机仿真验证,从而通过理论和仿真证明了在某些电路参数下系统里会出现多脉冲、倍周期等混沌现象。     

开关电感Buck-Boost变换器的非线性行为控制研究

以电流模式控制开关电感Buck-Boost变换器为研究对象,通过数值仿真得到了电路系统的分岔图、庞加莱截面图、最大Lyapunov指数、雅可比矩阵特征值,分析了变换器电路系统非线性行为及混沌产生的原因,推导出了电路系统的稳定判据。首次采用参数微扰法对开关电感Buck-Boost变换器的非线性行为进行了控制,并计算了扰动强度和扰动相位。最后进行了相应的Matlab/Simulink仿真和实验电路验证,实验结果与仿真结果一致。研究结果表明,采用参数微扰法可有效抑制电路系统的混沌。     

参数共振微扰法在Buck变换器混沌反控制中的应用

构造了参数共振微扰作用下的Buck变换器电路模型作为研究对象,通过对扰动幅值及相位进行优化,达到最优的混沌反控制结果.对研制的系统进行了理论分析,构造了迭代映射的模型,通过Jacobian矩阵计算出特征值,特征值轨迹分析的结果与数值仿真是完全一致的.同时,应用该混沌反控制方法还改善了变换器系统的EMI水平,从而为解决开关变换器电磁兼容性问题提供一种新的有效途径.     

DC-DC开关变换器中混沌映射的不变分布求解及其应用

开关电源中存在的混沌现象可以用来提高电磁兼容（EMC）,通过量化其混沌映射的不变分布可达到控制开关变换器电磁干扰（EMI）的目的.该文用简单的映射,描述了DC-DC开关变换器的混沌运行.并在此基础上,利用特征向量法对其混沌映射的不变分布进行了求解.仿真结果通过与混沌映射图和其分岔图的比较证明了该算法在求解DC-DC变换器混沌映射不变分布时的正确性.进而利用不变分布对系统输入、输出量的功率频谱密度、平均开关频率进行了估计,仿真和实验结果证明了估计的正确性.同时不变分布也为混沌电路的参数设计提供了有效途径.     

混沌状态下Boost变换器参数误差的影响与控制

探讨了混沌状态下变换器对电路参数误差的敏感性,同时对两个具有细小电路误差的变换器进行了混沌同步控制。通过仿真实验,得出了运行在混沌状态下的Boost变换器对电路参数的细小变化极为敏感。因此,在研究混沌状态下Boost变换器的并联运行时,必须针对此敏感特性进行控制。提出了使用混沌同步的方法来抑制混沌状态下Boost变换器的敏感性影响,并设计了具体的控制策略。通过仿真实验,证明了该控制方法能有效抑制Boost变换器的敏感性影响。最后给出了研究结论。     

DC-DC变换器分叉和混沌现象的建模和分析方法

根据DC－DC开关变换器结构，参数及不同工作条件，按一阶，二阶模型类型，利用时间离散映射方法推导出适合于一般DC－DC变换器的分叉和混沌现象的离散模型，此外，分析了DC－DC变换器分叉和混沌现象动态演化过程的研究方法，指出分叉和混沌现象动态演化过程的研究方法，指出分叉图，Jacobian矩阵和Lyapunov指数是建立在离散模型基础上最有效的分析工具，并用相应的仿真和实验结果证明了文中理论研究的正确性。     

高阶开关功率变换器中的间歇现象

以四阶电流模式控制单端初级电感变换器(single ended primary inductor converter,SEPIC)为例,研究高阶开关功率变换器中的间歇混沌和间歇分谐波现象。从电路耦合滤波的角度考虑,建立具有耦合干扰信号的SEPIC变换器模型,通过数值仿真和电路仿真观察到了间歇现象,分析不同电路参数对干扰信号强度阈值的影响。并将时间分岔映射为参数分岔,继而以此为基础运用特征值分析方法对变换器的稳定性进行了分析。参数分岔图、特征值轨迹与时间分岔图完全一致,均表明干扰信号的强度和频率决定着间歇现象的类型和间歇周期的大小。     

电流型Cuk变换器稳定运行的参数域预测

研究了电流型Cuk变换器中各个分岔参数之间的关系，利用输入电压和开关周期对参数空间进行参数归一化的降维处理，建立参数空间降维后的DC-DC变换器的频闪映射模型，基于能量守恒原理得到电流控制型Cuk变换器稳定运行的参数域预测的解析表达式。以Cuk变换器为例，利用数值模拟和电路实验研究了Cuk变换器中出现的分岔和混沌现象。研究结果表明，占空比 是描述DC-DC变换器的一个本质量，它更能反映系统非线性动力学行为的本质特性。     

开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

基于Matlab的PFC Boost变换器仿真研究和实验验证

介绍了平均电流控制型PFC Boost变换器的结构,分析了其工作原理.分别采用Power System工具箱和考虑电感电流断续工作状态的C-MEX文件S函数建立了主电路模型,对平均电流控制型PFC Boost变换器进行了仿真.仿真结果表明,与Power System工具箱模型相比,基于C-MEX文件的S函数仿真模型能够准确仿真电流断续工作状态,仿真速度快.设计了电路样机进行了实验研究,仿真结果与实验结果一致,证明了该方法的正确性.利用该方法可以高效地仿真研究系统结构和参数变化时性能变化情况,得到的平均电流控制型PFC Boost变换器的混沌分岔图,为更好地理解和设计这种变换器提供了有利的工具.     

移相控制全桥零电压开关变换器中的非线性现象研究

本文详细分析了移相控制全桥零电压开关变换器的电路结构及运行模式,并指出移相控制全桥零电压开关变换器与Buck变换器的拓扑等价性。既然传统的电压模式控制Buck变换器中存在分叉与混沌等非线性现象,那么移相控制全桥零电压开关变换器中也必然存在相应的各种非线性现象。仿真结果证实了这一推断。     

电流型控制单电感双输出Buck变换器的动力学行为分析

通过对电流型控制单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器工作原理的描述,推导了三个电感电流边界,建立了电流型控制SIDO Buck变换器的离散迭代映射模型。采用分岔图和李雅普诺夫指数,分析了以输入电压和输出电压为变化参数的分岔行为。通过稳定性分析,得到了电流型控制SIDO Buck变换器从稳定的周期1工作状态到不稳定工作状态,从电感电流连续导电模式到断续导电模式转移的分界线方程,并利用参数空间映射图对变换器的工作状态域进行了估计。研究结果表明:随着电路参数变化,电流型控制SIDO Buck变换器发生了倍周期分岔和混沌,且运行轨道与三个边界碰撞后产生不同的分岔路由,包括周期数倍增和工作模式转移。最后,建立了电流型控制SIDO Buck变换器的仿真和实验电路,时域仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

V2控制Buck变换器分析

该文在简要介绍开关变换器的V^2控制方法的基础上，建立了V^2控制Buck变换器的小信号模型，得到了对应的y参数模型，在此基础上对该y参数模型进行了改进，利用改进的y参数模型对V^2控制Buck变换器和电流型控制Buck变换器进行了分析、比较，分别对V^2控制和电流型控制Buck变换器进行了频域和时域仿真，仿真结果验证了V^2控制方法比电流型控制方法具有更好的动态响应的研究结果。     

混沌映射抑制DC-DC变换器EMI水平的实验研究

探讨了混沌频率调制技术在开关变换器中抑制电磁干扰的实际效果。详细地分析了被调制信号的频谱与混沌系统产生的调制信号的不变密度函数之间的关系。设计了一个简单的、具有均匀分布密度的tent映射混沌电路，并以此电路产生的离散时间混沌信号作为频率调制信号，加入到工作在闭环连续导电模式的Buck变换器中，从而在开关变换器中实现了混沌频率调制，使开关频率随混沌信号随机变化。实验结果证明该技术不但具有有效降低开关谐波峰值和对输出电压影响不大的优点，而且实现电路简单，是解决开关变换器电磁兼容性问题的一种新的有效途径和具有应用前景的技术。     

ZCS BUCK变换器CM工作模式下的分岔和混沌现象

本文对零电流开关(ZCS—Zero-current-switching)BUCK变换器电压反馈控制的分岔和混沌现象进行了研究。建立了变换器在CM(Continuous mode)工作模态下的精确离散映射模型，进行分岔稳定性和混沌运动的仿真分析。研究结果表明，软开关BUCK变换器虽然减少了开关应力，改善了开关的工作条件，但它与硬开关BUCK变换器相比，混沌运动特点更加明显，这在一定程度上降低了变换器的运行稳定性。     

一种新型软开关BUCK变换器

针对影视照明用大功率电子镇流器的特殊要求，提出了一种新型软开关BUCK变换器。新型电路具有大功率、低损耗等优点。给出了控制策略，阐述了新电路的工作原理。给出了主电路的参数设计方法。对新电路进行了仿真研究。理论和仿真结果表明，新电路中的所有功率开关全是软开关，大大降低了开关损耗。制作了一台输出功率为6kW的实验样机。实验结果与理论和仿真结果吻合。实验结果表明，用新电路代替原来的硬开关电路，整机效率提高了8%，新系统的效率为93%。     

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益，减小开关管电压应力，将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型，并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理，结合参数共振微扰与电荷控制的优点，设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明，开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围，并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态，提高了变换器的工作性能和稳定性。     

PWM Buck变换器电容引起的混沌及其控制

大多数关于变换器分岔和混沌的研究都是以电源电压作为变量进行分析和控制的,而实际中电容也影响到系统的分岔和混沌。以PWM模拟电压控制Buck变换器为研究对象,利用计算机仿真电路得到以电容为自变量的分岔图;利用硬件实验电路对单周期稳定、倍周期分岔和混沌3种不同状态进行相图分析;采用参数扰动实现混沌控制,由分岔图可知原来的三种不同状态均被控制为单周期稳定状态,从硬件实验得到的时域波形图验证了控制算法的有效性。