不同扩频信号对开关功率变换器EMI抑制效果的比较

开关频率调制技术是改善功率变换器EMC的一种有效方法,不同的扩频信号的扩频效果是不同的。在隔离式双正激DC/DC功率变换器的基础上,分别对周期性信号、随机信号和混沌信号作为开关频率调制信号对功率变换器EMI的抑制效果作数值上的分析,指出它们各自的优缺点。认为相对而言,混沌信号是一种比较理想的扩频信号。     

混沌抑制传导干扰的电源管理芯片实验研究

对刘氏混沌系统的硬件实验电路进行优化,使用最少的元件实现了混沌系统,达到了减小功率的目的。仿真和电路实验的结果验证了该优化硬件电路的正确性和实用性。将刘氏混沌电路与电源管理芯片相结合,做出了一款含有混沌扩频功能的电源管理芯片,在AC/DC反激变换器上进行了详尽的实验研究以及传导电磁干扰(EMI)测试。实验结果表明,使用混沌脉宽调制(PWM)控制信号的方法,可以实现PWM信号频谱在开关频率周围的连续分布,并且对比定频、周期扩频和混沌扩频的传导EMI测试曲线,可以得出混沌抑制传导EMI效果最好的结论。     

混沌扩频对高频开关电源输出电压纹波的影响

混沌扩频技术应用于高频开关电源,能把集中在开关频率及其谐波上的电磁干扰(EMI)扩散在连续的频谱上,有效改善开关电源的电磁兼容(EMC)特性。但研究表明,采用混沌扩频技术后,会对高频开关电源输出电压的纹波产生影响。从理论上对这一现象进行分析,利用输出电压的功率谱密度函数和转移函数,提出了开关电源输出电压纹波随混沌调制系数变化的计算方法。理论分析表明,高频开关电源输出电压的纹波会随混沌调制系数的增大而有所增加,从理论上验证了已有的研究成果。提出了抑制混沌开关电源输出电压纹波的方法,可使输出电压的纹波降低到未采用混沌扩频技术前的水准。     

基于混沌扩频的双级矩阵变换器调制策略的研究

双级矩阵变换器由于具有优良的输入输出性能而受到广泛关注。在对双级矩阵变换器调制策略分析的基础上,将扩频调制策略引入到输出双级矩阵变换器调制策略中来抑制电磁干扰和噪声。将混沌扩频技术用于双级矩阵变换器中,用混沌信号改变固定开关频率。为了不影响整流级的零电流换流,采用整流侧和逆变侧同步扩频策略,降低了开关频率和倍频处的谐波幅值,从而达到降低电磁干扰和噪声的目的,仿真结果证实了混沌扩频调制策略的可行性。     

混沌扩频抑制交错并联Boost PFC的共模传导EMI

随着电力电子器件的高频化,电磁干扰(EMI)问题日益严峻。为了降低开关电源的传导EMI,这里提出一种基于混沌扩频的交错并联Boost功率因数校正(PFC)变换器调制技术。首先,分析变换器传导EMI路径,建立干扰等效电路;通过推导传统脉宽调制(PWM)和混沌PWM扩频模式下驱动电压的功率谱密度函数,揭示混沌扩频技术降低频谱峰值的基本规律。其次,结合数理统计方法,提出使用概率直方图和概率密度函数来选择更具优越性的蔡氏混沌扩频电路,并利用驱动信号频谱加以验证。仿真与实验结果均表明,与传统PWM相比,在蔡氏混沌PWM作用下,对1 MHz频段内的共模噪声有8～18 dBμV的削弱,对1 MHz以后频段的共模噪声有5～15 dBμV的削弱。该方法能够实现从源头上有效地抑制共模传导EMI,抑制效果明显,并且能够实现频谱连续化。     

开关变换器混沌PWM抑制EMI的机理和实验研究

在分析定频、周期扩频和混沌PWM频谱分布基础上，深入探讨了开关变换器混沌PWM抑制EMI的机理和特点。由此在1台AC-DC反激式变换器上进行了详尽的实验研究。分别进行的定频、周期扩频和混沌PWM实验结果表明，EMI的频谱分布取决于 PWM频谱分布，其中混沌PWM抑制EMI效果最好，虽然开关变换器输出电压的纹波频率随混沌扩频信号改变，但峰峰值基本不变。稳定性和效率测试显示，混沌PWM下开关变换器运行稳定，效率变化不大。该文较好地弥补了现有混沌PWM抑制EMI实验研究的不足。     

基于混沌扩频的中压电力线通信系统

随着电力系统自动化水平的不断提高,更多的遥测、遥控信息需要准确的传输,开发能在中压电力线上传输数据的扩频通信系统是有意义的。在对中压电力线通信原理及实现方法进行总结分析的基础上,提出采用混沌扩频的调制方法,并结合电力线信道特性的分析,来实现信号的安全传输。仿真结果表明:混沌扩频通信有传统扩频不能比拟的优越性能,能产生大量的伪随机性好的保密性强的序列,应用于中压电力线通信有着很好的前景。提出的混沌扩频技术的新方法,克服了原有扩频序列数的有限性,解决了通信系统安全传输的根本问题。     

电力线扩频通信中复合混沌扩频序列研究

面向低压电力线扩频通信,基于Tent混沌序列提出了一种全新的混沌扩频序列复合构建方法。该方法通过对两组独立混沌序列乘积实值序列进行量化,快速构建扩频序列;研究了电力线通信的信道频率响应和噪声特征,并建立了基于该信道特性的电力线扩频通信系统模型。通过将复合混沌扩频序列应用于所建立的电力线扩频通信系统模型,对其性能进行了仿真验证。仿真结果表明：采用复合混沌扩频序列的电力线扩频通信系统在信噪比低于传统扩频序列3 dB的情况下仍能保证相同误码率。     

PWM逆变器混合扩频调制技术

针对周期性和混沌性调制无法兼顾限制扩频范围与降低谐波峰值之间的矛盾,提出一种新的混合调制方式,并将其应用于三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器中。该方式以频率被logistic混沌序列调制的三角波作为调制信号,不仅具有周期性调制限制扩频范围的能力,而且具有混沌性调制有效降低谐波峰值的优势。根据线电压的傅里叶级数展开式,分析扩频调制原理并得到扩频调制后谐波电压的表达式。利用该表达式,通过仿真直观地研究周期和混沌性调制频谱分布特点,在此基础上阐述混合调制原理。最后,建立实验平台,将混合调制后的线电压频谱与周期和混沌性调制后的线电压频谱对比,证明本文提出的混合调制技术的有效性。     

混沌扩频序列在CDMA通信系统中的应用

混沌是非线性系统中出现的确定性的、类随机的过程.混沌系统最基本的特征是对初始条件极端敏感,这些独具特色的性质使得混沌在通信应用领域尤其在伪随机码的产生方面有着很好的应用前景.本文首先分析几类混沌动力学模型-Logistic、Kent、chebyshev、logistic-chebyshev混沌序列,随后以MATLAB的Simulink为仿真平台,把混沌扩频序列应用到DS-CDMA系统中.分析不同混沌扩频序列在多址环境和多径环境下的误码率,验证了混沌扩频技术应用于CDMA通信系统中的可行性和优越性.     

The stability of a chaotic PWM boost converter

A novel chaotic pulse‐width‐modulation (PWM) boost converter has been previously proposed to reduce electromagnetic interference (EMI) in DC–DC converters, where the circuit design and simulations have been conducted, but the problems such as the mean value estimation of state variables for circuit parameter design, the ripple estimation of the input current and the stability analysis have been remained to be addressed in this paper. Here, a mean value estimation method is first proposed, which is used to estimate the mean values of state variables of chaotic PWM boost converters for facilitating the circuit parameter design and selection of circuit components. Although ripples are slightly increased, caused by adopting chaotic carriers, the DC–DC converter with reduced EMI is still stable under the chaotic PWM control. This work provides a theoretic verification of the effectiveness and practicability of the proposed chaotic PWM DC–DC converters. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于多涡卷混沌吸引子的电力电子变换器混沌PWM控制研究

基于多涡卷混沌吸引子,提出了一种新型混沌PWM控制方法抑制电力电子变换器电磁干扰。该方法将多涡卷混沌吸引子与传统混沌PWM控制结合,应用于电力电子变换器的控制中,实现从电磁干扰源头上抑制传导电磁干扰。对比传统混沌PWM控制,该方法能够在降低开关频率及其倍数次谐波峰值的同时,减少开关频率及其倍数次附近次谐波的生成,具有更好的EMI抑制效果。     

高压钠灯的声谐振特征及其混沌抑制

高压钠(HPS)灯高频工作时极易产生声谐振现象,轻则电弧弯曲、抖动、旋转、光线闪烁;重则电弧熄灭或者灯管损毁,严重影响灯光的照明效果;同时,灯的电气参数也会发生不同程度的改变。针对这一现象,采集声谐振时的电弧曲线,研究电弧弯曲幅度、抖动频率、电气参数变化与声谐振程度的关系,提出声谐振混沌抑制技术,通过给扫频控制电路输入端叠加低频正弦波、三角波、方波信号进行扰动调制,分散驱动电压频谱,从而降低声谐振时的能量阈值,抑制声谐振现象。文中给出不同类型、不同扰动参数下电压频谱扩散实验效果,结果表明只要扰动信号参数选择合适,频谱便能很好地分散,不同时期的声谐振现象便可被抑制。     

Spectrum of a frequency modulated pulse width modulation signal

In power electronics, the switching elements are controlled by pulse width modulated (PWM) signals making their currents on and off repeatedly. This might cause electromagnetic interference (EMI) problems especially in switched mode power supplies. One method for mitigating the EMI is to use the frequency modulation technique in the control signal of the switching metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor. According to this approach, frequency of the PWM signal is modulated in order to spread its spectrum and hence reduce the EMI levels. This paper presents the theoretical analysis for the spectrum of a frequency modulated PWM signal. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

多电平PWM逆变电路谐波分析与输出滤波器设计

在中压大容量变频驱动装置中，为解决电力电子器件耐压问题，基于PWM控制的多电平逆变技术得到广泛应用。这种中压变频器输出电压为多电平PWM脉冲波形，目前对其谐波还没有完善的理论分析。为避免高次谐波对电机的影响，有些用户要求为变频器设置输出滤波器。由于中压变频器容量较大，为滤波器设计带来一些新的问题。该文在大量仿真数据的基础上，总结出多电平PWM波形的谐波特点，为滤波器设计提供了理论依据。以此为基础，综合考虑基波压降、有功损耗、电流谐波和谐振等问题，推导出适合于中压大功率变频器输出5滤波器参数选取的简化公式，并通过实验予以验证。     

Effective Suppression of Conducted Electro Magnetic Interference in DC-DC Boost Converter Using Field Programmable Gate Array Based Chaotic Pulse Width Modulation Switching

Abstract—In recent years, electro-magnetic interference on DC-DC converters is seen as serious problem as it limits the capability of the DC-DC converter. It is popular to use analog circuits to suppress electro-magnetic interference; however, a cheap analog circuit suffers from numerous drawbacks, including inaccurate pulse generation, carrier frequency limitation, and degraded performance due to aging. Conversely, high-performance digital circuits are capable of providing accurate pulses compared to analog circuits. In this article, a field-programmable gate array is used to generate accurate chaotic pulse-width modulation pulses for DC-DC converters. A spread spectrum technique based on randomized carrier frequency modulation with fixed duty ratio is proposed for gating pulse generation, implemented using a field-programmable gate array for electro-magnetic interference suppression. A hardware prototype is built in the laboratory for the proposed method and tested. The performance of the proposed method estimated through simulation study is validated via experimental results.     

开关频率抖动技术中调制波优化选取的理论分析

本文采用解析式的方法描述开关频率抖动的过程，对三种常用的正弦波、三角波及指数波在调制正弦载波信号时产生的频谱结构进行详细的计算和分析，得出采用三角波调制可以产生最优的频谱峰值幅度衰减。总结产生不同频谱结构的现象和原因，以此预测任意周期性调制波形对PWM载波调制后的频谱结构，有助于在应用开关频率抖动法降低变换器电磁干扰时调制波形的优化选取。     

PWM变频驱动系统传导干扰的高频模型

以典型的PWM变频驱动电机系统为对象,研究了干扰通道寄生参数和高频干扰源的建模方法。分别提出了变频器电路寄生参数的理论计算方法和电动机高频模型的实验提取方法,建立了系统级差模干扰和共模干扰的高频电路模型,提出了考虑PWM上升时间的高频干扰源建模方法,并对变频驱动装置在电网侧和负载电机侧的传导干扰进行了计算,以一台工业产品驱动装置为对象进行了实验验证,测试结果与计算结果的对比证明了该文方法的正确性。