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。     

电压型SEPIC变换器中的分岔行为与低频振荡现象分析

导出了电压型SEPIC变换器的频闪映射方程,采用数值模拟、非线性动力学理论分析和电路实验的方法研究了系统中的低频不稳定现象,并对不稳定区域中的非线性行为(如准周期分岔、锁相极限环)进行了分析,揭示了低频振荡的特征、振荡周期的变化规律及低频振荡产生的物理机理.结果表明,随着控制器参数的增大,变换器由原来单一的CCM工作模态转化为在CCM和DCM之间间歇性切换的工作模态,是导致系统周期1不动点失稳和系统产生低频振荡的主要原因;低频振荡的出现反映出系统发生了亚临界Hopf分岔;低频振荡周期等于锁相周期态的周期数与锯齿波调制周期的乘积,符合Farey原理.     

电流模式Boost变换器中切分岔迭代映射构造

切分岔是非线性动力系统中的一种特殊分岔,本文研究了因切分岔而引发的变换器电路的阵发混沌现象.首先建立了符合实际电路限定条件下的离散迭代映射模型,然后通过数值仿真手段构造了阵发混沌中主要的周期3、周期4、周期5及平行周期3等周期窗的切分岔离散迭代映射,从而阐述了开关DC-DC变换器电路发生阵发混沌的机理和各周期窗形成的原因.     

基于不稳定周期轨道的参数扰动法在Boost变换器混沌控制中的应用

电力电子变换器是典型的非线性系统,分岔与混沌等非线性动力学现象的存在限制了变换器的工作范围,并对变换器性能产生了不良影响。因此,在对Boost变换器进行非线性动力学分析的基础上,通过采用一种基于不稳定周期轨道的参数扰动法,对处于混沌态的变换器进行控制,使重新工作于周期-1态。MATLAB数值仿真结果证明控制方案的有效性,在不改变主电路参数的前提下,可以扩大DC-DC变换器的稳定工作空间,提高变换器的增益,降低输出电压和输入电流的纹波,使变换器的性能得以提升。     

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。     

SEPIC变换器的滑模控制及其稳定性分析

以SEPIC变换器两电感电流之和为控制量,对SEPIC变换器进行了滑模变结构控制设计,推导出了滑模面上的等效控制与运动状态方程,并对平衡点的稳定性进行了分析.数值计算和仿真结果表明,通过雅克比矩阵的特征值、分叉图、相轨迹图、庞加莱截面等可以判定:当参考电流不断增加,会导致平衡点失稳,产生超临界霍普分岔;分岔后变换器表现出丰富的动态行为,产生了单极限环、双极限环、准周期、混沌等非线性现象.     

变论域模糊PID控制在改善DC-DC变换器非线性非最小相位系统的性能研究

除Buck电路外的传统DC-DC电路的动态模型是非线性非最小相位系统,其动态特性受电路参数和动态模型的影响较大。PID控制必须建立在精确的数学模型上,而DC-DC变换器的非线性决定了PID调节很难达到更优的效果。模糊PID控制不需要精确的数学模型,而且消除了模糊控制存在的静差。但该控制方式的自适应能力较低,在输入量变化较大时,其控制精度变差。变论域模糊PID控制利用伸缩因子使系统的自适应能力提高,并增加模糊规则的利用率,使控制精度提高。本文研究了变论域模糊PID控制在非线性非最小相位系统的DC-DC变换器闭环控制中的性能,以DC-DC变换器中的典型非线性非最小相位系统的Sepic电路和Boost电路为例进行了仿真和实验,结果表明变论域模糊PID控制比前两种控制方式具有更优的控制性能。     

基于随机扩频的Buck-Boost变换器分岔与混沌现象的仿真分析

Buck-Boost变换器中存在着电磁干扰过大,以及电感电流与输出电压的波纹过大的问题,通过引入随机扩频技术减小这些问题的方法已经得到广泛应用,但引入该方法后仍存在复杂的分岔与混沌现象。在对随机扩频技术进行分析后与建立了基于随机扩频技术的Buck-Boost变换器的精确离散迭代映射模型;研究了采用随机扩频技术后的Buck-Boost变换器中的非线性现象,通过运用MATLAB软件进行编程绘制了电感电流随电路参数变化的分岔图,证实了其中存在复杂的非线性行为,研究了随机扩频技术中各电路参数对Buck-Boost变换器中非线性行为的影响规律;研究表明运用参数微扰法可以抑制其中的分岔与混沌现象。为Buck-Boost变换器电路设计提供了理论基础。     

一种适用于SEPIC变换器的可拓展电压增益单元电路

因寄生参数的影响,基本DC/DC变换器的升压能力受到了限制.针对单端初级电感转换器(SEPIC)变换器提出了一种可拓展电压增益单元电路,通过在基本SEPIC变换器外围接入所提电压增益单元可有效提升变换器输入-输出电压增益,并降低开关器件的电压应力,该变换电路还具备基本SEPIC变换器输入电流连续、低纹波的优点.同时所提电压增益单元中不含有有源开关,使得基本SEPIC变换器的驱动及控制电路都相适应,无需变化.对所提变换器的工作原理和性能特点进行了详细的阐述,并构建了一台300 W的实验样机,对理论分析进行了验证.