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。     

电流控制模式下Boost变换器的混沌行为

该文建立了Boost变换器在电流可编程控制模式下的离散数学模型和迭代方程，并通过仿真分析了不同分岔参数变化下的工作规律，证实了该变换器中的倍周期和混沌行为。     

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。     

混沌映射抑制Buck变换器电磁干扰水平的原理研究

为了提高Buck变换器的电磁兼容性能,基于混沌现象的宽频谱特性提出了一种新的变换器控制策略。本文首先详细推导了能够产生可控幅度混沌序列的Logistic映射形式,然后以峰值电流型滞环Buck开关变换器为研究对象,对其在混沌随机与常规周期两种工作模式下的时域和频域特性进行了对比分析,得出了混沌随机模式可以改善开关变换器的电磁兼容性的结论,但电感电流纹波却相应地增加了,从而降低了变换器的效率。仿真结果验证了理论分析。     

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。     

混沌映射抑制Buck变换器电磁干扰的研究

基于混沌现象的宽频谱特性,提出了一种新的Buck变换器控制策略。首先推导了能够产生可控幅度混沌序列的Logistic映射形式,然后对峰值电流型滞环Buck变换器在混沌随机与常规周期两种工作模式下的时域和频域特性进行了对比分析,得出了混沌随机模式可改善变换器EMC的结论,但电感电流纹波却相应增加,降低了变换器的效率。指出应兼顾EMC和效率两个因素。     

倍压Boost-APFC变换器的改进型单周期控制

阐述了单相倍压Boost有源功率因数校正(Boost-APFC)变换器拓扑的工作原理以及传统单周期控制算法的特点。基于电感电流混合导通模式的工作条件,并针对电感电流连续模式下的单周期算法在电流断续模式下的失效,提出了改进型单周期控制算法。该算法针对电感电流断续模式下存在的电感电流采样误差,引入电流修正系数对采样电流进行修正。同时,对单周期算法中的稳态部分进行改进,使其能够适用于电感电流混合导通的情况。改进型单周期控制算法能够使倍压Boost-APFC电路从轻载到满载的全功率范围获得较高的功率因数。基于PSIM仿真软件平台对控制算法进行了仿真,试制了4.8 k W的实验平台和控制板。仿真和样机实验结果均表明理论分析的正确性。     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

设计内部本质安全型Boost变换器电感的设计

分析了Boost变换器工作于连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）时的峰值电感电流.指出在给定开关频率、输入和输出电压时,变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是该变换器在整个负载范围内工作时的最大电感电流,并将其与最小点燃电流相比较作为变换器在该工作模式下内部电感本质安全的判断依据.文中给出了实例,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

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。