超高频Z源DC/DC变换器的呼吸现象分析

Z源变换器因在超高频条件下具有体积小、效率高等特点而备受关注,但该变换器在光伏并网等实际工作过程中更易产生一种规则的噪声,即耦合电路引起的传导和电磁辐射的干扰使得变换器产生呼吸现象,严重影响电网系统稳定。故建立了具有耦合干扰信号的超高频Z源变换器模型,通过电路仿真及实验观察到了间歇现象,从理论上将时间分岔映射为参数分岔,利用雅克比矩阵特征值运动变化判定系统的稳定性,从而验证了超高频Z源变换器呼吸现象的存在。最后根据对该变换器的分岔控制行为进行分析,确定该系统处于干扰信号下的电路参数稳定域。结论能够为超高频Z源变换器的稳定运行提供参考,对实际电路的设计提供理论依据。     

电流型单端初级电感变换器中分岔行为与稳定性

导出了连续运行模式下电流型单端初级电感变换器(SEPIC)的频闪映射方程.采用数值方法研究了系统中的分岔和混沌现象,并对不稳定区域中的非线性行为(如倍周期分岔、边界碰撞分岔和吸引子共存)进行了分析.数值结果表明,较之低维DC-DC变换器,SEPIC变换器作为一类高维的DC-DC变换器,电路参数的变化使得系统出现了更为复杂、多样化的非线性现象.根据系统Jacobian矩阵特征乘子的变化趋势,确定了系统首次失稳时分岔点的位置和类型,讨论了电路参数的变化对系统稳定性的影响.     

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.     

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。     

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。     

PWM Buck变换器电感引起的混沌及控制

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,而实际中电感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,首先利用计算机仿真电路得到以电感为自变量的分岔图;然后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;最后采用参数扰动实现混沌控制,从分岔图可以看到原先的3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.     

电流反馈型Buck变换器分岔动力学分析及稳定性控制

针对电流反馈型Buck变换器电路参数波动引起分岔等非线性失稳动力学行为,研究了基于单值矩阵的动力学分析及稳定性控制方法。首先采用菲利波夫法得到了电流反馈型Buck变换器的一个线性化的周期轨道,并以单值矩阵的形式来描述。结合Floquet理论用单值矩阵的特征值(Floquet乘子)分析了变换器的稳定性:根据Floquet乘子是否处于单位圆内,判定变换器是否发生分岔失稳。进一步考虑了多参数变化对变换器稳定性的影响,多参数变化条件下系统的稳定域比较狭窄,变换器很容易产生分岔,基于参数共振微扰法,在参考电流中添加小幅周期信号,使变换器模态之间的切换面发生了改变,有效地抑制了变换器的分岔行为,稳定域得到了明显的拓展。仿真和实验验证了该方法和结论的有效性。     

基于Simulink的Buck变换器混沌现象仿真与研究

基于Simulink建立了电流连续导通模式下的电压控制Buck变换器模型，在该模型的基础上对开关变换器的非线性现象进行了研究。通过改变电路参数，研究了开关变换器从稳定态到倍周期分岔，再到混沌的演化过程。仿真结果与理论分析和实验结果一致，验证了仿真模型的正确性，为合理选取电路参数提供了指导，同时也为混沌控制理论的研究奠定了仿真基础。     

单相SPWM逆变器的分岔及混沌现象分析

以基本单相正弦脉宽调制(SPWM)逆变器为研究对象,采用迭代法建立一阶离散模型,应用频闪映射图、折叠图和分岔图,详细描述了系统出现的分岔和混沌现象,借助仿真给出了系统的稳定运行参数域,从时域及频域分析了分岔和混沌行为对系统性能的影响.本文的研究结果将混沌研究从DC/DC变换器推广到DC/AC变换器,为深入研究电力电子变换器的非线性行为打下了基础.     

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.     

Intermittency in Switching Power Converters: Theoretical Analysis

In view of reasonable explanation of intermittent subharmonics and chaos that can be gained from coupling filter between circuits, this paper discusses a method that maps time bifurcation with parameter bifurcation. Based on this mapping method, the general analysis method of characteristic multiplier, which is originally aimed at parameter bifurcation, can be used for the study of intermittency, i.e., time bifurcation. In this paper, all researches coming from characteristic multipliers, parameter-bifurcation diagrams, and the largest Lyapunov exponent indicate the same results as those produced by simulation and experiment. Thus, it is proved theoretically that the intermittency in switching power converter can be explained in terms of coupling of spurious interference. Translated from Acta Electronica Sinica, 2004, 32(2): 269–273 (in Chinese)     

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.     

电流控制反激式变换器动力学特性研究

利用变压器原副边电流安匝和作为状态变量之一,建立了具有两条安匝和边界的电流控制反激式变换器的离散时间模型,并采用Jacobi矩阵求特征值导出了最大Lyapunov指数。进一步地,利用分岔图和最大Lyapunov指数谱,进行了反激式变换器的分岔分析和工作状态域估计。PSIM电路仿真结果验证了理论分析的正确性,表明了电流控制反激式变换器在参数变化时,存在倍周期分岔、边界碰撞分岔、混沌、周期窗等复杂非线性现象,有着周期态、CCM鲁棒混沌态和DCM弱混沌态三种不同的工作状态。     

Step‐up/step‐down DC‐DC converter with near zero input/output current ripples

A novel single switch two diode wide conversion ratio step down/up converter is presented. The proposed converter is derived from the conventional single‐ended primary inductor converter (SEPIC) topology, and it can operate as a capacitor‐diode voltage multiplier, which offers simple structure, reduced electromagnetic interference (EMI), and reduced semiconductor voltage stress. The main advantages of the proposed converter are the continuous input/output current, higher voltage conversion ratio, and near‐zero input and output current ripples compared with the conventional SEPIC converter. The absence of both a transformer and an extreme duty cycle permits the proposed converter to operate at high switching frequencies. Hence, the overall advantages will be: higher efficiency, reduced size and weight, simpler structure and control. The theoretical analysis results obtained with the proposed structure are compared with the conventional SEPIC topology. The performance of the proposed converter is verified through computer simulations and experimental results. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

邑压模式控制反激式变换器吸引子共存现象的研究

以电压模式控制反激式变换器为例,推导出精确的离散映射分段光滑模型,数字仿真得到共存吸引子分岔图和吸引域图。在反激变换器的参考电压上加了各种不同的干扰信号,如正弦波、三角波、矩形波进行了仿真,结果说明共存吸引子的存在。     

单端初级电感变换器拓扑的LED电源设计

单端初级电感变换器(SEPIC)拓扑结构的转换器既可以实现升压,也可以实现降压,而且转换效率也很高,可作为LED的驱动电源.讨论了LED对驱动电源的要求和SEPIC拓扑的电流连续导通模式(CCM)、临界连续模式(TM)和断续导通模式(DCM)的工作原理,重点论述了TM下的工作机制,并阐述SEPIC拓扑电路的器件参数选择原则.在此基础上设计了SEPIC电路,结合相关的控制芯片,对电路进行PWM和PFC,实验结果证明了分析的正确性.     

同塔双回直流换流站雷电侵入波特性

以单回直流系统的换流站为基础,搭建一个同塔双回直流换流站系统,利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,仿真计算同塔双回直流系统换流站直流侧的雷电侵入波过电压,以研究换流站的雷电侵入波特性和分析同塔双回和单回直流系统雷电侵入波特性的差别。结果表明,同塔双回直流系统换流站雷电侵入波过电压幅值与雷击形式、雷击点、系统运行方式以及工作电压极性均有关系,而且在直流侧的这个过电压幅值比起单回直流系统的要小。