DCDC开关变换器混沌现象研究综述

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升压型DC-DC开关变换器的混杂建模与控制研究

升压型DC-DC开关变换器的混杂建模与控制研究
感 电流 连 续 模 式 细分 为完 全 电感 供 能 模 式 和 不完 全 电感 供 能 模 式 两种 子模 式 , 出一 种 新 的混 杂 控 制 策 略 , 用 提 应
电路 理 论 方 法 给 出 了 理想 变 换 器 和 考 虑 输 出 电容 寄生 电阻 的 混 杂 控 制 边界 的综 合 方 法 和 计 算 公式 。数 值 结 果 和
第3 2卷 第 4期 2010年 8月




Vo . 2 No 4 13 .
Aug t 2 0 us 01
J OURNAL OF THE CHI NA RAI AY OCI TY LW S E
文章 编 号 :1 0 -3 0 2 1 ) 4 0 5 - 6 0 18 6 (g a n r lS r t g o b i d ln nd Co t o t a e y f r
Bo s o tDC- - DC wic i nv r e s S t h ng Co e tr
M A o g b , F H n — o ENG a — u n GU O i Qu n y a , Jn
动 机模 型 的边 界 选 择 问题 。与 传 统 的状 态 空 间平 均法 和 电路 平 均 法 相 比 , 模 型 中 没 有任 何 假 设 和 线 性 近 似 , 该 建
模 精 度 高 , 以对 电力 电子 电路 进 行 更 好 的分 析 与 控 制 。根 据 开关 变 换 器 电感 最 小 电 流 与输 出 电流 的 比较 , 电 可 将
分 析 表 明 了混 杂 建模 和控 制 策 略 的 有 效 性 。 关键 词 : 杂 控 制 ; 模 ;升 压 型 开关 变 换 器 ; 杂 自动 机 ; 全 电感 供 能模 式 ; 完 全 电感 供 能 模 式 混 建 混 完 不

DCDC开关变换器混沌现象研究综述

DCDC开关变换器混沌现象研究综述

DCDC开关变换器混沌现象研究综述摘要:DC/DC功率开关变换器是开关电源的核心部分,通过对其混沌现象的研究可以更加深刻地认识DC/DC变换器的本质,也会在将来基于混沌现象提出新的设计方法和控制策略,实现现有DC/DC变换器无法达到的性能。

本文介绍了DC/DC变换器混沌现象的研究现状,对DC/DC变换器混沌现象的基本建模方法进行了综合对比分析,展望了DC/DC变换器混沌研究的发展和未来应用前景。

关键词:DC/DC变换器;混沌;非线性Keyword:DC-DCconverter;chao;nonlinear0引言近年来,开关电源在许多领域例如邮电通讯、军事装备、交通设备、仪器设备、工业设备和家用设备等方面得到了广泛的应用,电源是各电子设备的核心,电源系统出故障就会使整个电子设备不能正常工作,因此,电源系统质量的优劣和可靠性的高低直接决定着整个电子设备的质量。

DC/DC开关变换器作为开关电源的核心技术,在实际运行中出现诸如运行状态突然崩溃、系统不能按设计要求运行、系统运行不稳定等不规则和奇异的现象是常有的事。

DC/DC开关变换器的非线性是固有的,在运行中出现非常多非线性现象也不足为奇[1]-[3],上述不规则和奇异现象是DC/DC开关变换器中混沌现象普遍存在的。

一旦DC/DC开关变换器在混沌区域运行,预测不了系统运行状态的原因就是混沌的不确定性,这对DC/DC开关变换器的控制性能造成的影响非常大,甚至会让它完全停止运行。

因此,我们不能只在稳定运行区域内研究DC/DC开关变换器,应该在非线性系统混沌现象理论的指导下,研究其运行规律。

1DC/DC开关变换器混沌现象研究现状目前,还没给混沌一个统一的定义,但混沌却有被人们普遍接受的基本特征:对初值的极端敏感性、存在不稳定周期轨道的稠密集、具有正的Lyapunov指数,功率谱连续、具有遍历性,普适性等。

早在20世纪80年代末,就有了关于DC/DC开关变换器的混沌现象的研究,而近些年来,这一领域的研究渐渐成为了国际上电力电子技术专家们研究的热门课题。

PWM型DCDC开关变换器研究综述

PWM型DCDC开关变换器研究综述

PWM型DCDC开关变换器研究综述PWM型DC-DC开关变换器通过开关元件的不断开启和关闭实现电能的转换,使得输入电压或电流在输出端产生与输入端不同的电压或电流。

PWM型DC-DC开关变换器的工作原理是利用开关元件将直流电源的电能转换为脉冲形式的电能,然后通过滤波电容和电感等元件进行滤波,最终获得稳定的输出电压或电流。

1.基本拓扑结构:PWM型DC-DC开关变换器有多种不同的拓扑结构,包括升压、降压、升降压和反激等。

研究人员通过对各种拓扑结构的比较与分析,选择最适合特定应用场景的拓扑结构。

2.控制策略:PWM型DC-DC开关变换器的控制策略是保证输出电压或电流稳定的关键。

常见的控制策略包括电流环控制、电压环控制、电压-电流双环控制等。

研究人员通过优化控制策略,提高开关变换器的性能指标,如响应时间、稳态误差和抗干扰能力等。

3.开关元件选型:开关元件的选型对PWM型DC-DC开关变换器的性能具有重要影响。

研究人员通过研究不同类型的开关元件(如MOSFET、IGBT等)的特性和参数,选择最适合特定应用场景的开关元件,并提出相关的控制策略和保护机制。

PWM型DC-DC开关变换器在各个领域中都有广泛的应用。

例如,PWM 型DC-DC开关变换器被应用于电动汽车以提供适宜的电源电压和电流;在太阳能光伏电池系统中,PWM型DC-DC开关变换器被用来调节光伏阵列的输出电压与负载匹配;此外,PWM型DC-DC开关变换器还被用于电力供应系统、通信设备、工业自动化等领域。

综上所述,PWM型DC-DC开关变换器是一种重要的电力转换设备,在不同领域中有广泛的应用。

对PWM型DC-DC开关变换器的研究包括基本拓扑结构、控制策略、开关元件选型和功率损耗分析等方面,通过优化这些关键技术,可以提高开关变换器的性能指标,满足各种应用需求。

软开关双向DCDC变换器的研究

软开关双向DCDC变换器的研究

软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展,DC/DC变换器在各种电源管理系统中扮演着越来越重要的角色。

特别是在电动车、可再生能源系统、数据中心以及航空航天等领域,DC/DC变换器的性能优化和效率提升成为了研究的热点。

传统的DC/DC变换器在开关切换过程中存在较大的开关损耗和电磁干扰,影响了其整体效率和稳定性。

因此,研究和开发新型的DC/DC变换器技术,特别是具有软开关特性的双向DC/DC变换器,对于提高电源系统的效率和可靠性具有重要的理论价值和实际应用意义。

本文旨在深入研究软开关双向DC/DC变换器的基本原理、拓扑结构、控制策略及其在实际应用中的性能表现。

文章首先介绍了DC/DC变换器的基本概念和分类,分析了传统DC/DC变换器存在的问题和挑战。

然后,重点阐述了软开关技术的原理及其在双向DC/DC变换器中的应用,包括软开关的实现方式、拓扑结构的选择以及相应的控制策略。

本文还将对软开关双向DC/DC变换器的性能评估方法进行探讨,包括效率、稳定性、动态响应等指标的分析和比较。

本文将通过仿真和实验验证,对所研究的软开关双向DC/DC变换器的性能进行验证和评估。

通过对比分析不同拓扑结构和控制策略下的实验结果,为软开关双向DC/DC变换器的优化设计和实际应用提供有益的参考和指导。

本文的研究成果将为电力电子技术的发展和电源系统的性能提升提供新的思路和解决方案。

二、软开关双向DCDC变换器的基本原理软开关双向DC-DC变换器是一种新型的电力转换装置,它结合了软开关技术和双向DC-DC变换器的优点,旨在提高转换效率、减小开关损耗和降低电磁干扰。

其基本原理主要涉及到软开关技术的运用以及双向DC-DC变换器的工作模式。

软开关技术通过在开关管电压或电流波形上引入零电压或零电流区间,实现了开关管的零电压开通(ZVT)或零电流关断(ZCS),从而极大地减小了开关损耗。

在软开关双向DC-DC变换器中,通过采用谐振电路、辅助开关或变压器等元件,实现了开关管的软开通和软关断,从而提高了变换器的效率。

降压式DC—DC变换器混沌控制的仿真研究

降压式DC—DC变换器混沌控制的仿真研究
(. 1 河海大学计算机及信息工程学院 , 江苏 常州 2 32 ) 1 02 2 .河海大学国际工商学 院 , 江苏 南京 20 9 ) 10 8 摘要: P 对 WM型降压式 D C—D 变换器 的混沌控制机理进行研究 , C 建立 了 D C—D C变换器的混沌控制法的 M T A 仿 真 ALB 模 型, 真模 型是在采样数据法仿真模型 的基础上增加 了离散时间反馈控制 环节 , 仿 利用 离散时 间反馈 控制法 中的参考信 号 补偿控 制 , 达到控制混沌 的 目的 , 通过控制前后 的仿真结果 比较可 以看 出, 在增加 了混 沌控制环 节之后 , 获得 了满意 的控制 效果 , 实现了对不稳定周期 一1 轨道的稳定 , 降低了输出电压的纹波幅值 , 高了输入 电压的工作 范围 , 提 控制 了变换器 中的
分重要 的 , 它可能是提 高功 率变换 器性 能指 标 的新途径 。 如 何通过混沌控 制的方法避免混沌 的发生 , 利用混沌 自身的 并 特性来改善 D C—D C变换器的性能指标 , 将是一个非常有意
t h a l d — d t d 1 Usn e c mp n a o y c n r l o e e e c i n l h o lo h o o t li o t e s mp e a a mo e . i g t o e s t r o t f r fr n e s g a ,t e g a f c a s c n r s h o o
Z HANG i b L n , IWe Jn o , IHa L i
( .C l g f o ue & Ifr t nE g er go h i nv ri ,C agh uJagu2 3 2 , hn ) 1 ol eo mp tr noma o n i ei f e C i n n Hoa ies y h nz o ins 10 2 C ia U t 2 o eeo trainl n ut .C l g f nen t a d s y&C mm re Ho a U ies y aj gJ ns 10 8 C ia l I o I r o ec , h i nvri ,N ni i gu2 09 , hn ) t n a

混沌控制抑制DCDC变换器的电磁干扰

混沌控制抑制DCDC变换器的电磁干扰

1
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
教授联名发表了一篇震动整个学术界的论文《周期 3 蕴含混沌》[5] ,这是一个关于混 沌的数学定理。李天岩和 Yorke 在动力学研究中率先引入 “ 混沌 ” (chaos)一词,为这一 新兴研究领域确立了一个中心概念,为各学科研究混沌树起一面统一的旗帜。 80 年代初 ,混沌研究己经发展成为一个既具有明确的研究对象和基本课题,又 含有独特的概念体系和方法论框架的新学科。1983 年物理学家 M. Berry 提出了混沌 学(chaology)这个名称[6],并已逐渐为科学界所接受。如今,对混沌现象的认识已成 为非线性科学中最重要的成就之一。混沌概念也与分形、孤立子、元胞自动机等概 念并行,成为探索复杂性的重要范畴。
1.1 混沌理论的创立和发展
早在 20 世纪初,法国数学家、物理学家 Henry Poincare 在研究三体问题时,发 现了三体引力相互作用能产生出惊人的复杂行为,确定性动力方程的某些解,具有 不可预见性,这就是人们后来所讲的动力学混沌现象[1] 。Poincare 也因此被公认为是 真正发现混沌的第一人。20 世纪 50 年代数字计算机的出现,为非线性和混沌科学的 研究提供了有力的工具。美国气象学家,麻省理工学院的 E. N. Lorenz 教授在进行天 气预报研究时,用简化的一个三阶常微分方程组模拟大气的对流,并用计算机进行 数值计算,结果发现其数值解缺乏周期性。由此,他得出结论: “ 一个确定性的系 统能够以最简单的方式表现非周期的形态” 。 1963 年,他在大气科学杂志上以 “ 确定 性的非周期流” 为题发表了自己的研究成果,这标志着一门新学科— — 混沌学创立的 起点[2] 。而 Lorenz 教授也因其关于混沌学的开创性研究而被誉为 “ 混沌之父 ” 。混沌 学的创立,在确定论和概率论这两大科学体系之间架起桥梁。它不仅改变人了们的 自然观,揭示一个形态和结构崭新的物质运动世界;也展现出了一个系统中确定性 和随机性的和谐统一。 在过去的五十年中,许多科学家为了发展和完善混沌理论,献出了自己毕生的 精力。正是由于他们的努力,才换来了混沌研究领域的一座座科研丰碑。KAM 定理 (以前苏联学者 A. N. Kolmogorov 、V. I. Arnold 和瑞士数学家 J. Moser 三人名字的首 位字母命名)被公认为创建混沌学理论的历史性标记[3]。1971 年,法国数学、物理学 家 D. Ruelle 和荷兰学者 F. Taken 联名发表了著名论文《论湍流的本质》 ,在学术界 第一个提出用混沌来描述湍流形成机理的新观点, 并独立发现了奇怪吸引子[4] 。 此后, 判别是否存在奇怪吸引子、刻画吸引子的特征,成了耗散系统混沌研究的基本课题。 1975 年,正在美国马里兰大学攻读博士学位的华人学者李天岩和他的导师 J. Yorke

DC-DC变换器主要技术的发展综述

DC-DC变换器主要技术的发展综述

DC-DC 变换器主要技术的发展综述王学梅,张波, 丘东元(华南理工大学电力学院,广东省 广州市 510640)Review on the Development of DC-DC ConvertersWang Xuemei Zhang Bo Qiu DongyuanSouth China University of Technology, Guangzhou , 510640, China摘要:近二十年来,随着功率开关器件的发展,DC-DC 变换器的拓扑和变换技术取得了很大的成就.本文对DC-DC 变换器中的主要技术软开关、同步整流、移相PWM 技术和多电平技术的发展与现状进行了综述,并讨论了变换器未来的发展趋势。

关键词:PWM 软开关 同步整流 多电平Abstract DC —DC converters topologies and techniques have made a great achievement along with the power devicesdevelopment in the recent twenty years 。

This paper reviews the main techniques of DC —DC converters , which are soft switching technique, synchronous rectification , shift —phase PWM and multi —level technique. At last , the trends and future of the DC-DC converters have been discussed 。

Keywords Soft switching , Synchronous rectification , Shift-phase PWM , Multi-level1 引言DC —DC 变换器是将不可调的直流电压转变为可调或固定直流电压,是一个用开关调节方式控制电能的变换电路,这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。

软开关双向DCDC变换器的研究

软开关双向DCDC变换器的研究

软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述1、介绍双向DCDC变换器的研究背景和意义随着可再生能源和电动汽车等领域的快速发展,对于高效、可靠且智能的电力转换系统的需求日益增加。

双向DC-DC变换器作为一种能够实现电能双向流动的电力转换装置,在这些领域中发挥着至关重要的作用。

本文旨在深入研究软开关双向DC-DC变换器的相关技术和应用,为提升电力转换系统的效率和可靠性提供理论支持和实践指导。

双向DC-DC变换器的研究背景主要源于其广泛的应用场景。

在可再生能源领域,如太阳能和风能发电系统中,由于电源的不稳定性和间歇性,需要一种能够灵活调节电能流动的装置来确保电力系统的稳定运行。

在电动汽车领域,双向DC-DC变换器可以实现车载电池与超级电容之间的能量双向流动,从而提高电动汽车的能量利用效率和动态性能。

研究双向DC-DC变换器的意义在于,通过优化其控制技术和拓扑结构,可以提高电力转换系统的效率和可靠性,降低能量损耗和系统成本。

随着智能电网和分布式发电系统的快速发展,双向DC-DC变换器在电能管理、优化调度和故障隔离等方面也发挥着越来越重要的作用。

因此,对软开关双向DC-DC变换器的研究不仅具有重要的理论价值,还具有广阔的应用前景。

本文将对软开关双向DC-DC变换器的相关技术和应用进行深入研究,旨在为其在可再生能源、电动汽车和智能电网等领域的应用提供理论支持和实践指导。

通过不断优化其控制技术和拓扑结构,有望推动电力转换系统向更高效、更可靠和更智能的方向发展。

2、软开关技术的概念、特点及其在双向DCDC变换器中的应用软开关技术是一种在电力电子领域广泛应用的创新技术,它通过在开关过程中引入谐振,使得开关的切换在零电压或零电流的条件下进行,从而显著降低了开关损耗,提高了系统的效率。

相比于传统的硬开关技术,软开关技术在开关动作时产生的电磁干扰(EMI)和噪声也大大减少,使得整个系统的可靠性得到了提升。

在双向DCDC变换器中,软开关技术的应用主要体现在两个方面:一是实现开关管的零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS),从而降低开关损耗,提高变换器的效率;二是通过谐振过程,实现能量的传递和回收,进一步提高系统的能量利用效率。

DC-DC Boost变换器混沌现象研究

DC-DC Boost变换器混沌现象研究

X :
+ %
s 开 () 断 1
式中 X为状态矢 量 即 x i VoT,系 =[ L, l
数矩阵分 别为 :

… 一 鹌… 一, 7 .
/ : / m 1



:』
假 定初 始 时 刻 电感 电流 i L小 于参 考 电 流 Ie 时 ,比较 器 输 出低 电平 ,当时 钟脉 rf 冲到 来时 ,触 发 器 输 出 高 电 乎 , 使 开关 S 闭合 ,二极 管 D反 向偏 置 截 止 ,输 入 电压 源直 接加 在 电 感 上 , 电感 电流 线 性 增 加 , 电能 以磁 能 的形 式 存 储 在 电感 线 圈 中 , 同 时电 容 放电 ,直 至 电感 电 流 i L等 于参 考 电 流 Ie , 此 时 比 较 器 的 输 出 为 高 电 平 , 触 rf 发器 翻 转 输 出 低 电平 ,使 开 关 S关 断 ,二 极 管 D导通 ,电容 充电 ,电感电流下 降 ,直 到下 一 个时 钟脉 冲 CP来临 ,触 发 RS触发 器 使 开 关 S 闭 合 , D 截 止 , 电 感 电 流 又 开 始线 性 增 加 ,变换 器 完 成 一个 周期 的 相位 切 换 。工 作 过程 中电 感 电 流及 电容 电压 的 波形 如 图 lb 所示 。 () 3 o s 变换 器 由稳定 到混 沌的仿真 分 B o t 析
LC j
『 ]

1 ●
3 2 仿真 结果 分析 . 在 上 述 建 模 的 方 法 下 ,取 电 路 参 数
为 :V =I V;L iH ;C=I … O =1 n 2 u F;R=2 0
Q;If .A-5 A C r=O o 5 , P是频率 f 1k . 5 为 0 Hz 的脉 冲波 。分 别取 Ie 为 l rf A,2 A,2 5 . A, 3 5 , 对 Bo s .A o t电 路 进 行 仿 真 , 可 得 到 状 态 变量 在 相 空 间 中 的轨 迹 图 ,由图 可 以 看 到 , 系 统 运 行 于 不 同 的 周 期 轨 道 或 混 沌 轨 道 的 情 况 。 在 单 周 期 、 倍 周 期 和 四 周 期 状 态 下 , 周 期 轨 道 是 固 定 , 此 时 时 域 波 形 表 现 出 相 应 的 周 期 性 , 单 倍 周期 、2倍 周期 相轨 迹 图不 作 介 绍 ,4倍 周 期 如 图 2 a 所 () 示 。 当 参 考 电 流 为 3 5 时 , 即 Bo s 变 换 .A ot 器 处 于 混 沌 状 态 时 , 此 时 时 域 波 形 因 失 去 周 期 性 的 规 律 丽表 现 得 杂 乱无 章 ,变 换器 的 相 轨 迹 由 一 定 区 域 内 随 机 分 布 , 永 无 封 闭的 轨 线构 成 ,如 图 2 b 所 示 。 () 4 结 语

反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究的开题报告

反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究的开题报告

反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究的开题报告题目:反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究一、研究背景反激开关电源是一种高频开关电源,具有体积小、效率高、输出电压稳定等特点,被广泛应用于电子设备、通信设备等各个领域。

然而,在反激开关电源的工作过程中,会出现非线性现象,其中最为明显的就是混沌现象。

混沌现象的存在会使得反激开关电源输出电压变得不稳定,甚至无法正常工作,因此对反激开关电源的混沌现象进行研究具有重要的现实意义和理论意义。

二、研究内容本课题主要研究反激开关电源的混沌现象及其控制方法,具体内容包括:1. 反激开关电源的基本原理和工作特点反激开关电源是一种高频开关电源,具有很多优点。

本部分将介绍反激开关电源的基本原理和工作特点,为后续的混沌现象分析和混沌控制方法提供理论基础。

2. 反激开关电源的混沌现象分析本部分将通过数学建模和仿真实验等方法,对反激开关电源的混沌现象进行分析和研究,探究混沌现象的成因和发展规律,为下一步的混沌控制提供数据支持和理论基础。

3. 反激开关电源的混沌控制方法研究本部分将探究针对反激开关电源混沌现象的不同控制方法,比较各种方法的优缺点,并结合实验验证其控制效果,为反激开关电源的稳定输出提供控制思路和方法。

三、研究意义1. 为反激开关电源的混沌现象提供新的研究思路和方法。

2. 为反激开关电源的稳定输出提供控制思路和方法。

3. 丰富了混沌控制的理论和应用研究领域。

四、研究方法本课题将采用数学建模、仿真实验和实际实验三种方法进行研究。

1. 数学建模:通过分析反激开关电源的基本原理和运行过程,建立反激开关电源的数学模型,用于混沌现象的分析和混沌控制方法的研究。

2. 仿真实验:采用MATLAB等工具对建立的数学模型进行仿真实验,验证分析结果的正确性,并观察混沌现象的发展规律。

3. 实际实验:在实际反激开关电源的基础上,进行实验验证,观察混沌现象的发展规律,并验证混沌控制方法的有效性。

电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究

电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究

电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究一、本文概述随着可再生能源和分布式发电系统的快速发展,电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)在智能电网和微电网中扮演着越来越重要的角色。

作为PET的核心组成部分,双有源桥DCDC 变换器(Dual Active Bridge, DAB)因其高效率、高功率密度和良好的动态响应特性而备受关注。

本文旨在对电力电子变压器中的双有源桥DCDC变换器进行深入研究,探讨其工作原理、控制策略、优化设计及实际应用中的关键问题。

本文首先介绍电力电子变压器的基本概念和特点,阐述其在现代电力系统中的重要作用。

随后,重点分析双有源桥DCDC变换器的拓扑结构和工作原理,探讨其与传统DCDC变换器的区别和优势。

在此基础上,研究DAB变换器的控制策略,包括移相控制、电压控制等,并分析不同控制策略下的性能和特点。

本文还将关注DAB变换器的优化设计,包括参数选择、损耗分析、热设计等方面。

通过理论分析和实验验证,提出有效的优化方法,提高DAB变换器的效率和可靠性。

本文还将探讨DAB变换器在电力电子变压器中的实际应用,包括并网逆变器、储能系统、微电网等领域,分析其在实际运行中的性能和面临的挑战。

本文的研究成果将为电力电子变压器的设计和应用提供有益的参考,推动智能电网和分布式发电系统的发展。

二、双有源桥DCDC变换器的基本原理双有源桥(Dual Active Bridge, DAB)DCDC变换器是一种基于移相控制的双向DC-DC变换器,其基本原理是通过控制两个全桥逆变器的移相角,实现两个直流电源之间的功率传输和电压变换。

DAB变换器由两个全桥逆变器和一个高频变压器组成,每个全桥逆变器由四个开关管构成,可以独立地控制电流的流向。

高频变压器用于实现两个直流电源之间的电气隔离,同时传递功率。

DAB变换器的工作过程可以分为两个阶段:正向传输和反向传输。

在正向传输阶段,功率从高压侧传输到低压侧;在反向传输阶段,功率从低压侧传输到高压侧。

DC_DC buck变换器的分岔行为及混沌控制研究

DC_DC buck变换器的分岔行为及混沌控制研究
21 DC2DC buck 变换器的基本电路和非 线性动力学方程
电流反馈控制的 buck 变换器的原理如图 1 所 示. 图中 C0 为负载电容 ,运放 A1 对负载电流 i 进 行积分 ,得到反馈电压 ui , ui 与三角波电压 uref 进行 比较 ,当 uref > ui 时 ,比较放大器 A2 输出高电压 ,开 关管 S 导通 ;当 uref < ui 时 , A2 输出低电压 ,开关管 S 截止. 通过调整开关管 S 的导通和截止时间来实 现输出电压的调整和稳定. 离散周期脉冲发生器是 另行设计的控制电路 (不属于 buck 变换器的功能电
d iL dt
=
Vin S L
riL ,
(4)
d ui dt
= αiL
- βui
+
Vin L
RS
·S
,
(5)
式中
α=
RS
(
R1 C1
+ R1
R2 R2
-
RL
+ L
RS )
,
β=
1 R1 C1
,r
=
RS
+ L
RL
,S
∈{0 ,1}.
图 2 Vin作为分岔参数时 buck 变换器的分岔图 ( C0 = 10μF)
31 带负载电容的 DC2DC buck 变换器 的分岔和混沌行为
图 1 电流反馈控制 buck 变换器电路原理图
在图 1 所示的 buck 变换器电路中 ,由于三角波 是有确定周期的外部信号 ,因此该系统实质上是一 个非自治系统 ,设三角波的周期为 T ,则其表达式为
Vref ( t) = V1 + ( V2 - V1 ) ( t mod T) . (6) 本文取下列参数值研究该电路系统的分岔和混 沌运动 , 即 R1 = 10kΩ , R2 = 220Ω , T = 392μs , RL = 20Ω , RS = 1Ω , C1 = 20NF , L = 11. 6mH , V1 = 1. 0V , V2 = 4. 0V. Vin 和 C0 分别作为分岔参数 ,采用闪频采样 方法[5] 得到 buck 变换器的分岔图如图 2 —5 所示.

反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究

反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究

反激开关电源的混沌现象与混沌控制的研究混沌主要指出现在确定系统中相关“不确定”现象。

而这种“不确定”现象往往发生在非线性系统中。

其中开关电源作为一种非线性动力学系统,其特点就是非线性现象比较丰富。

另外,在有关参数影响下,开关电源就会出现混沌现象。

对此,经过对开关电源的混沌现象进行分析和研究,从而更为全面与深入理解开关电源具备的非线性行为。

标签:反激;开关电源;混沌现象;混沌控制单端反激式的拓扑结构具有输出稳定、输出波纹小和体积小等特点,因此被大量应用在开关电源相关设计中。

对此,从反激式开关电源入手,通过对开关电源相关非线性行为进行研究,制定了混沌有效控制方案,进而可以确保开关电源实现稳定和可靠以及优化运行。

1 应用MATLAB完成数学模型仿真在研究反激式开关电源离散模型相应混沌现象的过程中,研究方式一般分成定性与定量两类。

其中定性分析方式主要依靠状态变量频谱与相图以及分岔等有效观察混沌运行现象。

而定量分析方式主要包含了Lyapunov指数的分析方式和功率谱的分析方式以及分形维数的分析方式等。

在上述分析方式中,利用分岔图可以清晰的展现出系统处于周期状态下到混沌状态的各个流程。

而且在分岔图性方面而言,系统状态一般情况下是由许多有序点构成。

在系统从稳定的状态慢慢转换至混沌状态时,其中参数值的变化,可以利用迭代计算方式获取数值点,同时各个数值点并非重合,将各个数值点绘制的坐标图上,就可以充分体现出分岔图。

同时敏感参数严重影响着系统的总体运行状态。

若是敏感参数在相应的范围之内发生变化,就会充分体现出系混沌状态和周期运行的流程。

针对存在混沌问题的非线性系统而言,所有的敏感参数在出现变化时,都会严重影响系统的整体运行状态。

可是并非敏感参数的任意排列和组合都造成系统进入混沌状态。

同时系统的混沌状态仅仅在对应的敏感参数有限的相关范围之内出现变化。

通过上述分析,在电路分析过程中,只可以选取参数可以使系统进入混沌状态之后,调节系统至小范围之内的敏感参数变化。

降压型变换器的分叉及其混沌行为的研究

降压型变换器的分叉及其混沌行为的研究

降压型变换器的分叉及其混沌行为的研究冯友宏;关可;陈天琴【摘要】针对DC/DC开关变换器存在的非线性混沌现象,利用时间离散映射方法,导出了DC/DC Buck变换器的精确离散模型,研究DC/DC Buck变换器分又和混沌现象动态演化过程.分析DC/DC Buck变换器的稳定性,最后通过仿真验证了系统的分叉和混沌行为.研究结果表明要使DC/DC Buck变换器工作于稳定状态,可以利用控制电压反馈系数的方法预防和消除分又及混沌现象的发生.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)020【总页数】4页(P154-156,159)【关键词】DC/DC Buck变换器;离散模型;分叉;混沌【作者】冯友宏;关可;陈天琴【作者单位】安徽师范大学,物电学院,安徽,芜湖,241000;长安大学,信息工程学院,陕西,西安,710064;长安大学,信息工程学院,陕西,西安,710064【正文语种】中文【中图分类】TN710DC/DC变换器运行中产生大量的非线性现象,主要是功率器件开关引起的[1]。

已有研究表明,在DC/DC开关变换器实际运行中,时常会出现一些奇怪或不规则现象,如不明的电磁噪声、临界运行状态的突然崩溃、系统运行的不稳定和无法按实际要求工作等现象,这些现象是DC/DC变换器固有的非线性特性----分叉和混沌现象的一种外在表现[2,3]。

DC/DC变换器一旦进入混沌工作状态,由于混沌运动的不确定性将导致系统运行状态的无法预测和控制,甚至完全无法工作。

因此,功率变换器分叉和混沌现象的研究,对于避免、消除和利用混沌具有非常重要的指导意义。

文献[4]分别用输入电压和负载电容作为分叉和发生混沌的参数进行了仿真试验。

选取电压反馈系数作为分叉和发生混沌的参数,通过调整反馈参数,可以实现各种周期轨道的稳定控制。

由于系统处在周期运动区时,其电压转换效率高于系统处在混沌运动区时的电压转换效率,因此研究这种电路系统的混沌控制具有重要的实用价值。

一种新的基于混沌的DC_DC变换器控制策略

一种新的基于混沌的DC_DC变换器控制策略

电路在这些频率上发射的电磁干扰 (electromagneticIn2
terference,EMI) 也较大.
通过分析相应的 EMC标准发现 ,一般电磁兼容的
标准是由一个标准极限值限制线来表示. 如果电子电
气设备在各个频率上发射的 EMI 都位于该限制线以
下 ,则称此产品通过了电磁兼容的某个项目 ;如果测得
图 1 峰值电流控制的 Buck变换器 Fig.1 PeakcurrentcontrolledBuckconverter
(a) Ir =0.5A
(b) Ir =0.9A
图 2 电感电流及其频谱 Fig.2 Inductancecurrentanditsspectrum
通过分析工作在不同状态下的变换器发现 ,在周 期状态下电流的频谱呈现离散状态 ,能量集中在开关 频率及其各次谐波上. 而工作在混沌状态时 ,电流的频 谱呈现连续状态. 因此 Deane 认为 ,工作在混沌状态的 DC/DC 变换器 ,由于电流的频谱被扩展了 ,相对于周 期状态分布在工作频率及其谐波上的能量会被减弱 , 从而更容易满足 EMC标准的要求[2] . 为了便于表述 , 把这种利用 DC/DC 变换器自身混沌现象来提高 EMC 性能的方法称为原有混沌控制策略.
EMI,满足相应的 EMC标准的要求.
作者提出的新的控制策略描述如下 :
为了扩展电路发射的 EMI的频谱 ,利用一个混沌
· 426·
天 津 大 学 学 报 第 36 卷 第 5 期
序列对电路的某一个参数进行扰动 ,从而破坏电路中 各电流的周期性 ,这样 ,集中在开关频率及其谐波上的 EMI能量得到扩散 ,使 DC/DC 模块更容易满足 EMC 标准的要求.
Abstract:Inrecentyears,greatresearchefforthasbeenmadeforthechaoticphenomenainDC/DCconverter,and
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40131 1,China)
摘要:DC/DC功率开关变换器是开关电源的核心部分,通过对其混沌现象的研究可以更加深刻地认识DC/DC变换器的本质, 也会在将来基于混沌现象提出新的设计方法和控制策略,实现现有DC/DC变换器无法达到的性能。本文介绍了DC/DC变换器混 沌现象的研究现状,对DC/DC变换器混沌现象的基本建模方法进行了综合对比分析,展望了DC/DC变换器混沌研究的发展和未
象进行了实验观察,指出了非线性系统的有界特性,同时 也说明了DC,DC变换器工作于混沌状态并不意味着就是 不可靠,虽然早期对此并没有给出严密的理论分析,但却 使从事功率电子学工作的专家想起了曾遇到过的一些奇 异现象原来在科学上是可以解释的,对这些奇异现象的研 究将会对电路的设计有很大益处。随后,HamiU等人在 1990年的IEEE功率电子学专家学术会议上宣布了一篇 关于Buck开关调节器的混沌现象研究论文,并在IEEE 功率电子学汇刊上发表四。这篇文章描述的是推导一种简 单Buck开关调节器工作在连续导电模式(CCM)下的隐式 迭代映射方法,通过对该隐式迭代映射法进行数字实验并 演示了倍周期分岔、子谐波以及混沌的存在,并通过仿真 和实验证实了其真实性。 1991年,经Hamill等人的研究,发现了Boost变换器 工作在电流控制模式下的闭环迭代映射方法昀。自此以后, 许多电力电子技术专家都开始探索分岔图案和混沌吸引 子的辨识。1997年,Chan和Tes在文章中指出在间断导电 模式(DCM)下的DC/DC变换器条件具备的情况下出现倍 周期分叉现象也是有可能的r7】。 在了解了一些DC/DC变换器中的混沌现象之后,一 些专家学者就对混沌现象的控制展开研究。1998年, Poddar等人提出了控制PWM型Buck开关变换器中存在
future application prospect.
关键词:DC,l阳变换器;混沌;非线性
Key WOldS:DC-DC converter;chaos;nonlinear
中图分类号:TM643
文献标识码:A
文章编号:1006-4311(2012)25--0066-02
0引言 近年来,开关电源在许多领域例如邮电通讯、军事装 备、交通设备、仪器设备、工业设备和家用设备等方面得到 了广泛的应用,电源是各电子设备的核心,电源系统出故障 就会使整个电子设备不能正常工作,因此,电源系统质量的 优劣和可靠性的高低直接决定着整个电子设备的质量。 DC/DC开关变换器作为开关电源的核心技术,在实际运行 中出现诸如运行状态突然崩溃、系统不能按设计要求运行、 系统运行不稳定等不规则和奇异的现象是常有的事。 DC/DC开关变换器的非线性是固有的,在运行中出现 非常多非线性现象也不足为奇P]-r驾,上述不规则和奇异现 象是DC/DC开关变换器中混沌现象普遍存在的。一旦
的效果肯定会优于传统上采用的随机搜索方法,根据上述 特点,可以将运用混沌的遍历性运用在电力电子变换器的 参数辨识和优化设计中。已有文献表明这种优化方法在模 糊电力系统稳定器的最优设计以及静态负荷模型参数辨 识中得到应用并取得了成功。 4结语 随着社会的发展,电源技术也在不断发展:我们运用 各种技术方法扩展电源的功率范围、提高电源的电气性 能、节能效果、工作可靠性、电源小型化和集成化的程度、 积极研发工作在高温、高海拔、高潮湿、高盐雾、抗辐射等 特殊自然环境和冶金、焊接、电镀、热处理等特殊工作环境 下的特种电源。我们对其核心,DC巾C变换器混沌现象的 研究还只是一个开始,许多问题尚待解决。但随着越来越 多学者的进一步深人研究,DC,DC变换器的本质一定会被 认识得更加深刻,DC/DC变换器的应用也会在此基础上进 一步提高,而由此带来的[RYl)C变换器设计技术和应用 技术的革命与创新,或许会对邮电通讯、军事装备、交通设 备、仪器设备、工业设备和家用设备等在工业上受益。
作者简介:蔚洋(1987一),男,河南平顶山人,后勤工程学院在读研 究生,研究方向为电工理论新技术。
的混沌现象的新方法——利用参数扰动的方法。近些年
来,专家学者在混沌控制的现象观察,仿真证实等方面做 出了新的贡献,提出了一些创新点,这些都有利于研究如 何对DC/DC变换器混沌现象进行控制。

Dc,DC变换器的混沌建模方法
1990:191—194.
-4】P.T.K弛in
simple
and R.M.Bass.Types of instability
encountered
in
power electronic
circuits:unlmundedness,chattering
and DJjefl'erles.Modeling
来应用前景。
Abstm区:DC/DC power switch converter is the of DC/DC converter
can core
part of switch power
supply.Throu曲the
study of chaos phenomena,the
on
essence
be more deeply unde礴tand,the new design methods and control strategies based
and
chaos[C].Appfied
Power Electronics Conf.1990:.191-194. of
『5]D.C.Hamill,J.B.D咖e
Trans.on Power
Chaotic I)CJI)C Convertem by Iterated Nonlinear
目前,还没给混沌一个统一的定义,但混沌却有被人 们普遍接受的基本特征:对初值的极端敏感性、存在不稳 定周期轨道的稠密集、具有正的Lyapunov指数,功率谱连 续、具有遍历性,普适性等。 早在20世纪80年代末,就有了关于DC,DC开关变 换器的混沌现象的研究,而近些年来,这一领域的研究渐 渐成为了国际上电力电子技术专家们研究的热门课题。 1990年Krein和Bass提出对功率电子电路中的非线性现 象进行研究是非常重要的闱。他们对有界、跳跃以及混沌现
chaos phenomena will be put
forward in the future,to achieve the existing DC/DC converter that cannot reach.This paper introduces the research status of the DC/DC
‘66‘
价值工程
DC/DC开关变换器混沌现象研究综述
Sunmm町of
the
Rwh
On
Chaos Phenomena of DC_JDC Converter
蔚洋WEI Yang;冯平FENG
(后勤工程学院,重庆401311) (Logistical
Ping
Engineering University of PLA,Chongqing
Electronics Conference and
f3Iv.T.Krein,R.M.Bass,Types
chaos,in
of
instability
encountered
in
simple power electronic circuits,unbounded ness,chห้องสมุดไป่ตู้ttering and
Applled Power Electronics Conference and Exposition,
DCIDC开关变换器是一种典型的时变非线性开关电 路,所以这种系统也具有复杂的现象:若不能稳定工作, 当有些参数改发生变化时,就可能出现分叉、混沌等工作 状态。所以其混沌建模一直是一个困难的问题,现有的建
万方数据
模方法分为两类,即纯数值仿真方法和近似离散模型分 析法。 上述两种方法各有特点,其中纯数值仿真法虽能发现 DC/DC的混沌现象,但比较难解释其发生的机理。现在大 部分的功率电子学中的电路都是非自治系统且由周期固 定的时钟脉冲驱动,因此离散映射法在其研究中的应用是
converter
chaos phenomena,makes
comprehensive
comparative
analysis
of the
basic modeling method of DCfDC
converter
chaos
phenomena,and
looks to its development
and
map)、频闪映射(Stroboscopic map)、成对切换映射(Two— by・-two map

Dc,DC变换器混沌发展方向及未来应用 3.1混沌控制混沌的控制主要有两大类:无反馈控

制法和反馈控制法。其中应用最广的是反馈控制法。至今, 已经诞生了更多的混沌控制方法,如:参数自调节控制方 法,神经网络控制方法等等。DC/DC变换器混沌控制是一 个新的概念和尝试,已引起了非常广泛的注意和兴趣,但 是DC/DC变换器的反混沌控制研究却还处于起步阶段, 我们期待更多的学者研究出更多更有效的控制方法。 3.2利用混沌功率谱特性提高电磁兼容性关于电 磁兼容性(EMC)包含以下两点内容:电源能抑制其他设 备对其造成的电磁干扰:电源不对其他设备造成电磁干 扰。传统的实现电源EMC技术方法如:降低du/dt或di/ dt,采用压敏电阻来吸收浪涌电压,阻尼网络抑制尖峰电 压,用软恢复特性二极管抑制高频噪声,有源功率因数和 谐波校正等。 周期或拟周期震荡信号的频谱是离散谱,而混沌周期 振荡输出信号则是一定频率范围内的连续谱,所以当电磁 传输功率一样时,非线性混沌系统的频谱平均分配在较宽 的范围内,可以利用混沌这种固有的均匀分布频谱功能来 提高DC,DC开关变换器的电磁兼容能力(EMC)。利用混 沌功率谱特性提高EMC的优点在于不用添加外加设备, 节约成本,符合电源日益往小型化发展的趋势。 3.3利用混沌同步特性进行均流控制随着徼电子技 术的迅猛发展,超大规模集成电路的不断涌现,电子设备 电源的模块化、智能化已是当今电源技术发展的主流趋 势,但是这样使得DIⅥ)C变换器的并联均流对变换器的 容量、可靠性等影响比较大。研究表明,利用混沌的同步特 性来实现DC,DC变换器的并联均流成为了一个新的研究 课题o 3.4利用混沌初值敏感性提高动态特性混沌运动对 初始值的极端敏感性,表现为从任意靠近两个初始值出发 的轨道在一定的时间区域内将会以指数形式分离,我们不 需要改变系统的整体结构就能实现混沌系统的控制,这是 其他非线性混沌系统所不能做到的。 3.5利用混沌遍历性进行参数的优化和辨识混沌运 动在其混沌吸引域内是各态历经的,即在有限时间内混沌 轨道经过混沌区内每一个状态点,所以可以利用混沌运动 在一定的范围内按照自身“规律”能够不重复地遍历所有 状态这一特点,把混沌变量的遍历范围最终调整为被优化 变量的取值范围,之后再利用混沌变量搜索最优值,这样
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