断续导通模式下Buck变换器的混沌分析及其滑模控制

为了分析工作在断续导通模式下的Buck变换器因负载变化而产生的分岔现象,首先建立了闭环脉宽调制Buck变换器的离散迭代映射,基于此映射绘制了输出电压随负载变化的分岔图,然后利用MATLAB仿真绘制了输出电压、电感电流波形及相应的相图,与分岔图相互印证并直观地反映了系统以倍周期分岔至混沌的过程。为了保证变换器工作的稳定性,根据滑模控制的基本思想,采用了自适应滞环调制策略,使系统稳定工作在单周期态。仿真结果表明,用滑模变结构法可以有效地避免因负载变化所产生的混沌态,使控制过程具有良好的动态响应特性及鲁棒性,且算法简单,易于实现。

Boost变换器断续导通模式的PSM同步开关映射模型

平均法是分析各种PWM模式DC/DC变换器的基础,其缺点是各种非线性信息遗失在平均过程中,因此研究PWM变换器非线性现象需要建立正确的离散映射模型。跨周调制(PSM)作为一种新的调制模式,具有响应速度快,轻负载转换效率高等优点,已在小功率单片IC中得到广泛应用,但PSM模式的非线性离散映射模型未见报道。该文建立断续导通模式(DCM)Boost变换器的同步开关映射模型,并根据该模型详细分析PSM调制的非线性现象。研究表明PSM调制模式下,参数的变化引起系统的输出在定常解和周期解之间变化,变化呈现无序性,但系统一直保持稳定的输出,说明PSM具有较强的鲁棒性;最后将PSM的非线性现象与PWM的分叉与混沌现象进行比较,对产生二者区别的原因给出了合理的解释。

断续导通模式的Buck变换器反步滑模控制

为进一步提高Buck变换器的控制性能,针对Buck变换器的非线性特性,考虑其在电感电流断续导通模式下的数学模型,采用反步滑模法设计了闭环控制器。基于系统生成器提出了数字控制器的实现方法,分析了其负载扰动和电源扰动特性。与PI控制方式相比较,在Buck变换器的启动阶段,采用反步滑模控制器的系统输出电压的上升速度快、调节时间短、超调小,当Buck变换器的负载和电源参数发生突变时,反步滑模控制的输出电压能够及时调整、扰动幅度小。比较结果表明反步滑模控制的优越性和SG设计开发的有效性,为现场可编程门阵列实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其它直流-直流变换器的非线性控制提供了新思路。

基于断续导通模式下的PCS中双向DC/DC变换器的研究

为获得较高的功率密度和减小开关损耗,将PCS中双向DC/DC变换器设计在断续导通模式(DCM)下,并采用交错并联结构弥补DCM下电压电流纹波较大的缺陷。分析研究变换器采用不添加额外半导体器件的控制型软开关技术,实现开关软通断,减小开关损耗。最后推导了实现软开关的死区时间、电容、电感等设计公式。通过实验,验证了理论分析的正确性。

三相电流型PWM整流器在断续导通模式下的研究

在轻载条件下,三相电流型PWM整流器常出现网侧电流畸变严重、输出电压失控的问题,针对这种情况,提出一种多目标PWM方法。首先,介绍了传统的PWM方法,并给出在不同负载条件下系统使用传统PWM方法时,输入电流和直流侧电流的仿真波形。然后,针对调制模式下的Buck-Buck电压模式,根据不对称和对称DCM两种情况下的直流侧纹波电流,通过等面积法、伏秒平衡及其电感的电压电流关系式,推导出多目标PWM占空比表达式,并给出多目标PWM方法的开环控制结构。最后,仿真结果验证了所提方法的可行性和正确性。

兼顾电感电流连续导通和断续运行模式的DC/DC电路建模和参数辨识

电力电子电路作为开关型功率变换器,其离散事件与连续时间动态特性相互作用,使其呈现混杂系统的动态特征。给出电力电子电路基于混杂系统的统一模型,并在此模型的基础上提出一种能应用于故障诊断的参数辨识法。建立Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、反激式直流变换、正激式直流变换等6种DC/DC电路的混杂系统模型,并且上述模型兼顾了电感电流运行在连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)。基于上述模型,以Buck电路为例,给出应用最小二乘算法对该模型的参数进行辨识的方法。通过Buck电路的滤波电感、滤波电容和电容ESR的辨识实验验证了这一方法的有效性。

DCM模式BUCK变换器的建模与混沌控制

为进一步探索开关变换器的非线性特性和混沌控制方法,对电流断续导通工况下的BUCK变换器进行了研究。通过MATLAB建模仿真,分别研究了电流断续导通模式BUCK变换器工作状态与输入电压Vi、电容C和电感L3种电路参数的影响关系。在选定条件下改变3种电路参数,均观察到了系统从单周期稳定态到倍周期分岔,再到混沌的演化过程。仿真结果表明3种电路参数对系统状态的影响方式互不相同,且相较于电流连续导通模式,断续导通模式具有更复杂的变化规律。在此基础上采用一种混沌控制策略,实现了对断续导通模式BUCK变换器的混沌控制。该控制策略快速有效,仅需0.6μs就可以将系统从混沌态控制到稳定态。此外,该控制策略不需要设定预期的目标轨道,不依赖变换器自身电路参数,仅需调整一个外部可调参数,在验证仿真模型正确的同时也提供了一种有效的混沌控制方法。

基于固定关断时间控制的Boost PFC电路研究

在详细分析固定关断时间(Fixed-off Time,简称FOT)控制原理的基础上,提出了将FOT用于Boost PFC时的方法。仿真验证了该方法的可行性,并利用DSP作为控制核心设计了一个Boost PFC电路。仿真和实验结果表明,该方法能有效减小输入电流谐波,提高功率因数。

DCM模式APFC电路寄生参数对THD的影响

有源功率因数校正(APFC)技术广泛应用于提高电网适应能力及减小谐波污染的场合,其性能与工作模式及参数设计密切相关。提出基于Boost电感电流数学模型,其分析方法弥补了传统周期平均电流模型不精确、分析范围小的不足,并利用该数学模型系统分析了在断续导通模式(DCM)下Boost PFC电路主要元器件寄生参数对输入电流畸变(THD)的影响。实验验证了理论分析的正确性。

基于BCM工作模式的反激变换器设计

众所周知,单端反激变换器是应用广泛的一种开关电源拓扑形式,具备许多优良的特点。变压器的设计是电源设计过程中非常重要的组成部分。该文通过120W功率变换器的设计,可以提供一些反激变换器设计的参考方法,并通过反激变换器的一些实测波形,对其他开关电源拓扑的设计也有一定的指导作用。

一种高频非理想DCM反激变换器建模与设计

针对反激变换器因高频特性描述不准确而误导补偿参数设计的问题,根据平均开关模型法,建立工作于断续导通模式(DCM)下非理想反激变换器小信号模型,并推导包含高频零极点的控制环路传递函数;分析控制环路幅频特性与相频特性,并搭建基于电流模式控制芯片KP2201的反激变换器SIMPLIS仿真模型,与实验样机进行测试验证。仿真与实验结果均表明,基于所提模型预测的控制环路能够有效描述系统工作特性,在频率响应及动态响应上均具有良好的一致性,为工程应用中设计稳定系统提供参考。

MPPT控制Boost变换器的一种软开关实现策略

提出了最大功率点跟踪MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制Boost变换器的一种软开关实现策略:将MPPT控制Boost变换器设计在断续导通模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)下。首先推导了MPPT控制Boost变换器的等效负载,然后借助工作模式分析推导得到输入电感的临界值。设计输入电感为临界值就可以使得变换器在全输入电压范围内工作在DCM模式下,开关器件实现自然的软开关。最后,在PSIM软件中完成了仿真验证。

开关磁阻电动机高速运行转矩控制

开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,SRM)在高速运行时,速度的平方值与转矩值基本成反比关系,速度越高,弱磁特性越明显,输出转矩能力受到极大限制,从而在实际中会使速度受到限制,调速范围不宽。立足于探讨高速期间的转矩控制问题,利用开关磁阻电动机各相绕组之间电流连续起来的导通控制模式,区别于典型的断续导通模式,连续导通模式关键是需要提前一定的相绕组开通角度,在低电感区迅速建立起电流来,从而增强转矩及功率输出能力。为此,在高速时控制系统增加PI调节控制环,通过查询离线表调整导通角及开通角,尤其是提前开通起始角,进而间接调节了相绕组电流及输出转矩。通过1.5 kW的四相8/6极开关磁阻电动机控制系统的仿真分析与试验验证,证明了所用方法具有一定的实际意义。

单端多路输出反激变换器的设计及应用

本文介绍了一款单端反激式高频输出开关电源的设计,以单端反激式作为电路主拓扑,采用PWM调制,输入电压为单相380V,实现24V/1A、15V/100mA、-15V/150mA、5V/1A四路直流电源。通过仿真验证设计参数,最终实验结果表明,该电源满足设计要求,同时具有较好的稳定性。

DCM Boost PFC数字化的研究

传统断续导通模式的Boost PFC采用单电压环控制算法实现,但存在输入电流畸变大、功率因数不高的问题,从理论的角度深入分析了单电压环控制法不足的原因,根据Boost PFC电路在断续导通模式下的输入输出电压比,利用功率守恒原则,提出了适用于断续导通模式的DCM预测电流法,与单电压环控制法相比电流畸变、功率因数均得到改善。实验结果验证了理论分析的正确性。

一种高功率因数无桥Cuk PFC变换器

针对传统桥式功率因数校正(PFC)变换器存在二极管整流桥导致开通损耗大、效率低且只能升压的特点,提出了一种高功率因数无桥Cuk PFC变换器拓扑。该拓扑由共用输入的2个Cuk变换器并联实现无桥;在该PFC变换器中引入填谷电路,使中间电容的容值和耐压值均减小为原来的一半,从而用薄膜电容代替原来的电解电容。无桥Cuk PFC变换器不仅消除了二极管整流桥,减少了输入电流流经半导体元件的数量,而且输入电流连续,具有良好的抗干扰性能。对断续导通模式(DCM)的无桥Cuk PFC变换器工作原理和工作特性进行了详细分析,仿真和实验结果验证了所提拓扑的可行性和有效性。

改进无源延时反馈控制下Buck变换器分岔抑制研究

针对断续导通模式下的Buck变换器因负载参数敏感而引发的无预测性分岔现象,设计了一种以无源延时反馈控制为核心的改进无源控制方法。建立了Buck变换器在脉宽调制策略下的离散迭代映射数学模型,分析了非线性分岔行为的产生机理;以抑制强随机性分岔现象为目标,引入无源延时反馈控制策略,并替代传统比例积分矢量控制;为优化系统动态响应,提升系统波形质量,引入指数优化通道,形成改进无源反馈控制。通过MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了Buck降压变换器物理拓扑仿真模型,验证分岔抑制情况,并设计不同工况进行多条件下的系统特性验证。仿真结果表明:改进无源反馈控制下的变换器系统既具备抑制分岔行为的抗扰能力,又可使系统输出波形质量佳的优质电能。

基于电荷平衡的DCM转换器差分外推控制研究

为了提升电感电流断续模式(discontinuousconductionmode,DCM)下开关电源转换器的瞬态响应性能,提出了一种基于电荷平衡原理和平均电流的差分外推控制方法.以Boost转换器为例,该方法利用采样的输出电压进行差分外推(differential extrapolation,DE),预估负载对电荷的影响,进而通过平衡算法得到电流控制量.相较传统的使用电荷平衡原理的电流控制方法(charge balance principle based current control,CBPC),差分外推控制方法缩短了负载估计的延迟,减小了负载估计误差,为DCM转换器的控制设计提供了有效参考.通过Boost样机实验对比了CBPC控制与DE控制在输入、负载和参考电压发生扰动时的响应波形,结果表明,本文提出的DE控制对扰动的响应更加优异.

一种用于Buck变换器的整流管驱动控制电路

介绍了一种用于断续导通模式Buck变换器的效率提升电路。详细分析了影响转换效率的关键因素,在此基础上提出了一种高效率的整流管驱动控制方案。该方案具备自适应死区时间和电感电流过零检测的功能,在兼顾系统功耗的前提下大幅优化了体二极管导通损耗和反向电感电流损耗,实现效率最大化。在0.18μm BCD工艺下完成了设计和仿真,仿真结果表明,输入3 V、输出1.5 V条件下,峰值效率高达96.6%,负载大于5 mA时转换效率高于90%。

电感复用型PFC变换器及其控制策略

提出一种复用电感导通模式MCM(multiplexing-inductor conduction mode)的概念,对MCM模式下的电感电流进行了详细分析。通过电感复用及MCM的概念,对Boost与Buck的级联结构进行变换,提出了一种电感复用型功率因数校正器MPFC(multiplexing-inductor power factor corrector)变换器的拓扑结构,这种结构减少了电感的数量,使变换器体积减小,节约了成本。MPFC的控制模式分为电流模控制与电压模控制,通过分析这2种控制方式的特点发现,电压模控制的MPFC更适合实际运用。仿真实验表明,MPFC变换器的输入功率因数与输出电压纹波符合一般的工业生产需求,证明了MPFC原理的正确性及实际应用的可实施性。