分数阶Cuk变换器的瞬态和稳态特性分析

文中建立了电感电流连续模式（CCM）运行的分数阶Cuk变换器的非线性等效电路模型和非线性数学模型，利用等效小参量（ESP）符号分析法得到了其等效数学模型；然后基于谐波平衡原理，迭代求解获得了变换器状态变量瞬态和稳态近似周期解；进而分析了电感和电容分数阶次对状态变量直流工作点和周期解闭合轨道以及纹波分量的影响，并通过仿真验证了文中方法所得状态变量瞬态解和稳态解的准确性；最后，以电感和电容阶次均为0.9的分数阶Cuk变换器为例进行了实验验证。实验和文中方法所得状态变量（输出电压与电感电流）的稳定时间分别为1.56 ms和1.52 ms，输出电压平均值分别为2.110 V和2.959 V，纹波电压峰值分别为96 mV和109 mV，电感电流平均值分别为0.112 A和0.148 A，纹波电流峰值分别为52 mA和59 mA。可见，对于状态变量的瞬态和稳态特性，文中方法和实验所得结果均比较接近。文中还进一步验证了该方法的有效性以及所得状态变量瞬态和稳态解的准确性。文中方法所得分数阶变换器的稳态解同储能元件的阶次相关，可用于分析分数阶阶次对电路特性的影响；此外，也可根据所得到的稳态解的解析表达式...     

单端初级电感变换器的分数阶建模与仿真分析

出于电感和电容本质上是分数阶的实际情况考虑，针对单端初级电感变换器(Single ended primary inductor converter, SEPIC)的分数阶建模问题进行研究，建立了更准确的分数阶模型。在分数阶微积分的理论基础上，使用状态空间平均法，建立了电流连续模式下SEPIC的分数阶数学模型，推导了分数阶模型的静态工作点、电感电流纹波、电容电压纹波和传递函数表达式。采用分抗电路拟合的方法，实现0.9阶电感和0.9阶电容，用它们替换变换器中的整数阶元件，得到了SEPIC的分数阶电路模型。在MATLAB/Simulink仿真软件中，对SEPIC的分数阶数学模型和电路模型进行了仿真，并与理论计算值进行比较，仿真结果与理论计算基本一致，充分验证了分数阶模型的正确性。对比了分数阶模型与整数阶模型的差异，分数阶模型会产生更大的纹波，但具有更好的动态性能：响应速度更快，超调量更小，到达稳态的时间更短。     

Buck-Boost变换器中分叉与混沌现象的研究

在查阅相关文献的基础上,根据电流模式Buck-Boost变换器的工作情况,分析了其状态方程,根据闪频映射对电流模式Buck-Boost变换器中电容电压和电感电流进行采样,推导了精确离散迭代映射模型,并在MATLAB\M文件中编写程序得到其分叉图、庞加莱映射、输出电压的离散值,这些仿真结果均证明了电流模式Buck-Boost变换器中存在分叉和混沌现象。     

分数阶Boost变换器的两种预测电流控制

基于分数阶微积分理论以及实际电容和实际电感在本质上是分数阶的事实.首先,在建立Boost变换器的分数阶数学模型基础上,提出分数阶预测电流控制,设计预测控制器.其次,在考察分数阶Boost电路的电感电流波形的基础上,提出分数阶Boost电路整数阶预测电流控制.最后,依据分抗链及Oustaloup分数阶近似算法,得到了分数阶电感逼近电路,利用Matlab软件对所设计的控制器进行仿真验证.结果表明,分数阶预测电流控制下的超调最小,过渡时间最短,尤其是在抗负载扰动上的性能更佳.整数阶预测电流控制的性能虽然低于分数阶预测控制,但也有较好的控制性能.同时仿真结果验证了所提控制方法的可行性和有效性.     

考虑寄生参数和电感电流纹波的CCM模式Boost变换器建模

在考虑电子器件寄生参数及电感电流纹波的情况下,运用三端开关器件模型法和能量守恒法对Boost变换器工作于CCM模式下的精确建模进行研究,推导了大信号等效电路模型、稳态等效电路模型和小信号等效电路模型,并在一个实际的Boost变换器上对存在寄生参数和电感电流纹波的情况进行仿真和稳态性能、动态特性分析。结果表明,此研究能够改善实际Boost变换器设计和系统性能。     

耦合电感对交错并联变换器输出特性的影响

为了解决交错并联变换器动态和稳态特性的提高与耦合电感耦合度的关系,以双通道交错并联变换器为研究对象,从电路角度分析了耦合电感在正向耦合及反向耦合方式下,不同耦合度对交错并联变换器输出特性的影响,并进行了仿真验证,结果表明:理论分析与仿真结果完全一致.耦合电感的设计应选择反向耦合方式,在满足变换器动态响应速度的基础上,力求稳态纹波最小,为交错并联变换器提高动态响应、减低稳态电流文波提供技术支持.     

多级串联电流型开关电感变换器的非线性现象研究

首次研究了多级串联电流型开关电感Buck-Boost变换器中的非线性现象,由频闪映射法得到了电流断续情况下系统的离散映射模型。通过MATLAB数值仿真,得到了在相同参数配置下,不同级联数时系统的非线性现象变化规律。根据系统离散映射模型在不动点邻域处的雅可比矩阵特征值,得出了系统的最大李雅谱诺夫指数,对系统稳定性进行了分析。最后进行了相应的电路仿真和实验电路验证,实验结果与仿真结果一致。研究结果表明,多级串联电流型开关电感Buck-Boost变换器存在着分岔和混沌等丰富的非线性现象。     

Buck-Boost变换器的模型预测控制

为更好地控制Buck-Boost变换器输出电压,采用考虑管压降的状态空间平均模型,使用模型预测控制进行输出电压的控制.选取合适的二次性能指标作为模型预测控制的目标函数,使变换器具有较快的响应速度和较小的电压超调量,同时设置电容电压和电感电流的约束条件,以保证Buck-Boost变换器的安全性.研究结果表明:模型预测控制在Buck-Boost变换器中具有很好的控制效果.     

一种高增益低输出纹波电压的二次型Buck-Boost变换器

为提高变换器的电压增益,减小输出纹波电压及降低开关器件的电压应力,将传统二次型Buck-Boost变换器和电压倍增单元、低通滤波器相结合,提出一种改进二次型Buck-Boost变换器。分析该变换器在连续导电模式下的工作原理、开关器件的电压、电流应力及输出纹波电压。根据不同的标准与其它Buck-Boost变换器进行比较,通过对比表明所提改进二次型Buck-Boost变换器不仅具有较高的电压增益,在同等输出电压的情况下减小开关器件电压应力。最后,对改进的二次型Buck-Boost变换器进行建模,仿真和实验结果验证其理论分析的正确性及提高电压增益、减小输出纹波电压的可行性。     

耦合电感在交错并联Boost变换器中的应用研究

将反向耦合电感应用于交错并联Boost变换器,分析了耦合电感的耦合系数对交错并联Boost变换器电流纹波和动态响应的影响,给出了反向耦合电感集成磁件的设计方法,并作了仿真及实验研究。结果表明,稳态电流纹波与动态响应是一对矛盾,耦合系数越小,输出电流纹波越小,但动态响应越慢,耦合电感交错并联Boost变换器对耦合电感的设计要根据变换器的输出性能综合考虑。     

电流模式控制Buck-Boost变换器建模及非线性现象仿真

根据电流模式控制下Buck-Boost变换器的工作特性,建立变换器的统一数学模型,并基于Matlab/Simulink 仿真软件,分别搭建工作于电流连续和电流断续模式下变换器的仿真模型.通过对电流连续模型进行仿真,揭示参考电流Iref和电感L在不同的工作情况下出现倍周期分叉并最终导致混沌的现象;对电流断续模型进行仿真,得出以输入电压E变化时的混沌相图,验证电流断续模式下混沌现象的存在性.同时为消除这2种模式下的混沌现象,引入PID控制器.仿真结果表明:通过设置适当的参数,可以有效地抑制变换器中的混沌现象.     

高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器

为解决新能源发电装置的输出电压较低问题,提出一种高增益DC-DC变换器.将Boost变换器和Zeta变换器进行集成组合,引入开关电感和磁集成技术,由此得到高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器.对变换器进行理论推导与实验验证.基于磁集成技术,设计了3个电感器的耦合集成方案,有效减小了电感的电流纹波.研究结果...     

耦合电感升压变换器开关管应力降低的研究

为了解决传统的升压电路拓扑因为受到寄生参数的影响而导致电压增益会受到极限占空比的限制,以及传统的耦合电感升压变换器由于漏感的存在而导致的开关管两端电压电流应力较大等一系列问题,在此提出一种新型的可用于光伏发电系统的、具有高增益和低电压电流应力的耦合电感升压变换器。该变换器在传统耦合电感升压变换器的基础上增加了由二极管、电感以及电容组成的无损吸收电路。由于耦合电感具有变压器效应,因此,相对于传统升压电路来说,耦合电感的这一特性,使电路中的电压增益有了较大的提高;由于电感具有抑制电流上升的作用,因此,开关管开通时,减轻了开关管的电流应力;在开关管S的两端并联由电感、电容以及二极管组成的无损吸收电路,有效吸收耦合电感升压变换器中的漏感能量,使得开关管两端的电压尖峰得到抑制,当开关管S彻底关断后,电容和电感通过副边绕组和输出二极管,将能量传递给负载,实现无损传输,进一步提升了电压增益。为了验证该新型耦合电感升压变换器的有效性,故在MATLAB/Simulink平台上搭建了该新型变换器和传统耦合电感升压变换器的仿真模型。通过对比2个模型的相应仿真波形,可以看出,相对于传统的耦合电感升压变换器,该新型变换器具有更高的电压增益,同时,开关管上的电压和电流应力也相对较小。     

一种新颖的DC-DC开关变换器数字控制方法

为获得DC—DC变换器易于实现的数字控制方法,提出了一种基于电感电流线性变化的数字控制策略。根据变换器运行过程中电感电流的微分方程推导出了占空比的控制策略,通过对电流的快速控制实现对输出电压的快速调节,采用数字PI技术进行稳态误差修正,从而具有良好的自适应性;根据变换器输出电压与期望电压的偏差进行电流控制策略和带修正控制策略的切换控制。以Boost变换器为例,推导了变换器的占空比控制策略,采用数字PI控制器调节控制修正量。仿真和实验结果验证了控制策略能在启动过程中实现对变换器输出电压的快速、无过冲控制,以及各种扰动工作条件下对变换器输出电压准确、快速的控制。     

永磁同步电机的改进模型预测自抗扰前馈控制

针对永磁同步电机无差拍电流预测控制系统受参数扰动后会引起稳态误差和剧烈抖振的问题,采用一种前馈控制与无差拍控制相结合的改进控制策略,降低了参数扰动引起的电流和转矩脉动。在前馈通路中采用滑模扰动观测器与分数阶积分补偿相结合的快速响应控制策略,解决引入普通前馈控制带来的稳态误差增大问题。滑模观测器的滑模面采用以sgn函数为基础的二阶趋近律,进一步抑制除参数扰动外的干扰项。对传统的无差拍电流预测模型,引入普通前馈控制策略的电流预测模型以及在前馈通路中添加滑模扰动观测器与分数阶补偿策略的改进预测模型进行仿真对比。仿真结果表明:所提策略在不同工况下均可有效消除参数扰动引起的稳态误差并降低电流抖动,永磁同步电机调速系统的鲁棒性和动态性能得到了有效提高。     

改进型预测函数在并联DC-DC中的应用

针对并联DC-DC开关电源主从模块电流分配精度不均以及面对负载扰动下动态性能、稳定较差等问题，提出一种基于主从均流的并联方法和将分数阶PID与预测函数（PFC）相结合的控制策略。对预测函数算法进行改进：首先，利用v步离散方法对BUCK变换器进行分段仿射建模（PWA）；其次，在保留预测函数控制基础上，引入分数阶PID思想，得到一个新的二次型指标函数；最后，将其与传统PI控制输出效果作对比，利用MATLAB仿真去检验分数阶预测函数（FOPID-PFC）控制策略的可行性和可靠性。仿真结果表明：提出的分数阶PID预测函数，在均流精度上比传统PI高，在面对负载加、减的情况下，超调量和调节时间分别降低了234mv、170 μs和221 mv、210μs，由此验证了BUCK变换器并联系统中，基于主从均流的分数阶预测函数控制策略总体性能优于传统PI控制，且主从模块的电流分配精度也满足预期设想。     

基于升降压的高效率低纹波LED驱动芯片设计

设计了一款基于同相Buck-Boost变换器的LED驱动控制芯片.设计的控制电路实现了从降压模式到升压模式的平滑切换,从而保证了系统的稳定性并减小了输出电流纹波;在Buck-Boost过渡模式工作状态下,控制电路降低了平均电感电流,因而提高了系统转换效率.此外,控制电路中设计了一种自动调零的误差放大器,减小了放大器的输入失调电压和闪烁噪声,输出电流的精度得以提高.在180 nm CMOS工艺上流片的测试结果表明:当输入电压为2.7～5.0 V,输出电流为850 mA时,纹波率不超过3%;当负载电流为150 mA、输入电压为5 V时,驱动电路的转换效率高达95%.     

Buck-Boost变化器的仿真分析

PSpice是一款功能强大的电路仿真软件,仿真结果十分接近电路的真实状态.应用PSpice对Buck-Boost变换器的全部工作过程进行了仿真与分析,Buck-Boost电路的工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和稳态工作过程.对电路中储能元件的各种工作状态进行了分析,给出了大量直观的仿真波形,从而更进一步了解了Buck-Boost变换器.     

阻尼涨落对线性过阻尼分数阶振子共振的影响

本文研究了具有涨落阻尼的线性过阻尼分数阶振子的共振现象.利用分数阶Shapiro-Loginov公式和Laplace变换,本文得到了系统响应的一阶稳态矩的解析表达式.对稳态响应的振幅增益的分析表明该系统存在三种不同形式的共振现象:bona fide共振、随机共振和广义随机共振,而分数阶的变化将导致bona fide共振的多样化.     

基于基波纹波比的大功率本安Buck变换器的设计

针对具有电感、电容(LC)滤波的本安Buck变换器输出纹波电压难以精确计算的问题,提出一种可快速、准确计算其输出纹波电压大小的方法。通过构建该变换器在电感电流连续模式下的等效电路模型,分析其频率特性,得出了该变换器的输出稳态响应。进一步的纹波理论计算及仿真分析表明可用基波电压纹波比近似全纹波比来求解该变换器输出纹波电压的结论。同时,为了给设计者提供理论指导,得出了满足输出纹波电压指标要求的电感、电容参数设计方法。与典型Buck变换器参数对比,发现在同样的电气性能指标要求下,采用LC滤波的Buck变换器仅需很小的电感、电容。表明该变换器更容易满足本安性能要求。最后,通过实验样机验证了输出纹波电压计算方法的准确性及元件参数设计思路的可行性。