电容电流模式Buck变换器的开环控制特性动力学研究

电容电流反馈控制是一种新颖的控制技术,尚未有文献开展电容电流模式开关功率变换器的开环控制特性动力学研究。通过对三种开关状态的描述和不同开关状态内的时域求解,建立了电容电流模式Buck变换器的具有两条切换边界的二维精确离散时间模型。利用分岔图和最大Lyapunov指数谱等分析方法,揭示了负载电阻变化时电容电流模式Buck变换器的开环动力学行为。结果说明：在不同的负载电阻下,该变换器运行在正常的周期振荡、非正常的次谐波振荡即混沌等状态,尤其在部分负载电阻时,电容电流模式控制器失控,输出信号不能正常调节。此外,建立了PSIM电路仿真模型,并研制了相应的硬件电路,仿真和实验捕捉的时域波形和相轨图有效验证了理论分析的正确性。     

恒定导通时间控制Buck变换器电感和负载电阻的稳定性机理

恒定导通时间(constant on-time,COT)控制Buck变换器的稳定性不仅受输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的影响,还受电感和负载电阻的影响。为了研究电感和负载电阻的稳定性机理,建立了COT控制Buck变换器的分段线性模型。利用分岔图、特征根轨迹研究了输出电容ESR较小时COT控制Buck变换器随电感和负载电阻变化时的动力学特性。结果表明,随着电感减小或负载电阻增大,Buck变换器由阵发混沌状态经边界碰撞分岔进入到稳定的电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)周期1状态。进一步,推导了确保变换器稳定工作的电感和负载电阻的临界表达式。最后,数值仿真和理论分析得到了实验结果的验证。研究结果可以有效地指导COT控制Buck变换器的电路参数设计。     

电流模式Boost变换器中非线性现象的研究

利用分段光滑开关模型,通过MATLAB中simulink搭建模型并采用龙格-库塔(Runge-Kutia)算法,得到了电流模式Boost变换器的时域波形图及相图;利用精确离散迭代数学模型,通过MATLAB中M文件编程,得到了电流模式Boost变换器的庞加莱映射图及分叉图。在电流模式Boost变换器中选择不同的参考电流数值,采用这两种模型对不同的参考电流值进行仿真,两种仿真模型的工作状态是相同的,分别证明了电流模式Boost变换器中具有丰富的分叉与混沌现象,也就是非线性现象。     

改进型本安Buck变换器的分析与设计

提出了一种输出具有LC滤波电路的本安Buck变换器,使得在特定的电气性能指标要求下,可不提高变换器工作频率,但能减小变换器内部的电感量及电容量,达到提升该变换器本质安全性能的目的。深入分析了该拓扑电路在电感电流连续模式(CCM)时的输出纹波电压,指出输出纹波电压最大值是在输入电压最大,负载电阻为CCM与DCM的临界电阻时取得。根据最大输出纹波电压指标要求,在给定的动态范围内,得出了本安Buck变换器电感、电容参数的设计方法。为了说明改进型Buck变换器相比于传统型Buck变换器的优势,在相同的输出纹波电压指标要求下,对传统型及改进型Buck变换器的电感、电容取值进行了比较分析,得出所提出的改进型Buck变换器采用较小的电感、电容即可满足电气性能指标要求,因而可提高其本安性能。因此,通过在Buck变换器的输出附加LC滤波电路,不仅能有效提高本安Buck变换器的输出功率,还能减小其体积。给出了设计实例,仿真与实验结果验证了改进电路拓扑理论分析的正确性及减小目标电感、电容量的可行性。     

本质安全型Buck变换器的电感电流分析

分别对Buck变换器工作在连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)时的电感峰值电流进行了分析,指出无论变换器工作在CCM还是DCM,其电感峰值电流均随输入电压的增大而增大,随负载电阻和电感的增大而减小。得出在给定输入电压和负载变化范围内,在最高输入电压和最小负载电阻时,且变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流。最后仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于滑模控制技术的DC-DC Buck变换器研究

DC-DC Buck变换器运用滑模控制技术可加快控制系统瞬时动态响应速度,具有稳定性和收敛性.为实现滑模控制技术,通过对电感电流、滤波电容电压的信号进行估算,搭建一种新电路拓扑结构的状态观测器,解决传统观测器容错性和可靠性差的问题,并具有抗干扰能力强的特点,适用性广.经仿真与实验验证,当负载电阻出现干扰波动时,运用滑模控制技术的DC-DC Buck转换器具有快速收敛性.     

不连续电流型Buck-Boost变换器二参数分岔的数值研究

基于分段光滑映射方程，得到了输入电压E和负载电阻R同时变化时，不连续运行模式下电流型Buck—Boost变换器的二参数分岔动力学行为图，得到了发生分岔时映射雅可比矩阵特征值的跃变特征——以不连续的方式跳出复平面上的单位圆．结果表明，映射总有某个或某些轨道点位于相平面中不同区域的边界上，即映射随着输入电压和负载电阻的变化会发生边界碰撞分岔现象，如由周期态到周期态以及由周期态到混沌态的分岔．     

电流反馈型Buck-Boost变换器的非线性动力学研究

首先建立了电流反馈型buck—boost变换器的精确离散化模型,然后研究了变换器在不连续模式下的非线性动力学行为．通过研究发现：电流反馈型Buck—Boost变换器在不连续模式下,出现了特有的分岔和混沌现象．     

Buck变换器线性参数变化模型的增益调度控制

针对开关变换器的输出电压极易受到输入电压或者负载波动的影响,提出一种建立在Buck变换器线性参数变化(LPV)模型基础上的增益调度控制策略.首先,将Buck变换器的小信号模型转换成以负载电阻和输入电压作为变参数的LPV模型,基于LPV的凸分解方法,利用线性矩阵不等式(LMI)技术对凸多面体各顶点分别设计满足H∞和闭环极点配置的反馈控制器,再插值各顶点所设计的反馈控制器,综合得到具有多面体结构的LPV控制器.该方法在线计算量小,容易实现.最后,通过仿真验证了设计方法的有效性,与传统的鲁棒控制策略的控制器相比,所设计的LPV控制器受Buck变换器中输入电压和负载电阻波动影响较小,具有更好的控制性能.     

零电流开关Buck变换器混沌现象的研究

鉴于软开关DC/DC变换器的应用越来越广泛,由于谐振元件的存在使得变换器的混沌现象变得复杂.本文以Buck ZCS PWM变换器为具体研究对象.借鉴采用模块化的思想,简化了电压反馈控制方式零电流开关 Buck变换器工作状态的分析,建立了变换器不连续导电模式下的系统离散混沌数学模型,为进一步的理论分析和模拟仿真打下基础.根据系统稳定性判据确定了稳定工作区域,得出主要元件参数的稳定工作范围,设计了电压反馈控制Buck变换器的仿真电路,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

基于Wigner-Ville分布的CCM Buck变换器非线性分析方法

为了分析Buck变换器中的分岔和混沌现象,提出了一种基于Wigner-Ville分布的时频分析的方法.该方法以连续电流模式(CCM)的电压反馈型Buck变换器为研究对象,依据Buck变换器的工作特性推导出其状态方程,采用Matlab/Simulink建立CCM模式下Buck变换器的数学模型,采用Wigner-Ville分布的时频图作为识别方法,分析在不同输入电压情况下Buck变换器出现倍周期分岔而导致混沌的现象.该方法可以识别和描述Buck变换器的动态过程,更好地分析DC/DC变换器中的谐波、噪声与混沌现象的关系,为改善DC/DC变换器性能奠定了基础.     

开关延迟对Buck变换器分岔的影响

研究了电流模式控制Buck变换器由于开关延迟带来的分岔和混沌现象的变化.首先给出Buck变换器的数学模型,然后针对理想开关和3种典型开关延迟参数的情况,以理想输入直流电压为变量,通过计算机仿真得到不同的分岔和混沌现象,并给出了庞加莱截面图、电流和电压波形图.根据实验分析可知,随着开关延迟时间的增加,系统分岔现象将加剧,甚至导致系统不稳定.     

零电流开关电力电子变换器潜电路的布尔矩阵分析方法

提出了零电流开关电力电子变换器潜电路的布尔矩阵分析方法.通过建立电力电子变换器的开关布尔矩阵,并消去其中的无效开关向量,得到电路的最简布尔矩阵和与其相对应的有效开关状态.在此基础上将最简布尔矩阵与变换器设计的正常工作状态开关矩阵比较,判断变换器是否存在非设计要求的潜在开关路径.以Matlab7.0为平台设计了相应的算法程序,潜电路分析结果用模型文件的形式保存.最后,以零电流谐振开关电容变换器潜电路分析为例,验证了所提出方法的正确性和有效性.     

三相交错式大变比双向DC/DC变换器研究

针对传统双向DC/DC变换器变压比较小的问题,采用三相交错式拓扑结构,使变换器具有大变压比,可以实现Boost和Buck两种工作模式.在Boost模式的输入端将三个输入电感并联来减小电流纹波,输出端将三个分压电容串联来提升电压比;在Buck模式的输入端用分压电容串联的结构来提升降压比,输出端采用电感交错并联的结构来降低电流纹波.仿真结果表明,开关管的电压应力在这两种模式下均得到了降低.优化双向DC/DC变换器输入、输出端拓扑结构,可显著提高其变压比,降低开关管的电压应力.     

非接触电能传输系统双模控制式交直交变换器

针对传统非接触电能传输系统中初级回路主电路的不足,提出了一种可工作于Buck和Boost2种控制模式的新型交直交变换器,该变换器不仅有效地解决了传统非接触电能传输系统中大容量滤波电容和DC/DC调压环节所引起的电流冲击、成本高、控制复杂等问题,而且通过2种模式的切换和其对应的开关管占空比的调节可实现输入电压大范围波动时的谐振电流恒幅控制。分析了该变换器的拓扑结构和工作原理,阐述了变换器在2种模式下的切换控制策略,并给出了仿真验证结果。     

电流型Buck-Boost DC-DC变换器的分岔与混沌

推导了电流模式Buck-Boost变换器的迭代映射模型,在该模型的基础上研究了以输入电压、参考电流和负载电阻为电路变化参数的分岔现象.利用Matlab仿真得到分岔图,从图中可以得知分岔变量可能影响到系统的状态,在设计中可以利用此规律选择最优参数.     

一种新型ZVT PWM Buck变换器仿真研究

介绍了一种新型零电压转换(Zero Voltage Transition,简称ZVT)脉宽调制(Pulse Width Modulated,简称PWM)Buck变换器,该Buck变换器能在整个周期范围内实现主开关管的零电压开关(ZVS)、辅助开关管的零电流开关(ZCS)和所有无源功率器件的零电压开关(ZVS);相对于硬开关Buck变换器,该新型Buck变换器的主开关和辅助开关的电压电流应力都很小.详细分析了该变换器的工作原理,并通过仿真验证了该电路的可行性.     

DC-DC开关变换器的研究及仿真

开关变换器在日常生产和生活中都有着广泛的应用。对Buck,Boost,Buck-Boost 3种开关变换器的工作原理进行了分析,这3种开关变换器分别具有降压、升压和升降压的作用。并在给定参数的条件下,使用Pspice软件对它们进行了仿真研究,仿真结果给出了3种变换器输出电压情况,并给出了变换器中的储能元件中电流的变化情况。对仿真结果的分析,可以看出当储能元件中电流经过振荡趋于稳定时,电路的输出电压也趋于稳定,可以通过改变电路中脉冲的占空比来改变输出电压的大小。仿真结果显示,Buck变换器具有降压作用,Boost变换器具有升压作用,Buck-Boost具有升降压的作用。通过仿真更加了解了开关电源,为今后设计更优越的开关电源变换器提供了参考。     

新一代计算机电源开关变换器的建模分析

介绍新一代计算机电源同步整流BUCK变换器工作在连续状态的建模分析,给出一种新的开关变换器的建模分析方法。该方法考虑了变换器在寄生元件,功率开关等效为理想开关与开通电阻的串联,理想开关由受控电流源和受控电压源替代,基于能量守恒原理确定开通电阻等效平均值,为了简化模型,建立了将平均寄生元件转移到电感之路中的映射规则,推导了同步整流BUCK变换器工作在连续状态的大信号平均模型、线性电路模型、DC和小信号电路模型,导出了开环传递函数,并进行了计算机仿真分析,结果令人满意。该建模分析方法的优点是考虑了变换器的寄生元件,其运算量比状态空间平均法小得多,模型直观、物理意义明确,便于进一步分析研究。     

两种控制模式的开关变换器的动力学行为研究

DC-DC变换器是开关电源的核心部分,在各个领域有着广泛的应用.电压模式控制Buck变换器和电流模式控制Boost变换器是电力电子的非线性研究中两种重要的研究对象,它们都有着非常广泛的应用.以这两种模式控制的开关变换器为研究对象,通过对它们进行建模、分析和实验等证实其中存在着丰富的动力学行为,如分岔和混沌等,为实际的电路系统的稳定设计提供了理论指导.