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DC-DC buck变换器的混沌现象剖析及其操控

DC-DC buck变换器的混沌现象分析及其控制, 自从Hamill等人报道了关于电力电子电路中出现分岔与混沌现象以来,对在工业中有着广泛应用的DC—DC开关功率变换器中复杂行为的研究引起

自从Hamill等人报导了关于电力电子电路中呈现分岔与混沌现象以来,对在工业中有着广泛使用的DC—DC开关功率变换器中杂乱行为的研讨引起了业界重视,并取得了一些有意义的效果。Aroudi等人体系阐述了DC—DC开关功率变换器非线性动力学行为及建模办法的研讨进展,并研讨了DC—DC开关功率变换器的分岔现象及其操控;张波则在对DC—DC功率变换器非线性现象的根本类型进行剖析和综合的基础上,指出了DC—DC开关功率变换器混沌研讨的发展方向以及未来的使用远景。众所周知,在实践使用中,一般要求DC—DC开关功率变换器作业在安稳的周期1状况。可是因为温度、元件老化、外部环境的改动以及其它搅扰要素等影响,使体系的作业状况发生改动而不能坚持体系原有功能,然后无法到达预期意图,特别是当体系运转于混沌状况时,混沌的不确定性将导致体系的运转状况无法猜测,然后使功率变换器的操控功能遭到较大影响,乃至彻底无法作业。因而,研讨怎么完成对该电路体系中的混沌进行有用操控具有重要的使用价值。迄今为止,已有多种办法成功地使用于DC—DC开关功率变换器中,完成了混沌操控。例如,滑模变结构操控、脉冲电压微分反应操控、参数微扰操控、自适应操控、Washout滤波器操控、延时反应操控等,为实践工程规划奠定了理论基础。

本文从体系能量的视点剖析了电压反应型DC—DC buck变换器的混沌发生机理,指出跟着输入电压的添加,体系的均匀能量也随之添加,当体系均匀能量超越某个极限值时,将会发生体系均匀能量的急剧添加,然后导致体系发生混沌。一起还指出,体系安稳于周期nT状况,是因在nT周期内,体系仅仅把从电源处吸收的能量,毫无保留地传递给负载,即体系在这nT周期内的外在体现,只起一个能量传递的效果。在此基础上,以电感电流为操控变量,规划了一个脉冲反应操控器来操控DC—DC buck变换器中的混沌行为,并给出数值仿真成果,别的依据Pspice电路仿真软件,规划出电压反应型DC—DC buck变换器电路及操控电路,从电路仿真视点进一步证明了操控办法的正确性和有用性。

1 DC-DC buck变换器的分岔与混沌现象

PWM型电压反应型DC—DC buck变换器的电路原理如图1所示。假定电路中所有的元件均抱负,即比较器的增益无穷大,开关S的导通电阻为零,断开时的电阻无穷大,一起,开关没有推迟。当开关S导通时,输入电压向负载和电感供给能量,而当S断开时,电感电流将经过二极管将电感中存储的部分能量供给给负载。

DC-DC buck变换器的混沌现象剖析及其操控

假定运算放大器作业在线性区域,其增益为a,则

DC-DC buck变换器的混沌现象剖析及其操控

因而,当vramp>vcon时,比较器输出高电平,开关S导通,二极管D截止;当vramp

DC-DC buck变换器的混沌现象剖析及其操控

电路参数选取如下:L=20 mH,C=47μF,R=22 Ω,vref=11.3 V,VL=3.8 V,VH=8.2 V,T=400μs。选用Matlab/Simulink进行仿真,步长为4×10-6s,可得其以输入电压为分岔参数的能量W的分岔图,如图2所示,当20 V≤E33.5 V时,体系所具有的能量跟着输入电压的添加而添加,但没有跳动现象发生,因而,体系处于安稳状况。当E=33.5 V时,体系所具有的能量则急剧添加,然后导致体系混沌的发生,而当E>33.5 V时,体系的能量则一向处于跳动状况,能量大时、小时,因而,体系所具有能量的添加是体系发生混沌的主要原因,即,当体系所具有的能量超越某一个极限值时,混沌现象将发生。但仅从图2则无法得出体系以何种途径到达混沌状况,因而,还应调查体系在nT周期内,体系所存储的能量,假如存储的能量等于零,则阐明体系在这nT周期内仅仅起能量传递的效果,即把输入的能量悉数传递给负载。此刻,体系则安稳于周期nT状况。例如,当n=1,2,4,8时,能量W1以输入电压为分岔参数的分岔图别离如图3(a)~图3(d)所示。在一个周期内,假如在开关断开期间,能将开关闭合期间电源给电感和电容供给的能量,悉数传递给负载,则体系处于周期1状况,如图3(a)所示。当E∈(20 V,24.7 V),体系安稳于周期1状况。例如当E=23 V,体系的相图如图4(a)所示。在两个周期内,假如在开关断开期间,能将开关闭合期间电源给电感和电容供给的能量悉数传递给负载,则体系处于周期2状况,如图3(b)所示。除掉周期1部分,即当E∈(24.7 V,32.2 V),体系安稳于周期2状况。当E=28 V,体系的相图如图4(b)所示。同理,能够剖析当E∈(32.2 V,33.1 V),体系处于周期4状况。当E=32.5 V,体系的相图如图4(c)所示;当E∈(33.1 V,33.5 V),体系处于周期8状况,当E=33.4 V,体系的相图如图4(d)所示。所以可得出如下定论:只需体系在nT周期内,除了本来有的能量外,不从电源处吸收能量,而仅仅将电源供给的能量毫无保留地传递给负载,体系则处于安稳状况,且安稳于周期nT。

DC-DC buck变换器的混沌现象剖析及其操控
DC-DC buck变换器的混沌现象剖析及其操控

2 混沌操控及数值仿真

由上述剖析可知,在其它参数不变的情况下,因为输入电压的添加而导致体系贮存能量的添加,是体系发生混沌的主要原因。因而,可经过下降输入电压来减小体系的存储能量,使体系安稳地运转于周期nT状况。可直接经过调理外部输入电压到达工程上的需求。可是,因为外部输入电压一旦给定后,就不易改动,因而,需求规划适宜的操控器来操控该电压反应型buck功率变换器以满意工程的要求。本文依据电压反应型buck变换器混沌发生的原因,规划以电感电流、%&&&&&%电流、输出电压为操控变量的反应操控器,操控体系安稳于周期1状况。将操控器参加式(3),有

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