电感电流伪连续模式下Boost变换器的分数阶建模与分析

基于电感和电容本质上是分数阶的事实,采用分数阶微积分理论建立了电感电流伪连续模式下Boost变换器的区间分数阶数学模型.依据状态平均建模方法,建立了Boost变换器工作于电感电流伪连续模式下的分数阶状态平均模型.通过所建的分数阶数学模型对其电感电流和输出电压进行了理论分析以及传递函数的推导,并比较了与整数阶数学模型的区别.根据改进的Oustaloup分数阶微积分滤波器近似算法,采用电感和电容的等效分数阶电路模型,在Matlab/Simulink的仿真环境下,对其数学模型和电路模型进行了仿真对比,分析了模型误差产生的原因,验证了所建的分数阶数学模型以及对其理论分析的正确性.最后,指出了分数阶Boost变换器工作于电感电流伪连续模式与连续模式、断续模式的区别与联系.     

电感电流伪连续模式下分数阶Boost变换器的非线性控制

基于电容和电感都是分数阶的事实,采用分数阶微积分理论,建立了电感电流伪连续模式下Boost变换器的分数阶状态空间平均模型.针对其分数阶模型具有仿射非线性系统的特点,根据分数阶的类Lyapunov稳定性理论,设计了适用于分数阶电感电流伪连续模式下Boost变换器的一种分数阶非线性控制器.依据分抗链及改进的Oustaloup分数阶近似算法,得到了分数阶电感和电容的等效电路模型,用Matlab/Simulink软件对所设计的控制器进行了仿真验证.结果表明:所设计的分数阶非线性控制器对分数阶电感电流伪连续模式下的Boost变换器的动态和稳态性能有显著的提高,并且在输入电压和负载大幅度波动的情况下,仍然能够确保系统具有良好的稳定性和动态性能.     

单周期控制Boost变换器中的低频波动现象分析

基于电感电流和输出电压的波动频率远低于变换器开关频率的假设,给出了连续导电模式(CCM)与不连续导电模式(DCM)的临界条件,建立了单周期控制器的S域模型,并分别导出了Boost变换器工作在CCM和DCM下的闭环输出-基准电压传递函数.研究结果表明,完全工作在DCM时,变换器处于稳定的周期1状态,而运行在CCM时,变换器将出现低频波动现象.此外,采用零极点分析方法给出了变换器低频波动的频率,并通过变换器拓扑结构的约束关系确定了系统低频波动的幅值.最后,Matlab数值仿真及电路实验验证了理论分析的结果. 关键词： 低频波动 单周期控制 Boost变换器 平均模型     

电流控制二次型Boost变换器的动力学研究

通过对二次型Boost变换器开关状态的完整描述, 推导了两个电感电流边界, 建立了电流控制二次型Boost变换器的分段光滑迭代映射模型. 对比分析了以输入电感电流或储能电感电流作为电流反馈量的非线性分岔行为. 通过稳定性和工作模式分析, 得到了电流控制二次型Boost变换器从稳定的周期1工作状态到次谐波振荡状 态转移以及从电感电流不连续导电模式到连续导电模式转移的条件, 并采用参数空间映射图, 对二次型Boost变换器的工作状态域进行了估计. 设计了实验电路, 由实验结果证明了不同的参数变化有着不同的分岔路由, 存在工作模式转移现象, 电流控制二次型Boost 变换器呈现复杂的动力学行为, 实验结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 二次型Boost变换器 开关状态 模式转移 边界碰撞分岔     

电感电流伪连续导电模式下Buck变换器的动力学建模与分析

以电感电流伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode, PCCM)下Buck变换器为例, 通过对开关变换器的开关模态的完整描述, 建立了PCCM Buck变换器的精确离散时间模型. 基于该模型, 研究了PCCM Buck变换器在负载电阻、电感等效串联电阻、电感、电容、参考电流和输入电压等电路参数变化时的分岔行为, 并揭示了变换器存在的次谐波振荡、倍周期分岔和混沌等复杂动力学行为. 基于分段光滑开关模型的数值仿真, 得到变换器在不同负载电阻下的时域波形图和相轨图, 验证了离散时间模型的正确性. 理论分析和仿真结果表明: PCCM Buck变换器更适合工作在轻载条件, 加大负载会导致变换器工作状态的失稳以及工作模式的转移; 电感的等效串联电阻对变换器稳定性具有一定程度的影响, 且等效串联电阻越大, 变换器越稳定. 研究结果对于设计与控制PCCM Buck变换器具有重要意义.     

基于开关电感结构的混合升压变换器非线性现象研究

将开关电感结构嵌入到传统Boost变换器中可以显著提高Boost变换器的电压传输比, 同时减少开关器件的电流应力, 降低损耗, 提高效率, 具有广阔的应用前景. 本文首次研究了基于开关电感结构的混合升压变换器的分岔和混沌现象, 导出了连续电流模式下的离散迭代映射模型, 采用分岔图分析了电路参数对系统性能的影响, 发现此变换器不仅发生了倍周期分岔、边界碰撞分岔、切分岔和阵发混沌, 还存在一种特殊的现象: 随着电容C和电感L₂的减小, 电路的运行状态并非严格经历1倍周期、2倍周期和4倍周期, 而是在4倍周期期间发生了分岔轨迹相交的情况, 在相交的一点, 变换器工作于周期3. 最后通过典型的时域波形和相轨图验证了这种特殊现象的存在. 研究结果表明, 当电路参数变化时, 基于开关电感结构的混合升压变换器比传统低维Boost变换器具有更加复杂、多样化的非线性现象. 关键词： 开关电感 混合升压变换器 离散迭代映射 混沌     

具有两个边界的Boost变换器分岔行为和斜坡补偿的镇定控制

电流控制型Boost变换器在较宽的电路参数下具有两个边界,建立了采用斜坡补偿电流的分段光滑迭代映射方程,并导出了轨道状态发生转移时的分界线方程,通过数值仿真得到了输入电压和斜坡补偿斜率变化时的逆分岔图和它们的动力学行为分布图.研究结果表明,随着输入电压逐步减小,Boost变换器从稳定的周期1态,经在边界1上发生边界碰撞分岔后进入连续传导模式（CCM）下的鲁棒混沌态,并经在边界2上发生边界碰撞分岔后进入不连续传导模式（DCM）下的强阵发性的弱混沌态.通过引入合适的斜坡补偿电流,Boost变换器的工作模式可以 关键词： Boost变换器 斜坡补偿 迭代映射方程 镇定控制     

V2控制Buck变换器等效建模与分岔分析

通过对V²控制Buck变换器电路进行降阶处理, 利用不同工作模式, 推导了两个边界电压, 建立了V²控制Buck变换器的等效一阶同步映射迭代模型, 研究了它的非线性分岔行为. 通过稳定性和工作模式分析, 推导了V²控制Buck变换器从稳定的周期1工作状态到次谐波振 荡状态转移以及从电感电流不连续导电模式 (DCM) 到连续导电模式 (CCM) 转移的条件. 研究结果表明, 当电路参数变化时, V²控制Buck 变换器发生了倍周期分岔和边界碰撞分岔, 不同的参数变化有着不同的分岔路由. 搭建了仿真和实验电路, 仿真和实验结果验证了等效迭代模型的有效性和理论分析的正确性. 关键词： 2控制')" href="#">V²控制 迭代模型 分岔 工作模式     

谷值电流型脉冲序列控制开关变换器及其能量建模研究

脉冲序列控制是针对工作于电感电流断续导电模式的开关变换器提出的一种非线性、离散控制技术.当开关变换器工作在电感电流连续导电模式时,脉冲序列控制开关变换器存在低频振荡现象,严重影响了脉冲序列控制开关变换器的稳态及瞬态性能.针对这一问题,本文提出一种谷值电流型脉冲序列控制方法,将脉冲序列控制的应用范围从电感电流断续导电模式扩展到电感电流连续导电模式.建立了谷值电流型脉冲序列控制开关变换器的能量迭代模型,并与传统脉冲序列控制开关变换器的能量模型进行对比.结果表明谷值电流型脉冲序列控制电感电流连续导电模式开关变换器具有与传统脉冲序列控制电感电流断续导电模式开关变换器相同的能量传递模式,从而在根本上消除了传统脉冲序列控制电感电流连续导电模式变换器存在的低频振荡现象.     

基于状态关联性的Boost变换器混沌与反混沌控制

混沌控制与反混沌控制是一对逆问题. 通过研究系统状态变量的关联性, 分析了在电流型连续电流模式Boost变换器关联系数变化的情况下, 实现系统的混沌控制与反混沌控制的方法, 为实际应用打下理论基础. 建立了系统的离散数学模型, 利用单值矩阵理论解释了变换器混沌控制与反混沌控制的机理. 研究结果表明, 在只改变系统状态变量的关联系数的情况下, 该控制策略能够将处于任意状态的Boost变换器控制到周期1, 2, 4轨道以及混沌态, 系统的输出可实现混沌与反混沌控制. 仿真结果证明了所提出方法以及研究结果的正确性.     

Transfer function modeling and analysis of the open-loop Buck converter using the fractional calculus

Based on the fact that the real inductor and the real capacitor are fractional order in nature and the fractional calculus,the transfer function modeling and analysis of the open-loop Buck converter in a continuous conduction mode(CCM) operation are carried out in this paper.The fractional order small signal model and the corresponding equivalent circuit of the open-loop Buck converter in a CCM operation are presented.The transfer functions from the input voltage to the output voltage,from the input voltage to the inductor current,from the duty cycle to the output voltage,from the duty cycle to the inductor current,and the output impedance of the open-loop Buck converter in CCM operation are derived,and their bode diagrams and step responses are calculated,respectively.It is found that all the derived fractional order transfer functions of the system are influenced by the fractional orders of the inductor and the capacitor.Finally,the realization of the fractional order inductor and the fractional order capacitor is designed,and the corresponding PSIM circuit simulation results of the open-loop Buck converter in CCM operation are given to confirm the correctness of the derivations and the theoretical analysis.     

宽输入Boost电路的参数正弦微扰调整与镇定

宽输入范围的Boost电路会跨越稳定和不稳定工作区,产生的混沌现象导致电路工作异常.以连续电流传导模式为基础,讨论Boost电路的参数正弦扰动调整与镇定过程,分析稳定状态和不稳定状态在不同正弦扰动幅度下的相互转化过程,推导电路工作状态转化的临界条件,研究宽输入范围时电路的可稳定条件.数字仿真说明参数正弦扰动不仅可以抑制不稳定电路的混沌现象,也可以使本身稳定的电路进入不稳定状态.对宽输入电压范围的Boost电路,可在一定区域内选择合适的扰动幅度,保证电路稳定可靠地起动、调整和镇定.     

谷值V~2控制Boost变换器的精确建模与动力学分析

建立了谷值V2控制Boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上得到了输入电压、输出电容及其等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)变化时的分岔图,推导了不动点处的雅可比矩阵,利用特征值和最大Lyapunov指数对系统进行了稳定性分析,并验证了分岔图的正确性.重点研究了输入电压和输出电容及其ESR对谷值V2控制Boost变换器的动力学特性的影响.研究结果表明,输入电压增大时,变换器从周期1态经历1次倍周期分岔和边界碰撞分岔进入混沌状态;输出电容及其ESR具有相同的分岔路由,随着输出电容及其ESR的逐渐减小,变换器具有从周期1态经历周期2态、周期4态、周期8态、逐渐演变到混沌态的动力学行为.最后,用仿真和实验结果验证了本文理论分析的正确性.     

开关变换器斜坡补偿动力学机理研究

在反馈控制电路中引入适当的斜坡补偿电流,既可以有效拓宽电流控制开关DC-DC变换器稳定工作范围,实现混沌镇定控制,又可以使其工作模式从断续导电模式转移至连续导电模式,实现工作模式转移.以电流控制Buck-Boost变换器为例,通过建立含斜坡补偿的具有两个电感电流边界的二维离散时间模型和相应的Jacobi矩阵,深入研究了开关DC-DC变换器斜坡补偿的动力学机理.通过分析稳定性失稳和边界碰撞分岔的条件,讨论了斜坡补偿对开关DC-DC变换器稳定周期振荡和工作模式转移的影响,分别给出了相应的稳定性分界线和模式转移分界线.制作了实验电路,由实验结果说明了斜坡补偿对开关DC-DC变换器混沌镇定控制和工作模式转移的物理意义,并验证了理论分析的正确性.     

峰值电流控制型功率因数校正Boost变换器的分岔行为

分析了电流控制型功率因数校正Boost变换器的分岔行为，包括了高频不稳定现象和低频分岔。电流连续导通模式下进行的功率因数校正变换器分析阻碍了对这种变换器全部动力学特性的认识。功率因数校正变换器可能会工作于电流断续导通模式，特别是在轻载的情况下这种现象更明显。因此，本文使用电流断续导通模型来分析可能工作在电流断续导通状态下功率因数校正变换器，得到了变换器的低频分岔图，使得变换器经历倍周期分岔通向混沌途径更加清楚。对于负载电阻和输出电容的分岔图也说明了变换器的稳定工作边界，这些对变换器的设计是十分有用的。