单周期控制Boost变换器Hopf分岔控制及电路实现

用平均模型分析了单周期控制Boost变换器的运行,分析表明在参考电压变化的情况下,单周期控制Boost变换器会出现Hopf分岔.Hopf分岔使得变换效率下降,器件应力增加.为了消除Hopf分岔,提出了采用washout滤波器的方法.建立了采用washout滤波器的单周期控制Boost变换器平均模型,对于washout滤波器中的两个新参数,可以用Routh-Hurwitz准则来确定.仿真和电路实验验证了所提方法的效果. 关键词： washout滤波器 单周期控制 Boost变换器 Hopf分岔     

多频率控制开关变换器的自相似和混频现象分析

在多频率控制开关变换器的工作原理及状态方程的基础上,建立了多频率控制断续导电模式开关变换器的离散迭代映射模型,并推导了相应的特征值方程和Lyapunov指数.根据离散迭代映射模型,对多频率控制开关变换器进行了分岔分析.结果表明:在电路参数变化时,变换器存在边界碰撞分岔行为和多周期行为;当误差界限电压较大时,变换器表现出自相似现象,而当误差界限电压较小时,变换器则表现出混频现象.采用Lyapunov指数研究了变换器的稳定性,验证了分岔分析的正确性.经过电路仿真,进一步分析了负载变化时变换器的时域波形和相轨图,并验证了离散迭代映射模型的有效性和理论分析的正确性.最后通过实验结果验证了文中的仿真结果.     

基于双缘调制的数字电压型控制Buck变换器离散迭代映射建模与动力学分析

建立了双缘调制数字电压型控制Buck变换器的离散迭代映射模型. 在该模型的基础上, 详细研究了双缘调制数字电压型控制Buck变换器的非线性动力学行为. 以输入电压、负载电阻等电路参数作为分岔参数, 绘制了输出电压和电感电流的分岔图, 并通过分岔图的分析发现了两种相似却又不同的Hopf分岔现象. 采用庞加莱截面、时域仿真波形和相轨图, 对比分析了两种不同的Hopf分岔和低频振荡现象, 并引入离散迭代映射模型的雅克比矩阵的特征值分析方法, 从理论上证明了两种Hopf分岔的存在性和差异性. 首次观察到基于双缘调制的数字电压型控制Buck变换器出现了奇数倍周期分岔现象, 并通过时域仿真波形和相轨图验证了该现象的真实性. 为更加接近实际电路, 考虑电容和电感的等效串联电阻, 使用Psim进行仿真, 其结果与理论仿真结果基本一致, 验证了理论仿真的正确性.     

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     

电路参数宽范围变化时电流控制开关变换器的动力学研究

以电流控制Buck—Boost变换器为例,通过对输入电压和负载电阻等电路参数宽范围变化时开关变换器的开关状态的完整描述,导出了电流控制开关变换器的两个电感电流边界,建立了它的精确离散时间模型,并利用分段线性模型验证了离散时间模型的正确性．基于离散时间模型,揭示了开关变换器存在周期分岔、边界碰撞分岔、鲁棒混沌和阵发混沌等复杂动力学行为;通过推演Jacobi矩阵,给出了电路参数变化时最大Lyapunov指数和特征值的运动轨迹;并采用参数空间映射图,由电路参数域对开关变换器的工作状态域进行了估计．最后进行了电路实验制作,实验观察结果与理论分析结果～致．本文系统研究了开关变换器的动力学理论,其分析方法和研究结果对开关变换器的设计及控制都具有重要的指导意义．     

电压控制正极性输出罗变换器的改进平均模型建模及稳定性分析

基于平均建模法并考虑到正极性输出罗(positive output super-lift Luo, POSL Luo)变换器中能量传输电容电压存在突变的事实, 建立了POSL Luo变换器的改进平均模型, 推导并分析了POSL Luo变换器输出电压对占空比的传递函数. 建立了电压控制POSL Luo变换器的输出电压对基准电压的传递函数, 分析了系统的稳定性. 采用PSIM软件进行电路仿真以及设计硬件电路进行电路实验, 以PSIM仿真结果和电路实验结果验证了模型的有效性和理论分析的正确性. 研究结果表明: 相比于POSL Luo变换器已有的平均模型, 采用本文的改进平均模型可有效的分析POSL Luo变换器的特性及电压控制POSL Luo变换器的稳定性.     

平均电流控制型Boost功率因数校正变换器中的中频振荡现象分析

基于输入电压可用其有效值代替以及电感电流与输出电压的波动频率远低于变换器开关频率的假设,建立了用于描述平均电流控制型Boost PFC变换器动力学行为的小信号模型,研究了该变换器中的中频振荡现象问题,揭示了系统发生中频振荡现象的内在物理机理,并给出了系统发生中频振荡现象的参数边界.研究结果表明,该非线性现象不同于已发现的快尺度不稳定性现象和慢尺度不稳定性现象,其主要特征是其振荡频率介于交流输入电压线频率和开关频率之间.最后,电路实验结果证实了理论分析的正确性. 关键词： 中频振荡 平均电流控制 Boost功率因数校正变换器 小信号模型     

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.     

单相全桥DC-AC电压逆变电路数字控制中的振荡现象分析

考虑数字控制采样计算延迟,建立了单相全桥DC-AC电压型逆变电路在负载电压外环电感电流内环加给定电压前馈控制方法下的离散迭代模型.通过分析相应的Jacobian矩阵特征值轨迹,确定该数字控制逆变器失稳时分岔点类型为Hopf分岔.对离散迭代模型进行数学变换,得出了控制器边界的解析表达式以及系统发生分岔时振荡频率的解析表达式,从而揭示了系统发生振荡现象的内在物理机理.最后,通过Simulink仿真以及电路实验证明了理论分析的正确性和有效性. 关键词： 单相全桥 DC/AC电压逆变电路 数字控制 离散迭代模型     

单周期控制三电平Boost功率因数校正变换器的慢尺度分岔分析

对单周期控制三电平Boost功率因数校正(PFC)变换器中存在的慢尺度分岔现象进行了研究, 基于Floquet乘子法分析了主要电路参数对系统稳定性的影响. 首先, 分析了该电路的工作原理, 并由输入输出功率平衡推导出电路的简化模型. 然后, 采用谐波平衡法求解出电路的周期解, 根据Floquet理论分析周期解的稳定性. 通过计算Floquet乘子, 分析了电路中电压反馈电阻R_vf 对系统慢尺度分岔行为的影响. 搭建电路仿真模型, 验证了简化模型及Floquet理论分析的正确性. 最后, 计算了电路中其他参数组成的稳定边界. 研究结果表明, 正确选择三电平Boost PFC变换器的电路参数对于其稳定运行, 提高输入侧功率因数具有重要意义.     

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     

电压型双频率控制开关变换器的动力学建模与多周期行为分析

在断续导电模式下, 建立了电压型双频率控制开关变换器的动力学模型, 并推导了相应的特征值方程. 根据动力学模型, 采用分岔图研究了电路参数变化时变换器存在的边界碰撞分岔行为和周期2, 周期3,周期4等多周期行为, 结果表明: 变换器经历了周期1态、多周期态、周期1态的分岔路由; 周期态的转变均是由边界碰撞分岔引起的. 根据特征值方程, 采用Lyapunov指数研究了变换器的稳定性, 结果表明: 随着电路参数的变化, Lyapunov指数始终小于零, 变换器一直工作于稳定的周期态, 验证了电压型双频率控制开关变换器的周期3行为并不意味着变换器会必然发生混沌. 通过电路仿真, 分析了负载变化时变换器的时域波形、相轨图和频谱图, 验证了动力学模型的可行性和理论分析的正确性. 实验结果验证了文中的仿真结果. 关键词： 开关变换器 双频率控制 边界碰撞分岔 多周期行为     

Stability and bifurcation in a voltage controlled negative-output KY Boost converter

The stability and bifurcation in a voltage controlled negative-output KY Boost converter is studied in this Letter. A glimpse at the stability and bifurcation from the power electronics simulator (PSIM) software are given. And then, its mathematical model and corresponding discrete model are derived. The stability and bifurcation of the converter are determined with the help of the loci of eigenvalues of the Jacobian matrix. It is found that the Hopf bifurcation is easy to come in this converter when the value of its energy-transferring capacitor increases. Finally, the analytical results are confirmed by the circuit experiment.     

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。     

峰值/谷值电流型控制开关DC-DC变换器的对称动力学现象分析

峰值电流和谷值电流控制开关DC-DC变换器在较宽的电路参数范围内具有对称动力学现象.文中建立了峰值电流和谷值电流控制buck,boost,及buck-boost变换器的统一离散迭代映射模型,并导出了统一的分段光滑迭代映射方程及特征值方程,通过数值仿真得到了占空比变化时的正、逆分岔图和Lyapunov指数谱.研究结果表明,峰值/谷值电流型控制开关变换器的分岔图和Lyapunov指数具有关于点或轴对称的现象.时域仿真结果验证了数值仿真结果,并进一步表明,随着占空比的变化,峰值/谷值电流型控制开关变换器具有对称动力学现象、对称动力学现象和非对称动力学现象共存、非对称动力学现象.     

峰值/谷值电流型控制开关DC-DC变换器的对称动力学现象分析

峰值电流和谷值电流控制开关DC-DC变换器在较宽的电路参数范围内具有对称动力学现象.文中建立了峰值电流和谷值电流控制buck,boost,及buck-boost变换器的统一离散迭代映射模型,并导出了统一的分段光滑迭代映射方程及特征值方程,通过数值仿真得到了占空比变化时的正、逆分岔图和Lyapunov指数谱.研究结果表明,峰值/谷值电流型控制开关变换器的分岔图和Lyapunov指数具有关于点或轴对称的现象.时域仿真结果验证了数值仿真结果,并进一步表明,随着占空比的变化,峰值/谷值电流型控制开关变换器具有对称动力学现象、对称动力学现象和非对称动力学现象共存、非对称动力学现象.     

Symmetrical dynamics of peak current-mode and valley current-mode controlled switching dc-dc converters with ramp compensation

The discrete iterative map models of peak current-mode (PCM) and valley current-mode (VCM) controlled buck converters, boost converters, and buck--boost converters with ramp compensation are established and their dynamical behaviours are investigated by using the operation region, parameter space map, bifurcation diagram, and Lyapunov exponent spectrum. The research results indicate that ramp compensation extends the stable operation range of the PCM controlled switching dc--dc converter to D>0.5 and that of the VCM controlled switching dc--dc converter to D<0.5. Compared with PCM controlled switching dc--dc converters with ramp compensation, VCM controlled switching dc--dc converters with ramp compensation exhibit interesting symmetrical dynamics. Experimental results are given to verify the analysis results in this paper.