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.     

电流源负载峰值电流控制buck变换器的复杂次谐波振荡现象

电流源负载峰值电流控制buck变换器具有次谐波振荡快慢复杂现象.本文建立了它的分段光滑开关模型及离散迭代映射模型.根据离散迭代映射模型,通过数值仿真研究了电路参数对buck变换器的非线性动力学行为的影响,发现了具有快慢效应次谐波振荡吸引域的分岔图和呈现双环带状的庞加莱映射.根据分段光滑开关模型,采用龙格-库塔算法,仿真研究了buck变换器的时域波形和相轨图,研究结果表明:电感电流存在由次谐波振荡与降频次谐波振荡组成的n型次谐波振荡现象;输出电压存在快标与慢标结合的正弦次谐波振荡现象.实验结果验证了文中的分 关键词： 开关DC-DC变换器 迭代映射 电流源负载 次谐波振荡     

离散移相控制全桥DC-DC变换器的能量迭代建模及多周期态研究

针对移相全桥DC-DC变换器, 提出一种离散移相控制方法. 通过建立移相全桥DC-DC变换器输出滤波电容能量模型, 分析了离散移相控制全桥DC-DC变换器的能量迭代过程和控制原理. 通过对离散移相控制全桥DC-DC变换器能量迭代过程的研究, 揭示了其多周期态工作特性. 与传统PWM移相全桥DC-DC变换器的仿真对比分析结果表明, 离散移相控制全桥DC-DC变换器具有控制环路简单可靠、瞬态响应速度快等优点.     

斜坡补偿电流模式控制开关变换器的动力学建模与分析

降压型、升压型和升压-降压型DC-DC变换器是应用广泛的基本开关DC-DC变换器.电流模式控制开关DC-DC变换器在较宽的电路参数范围内具有两个边界,基于开关切换前后电感电流的上升和下降斜率,建立了斜坡补偿电流模式控制开关DC-DC变换器的统一模型.该模型进行无量纲归一化处理后只有三个参数,可有效展示开关DC-DC变换器在电感电流连续传导模式(CCM)和电感电流不连续传导模式(DCM)时的动力学特性.利用此模型,导出了轨道状态发生转移时的两个分界线方程,由此确定了开关DC-DC变换器的稳定周期1域、CCM鲁棒混沌域和DCM弱混沌强阵发域三个工作状态区域.开关DC-DC变换器二维参数映射图和电流模式控制降压型DC-DC变换器的电路实验观察验证了由两条分界线划分工作状态域的正确性.     

DC-DC变换器的信息熵分析

为确定不同反馈系数k下DC-DC变换器系统的行为,结合系统处于周期状态时的稳定性和系统处于混沌时不会重复经过每一点的特点,提出了一种采用极限思想和信息熵来估计DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法能准确分析系统处于周期状态和混沌状态的熵值,量化了DC-DC变换器倍周期分叉和混沌行为.以一阶电压反馈DCM Boost变换器和DCM Buck变换器为例进行仿真.研究结果表明,所提出的信息熵可以准确反映分叉点、周期数及产生混沌的位置,完善了该类变换器非线性动力学分析的理论和方法.     

基于比例积分控制的电压反馈型Buck变换器分岔

在分段光滑模型的基础上,推导出基于比例积分(PI)控制的电压反馈型Buck变换器的光滑模型及离散迭代模型.证明了功率系统的混沌吸引子在负载线上运动,并受到占空比的控制,模型的流形围绕吸引子运动并出现1周期、2周期及混沌现象;推导出电压反馈型PI控制系统的输出电压与Buck变换器的输出电压成线性关系,在此基础上指出PI控制中的比例因子起主导作用;分析了系统的倍周期分岔、边界碰撞和混沌现象,并展示了变换器状态的转移过程.实验结果表明了理论建模分析和仿真的正确性.     

电压模式控制不连续传导模式 boost变换器切分岔研究

电压模式控制boost变换器能产生多种分岔形式,对其分岔中的一类重要的切分岔现象进行了详细研究. 首先根据系统的一次离散迭代映射推导出其三次离散迭代映射模型,基于非线性系统理论中的切分岔定理, 从数学上推导出此类变换器产生切分岔现象的条件,并通过数值仿真研究了电路参数对这类变换器切分岔现象的影响.研究结果表明:当系统的反馈系数处在一定范围内时,该类变换器会出现切分岔和阵发混沌现象. 最后通过实验研究boost变换器中存在的这类不稳定非线性现象,验证了理论分析和数值仿真的正确性.     

不连续导电模式DC-DC变换器的倍周期分岔机理研究

根据一般迭代映射的倍周期分岔定理,从数学上论证了电压型不连续导电模式(DCM) Boost和Buck变换器中倍周期分岔现象产生条件,由此揭示了DC-DC变换器中倍周期分岔现象发生的机理,完善了该类变换器倍周期分岔分析的理论和方法. 关键词： 倍周期分岔 迭代映射 Lyapunov 指数 施瓦茨导数     

电压控制不连续导电模式DC-DC变换器的熵特性研究

结合DC-DC变换器非线性特性随反馈增益k变化的关系,以及熵能够反映序列总体统计特征的特点,提出一种基于熵估计DC-DC变换器非线性行为的新方法. 以一阶电压反馈不连续导电模式 DCM Buck和Boost变换器为例,详细分析了不同反馈增益k和初值x₀形成的数值序列及熵的分布情况. 研究结果表明：DC-DC变换器的熵由反馈增益k决定,与初值x₀无关,最终小于理论极大值log₂N （N为统计区间个数）;熵能够准确区分DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,从而得到一种新的可量化的DC-DC变换器非线性动力学行为指标;完善了该类变换器非线性动力学分析的理论和方法. 关键词： DC-DC变换器 熵 混沌 k')" href="#">反馈增益k     

DC-DC变换器的符号时间序列描述及模块熵分析

本文提出了一种采用符号时间序列和熵理论分析DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法首先用离散时间序列描述非线性连续系统,然后将其转换为由简单字符构成的符号序列,再用信息学方法计算出该符号序列的模块熵,从而得到一种新的可量化的非线性动力学行为统计指标.文中以一阶电压反馈DCM和二阶电流反馈CCM Boost变换器为例进行研究.研究结果表明,模块熵这种粗粒化的统计分析方法,能够量化DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,且能够准确地确定混沌行为的发生,是一种尚未在DC-DC变换器中提出的简单、实用的分析方法. 关键词： 符号时间序列 符号动力学 模块熵 Lyapunov指数     

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.     

Sampled-data modeling and dynamical effect of output-capacitor time-constant for valley voltage-mode controlled buck-boost converter

By analyzing the output voltage ripple of a buck-boost converter with large equivalent series resistance(ESR) of output capacitor, one valley voltage-mode controller for buck-boost converter is proposed. Considering the fact that the increasing and decreasing slopes of the inductor current are assumed to be constant during each switching cycle, an especial sampleddata model of valley voltage-mode controlled buck-boost converter is established. Based on this model, the dynamical effect of an output-capacitor time-constant on the valley voltage-mode controlled buck-boost converter is revealed and analyzed via the bifurcation diagrams, the movements of eigenvalues, the Lyapunov exponent spectra, the boundary equations,and the operating-state regions. It is found that with gradual reduction of output-capacitor time-constant, the buck-boost converter in continuous conduction mode(CCM) shows the evolutive dynamic behavior from period-1 to period-2, period-4, period-8, chaos, and invalid state. The stability boundary and the invalidated boundary are derived theoretically by stability analysis, where the stable state of valley voltage-mode controlled buck-boost converter can enter into an unstable state, and the converter can shift from the operation region to a forbidden region. These results verified by time-domain waveforms and phase portraits of both simulation and experiment indicate that the sampled-data model is correct and the time constant of the output capacitor is a critical factor for valley voltage-mode controlled buck-boost converter, which has a significant effect on the dynamics as well as control stability.     

Sampled-data modeling and dynamical effect of output-capacitor time-constant for valley voltage-mode controlled ewline buck-boost converter

By analyzing the output voltage ripple of a buck-boost converter with large equivalent series resistance (ESR) of output capacitor, one valley voltage-mode controller for buck-boost converter is proposed. Considering the fact that the increasing and decreasing slopes of the inductor current are assumed to be constant during each switching cycle, an especial sampled-data model of valley voltage-mode controlled buck-boost converter is established. Based on this model, the dynamical effect of an output-capacitor time-constant on the valley voltage-mode controlled buck-boost converter is revealed and analyzed via the bifurcation diagrams, the movements of eigenvalues, the Lyapunov exponent spectra, the boundary equations, and the operating-state regions. It is found that with gradual reduction of output-capacitor time-constant, the buck-boost converter in continuous conduction mode (CCM) shows the evolutive dynamic behavior from period-1 to period-2, period-4, period-8, chaos, and invalid state. The stability boundary and the invalidated boundary are derived theoretically by stability analysis, where the stable state of valley voltage-mode controlled buck-boost converter can enter into an unstable state, and the converter can shift from the operation region to a forbidden region. These results verified by time-domain waveforms and phase portraits of both simulation and experiment indicate that the sampled-data model is correct and the time constant of the output capacitor is a critical factor for valley voltage-mode controlled buck-boost converter, which has a significant effect on the dynamics as well as control stability.     

Chaos, bifurcation and intermittent phenomena in DC-DC converters under resonant parametric perturbation

DC-DC converters act as a black box to study various bifurcations. In the present study, the influence of external periodic interference signal in the input of DC-DC voltage-mode controlled buck converter has been considered. It is found that the presence of sinusoidal or saw-tooth interference signal whose frequency is comparable with the switching frequency of the converter or its rational multiples manifests as remerging chaotic band attractors (or Feigenbaum trees) and intermittent chaos. However, the presence of sinusoidal interference signal having irrational frequency ratios with the switching frequency of the converter leads to quasi-periodic route to chaos. The study was carried out both theoretically and experimentally.     

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     

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.     

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.     

感应电能传输系统多谐振点及其自治振荡稳定性分析

以串联型感应电能传输(IPT)系统为例,用非线性动力学的方法研究了IPT系统的多谐振点的判断及稳定性分析问题.建立了系统的频闪映射模型,根据不动点理论推导出了系统的稳态响应分段解析函数式,并在此基础上,给出了系统谐振工作点的理论判据,结合系统庞加莱映射的雅可比矩阵特征值分布情况,给出了谐振点的稳定性判据.结合具体实例系统,讨论了其多谐振点现象,并通过仿真和实验进行了验证,证明了本文理论分析结果的正确性.本文所提出的分析方法也可为其他类似谐振变换电路的建模及稳态工作点分析提供一定的理论参考. 关键词： 感应电能传输(IPT) 频闪映射 雅可比矩阵 稳定性     

电压模式BUCK变换器输出延迟反馈混沌控制

将输出时间延迟反馈控制(TDFC)引入到电压模式BUCK变换器控制中，实现了对原系统的混沌控制.利用谐波平衡法，基于频域量化分析，确定出延迟时间和反馈增益的调节范围.同时在延迟时间比开关周期小得多的情况下，将TDFC等效为一类简单的无源反馈控制，二者仿真控制结果基本一致.最后搭建该无源反馈控制电压模式BUCK变换器实验电路，验证了所提控制方式可以快速实现系统混沌态到单周期态的过渡，而且电压和电流纹波得到减小.