电流模式SEPIC变换器倍周期分岔现象研究

以SEPIC变换器中前置电感电流为控制对象,建立了SEPIC变换器断续电流模式下的离散时间模型, 并分析了不动点的稳定性.通过相轨图、功率谱图以及分岔图, 发现电路中存在一种特殊的倍周期分岔现象——电路的运行状态经历了1倍周期、 2倍周期、4倍周期再到2倍周期、4倍周期,最终进入混沌状态.实验结果与仿真结果相一致, 证实了SEPIC变换器在断续电流模式下存在这种倍周期分岔现象.     

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     

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     

Dynamical analysis and experimental verification of valley current controlled buck converter

The dynamical behaviours of valley current controlled buck converter are studied by establishing its corresponding discrete iterative map model in this paper. Time-domain waveforms and phase portraits of valley current controlled buck converter are obtained by Runge--Kutta algorithm through a piecewise smooth switching model. The research results indicate that the valley current controlled buck converter exhibits rich nonlinear phenomena, and it has routes to chaos through period-doubling bifurcation and border-collision bifurcation in a wide parameter range. Interesting inverse nonlinear behaviours compared with peak current controlled buck converter are observed in the valley current controlled buck converter. Analysis and simulation results are verified by experimental results.     

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.     

Dynamics and stabilization of peak current-mode controlled buck converter with constant current load

The discrete iterative map model of peak current-mode controlled buck converter with constant current load(CCL),containing the output voltage feedback and ramp compensation, is established in this paper. Based on this model the complex dynamics of this converter is investigated by analyzing bifurcation diagrams and the Lyapunov exponent spectrum. The effects of ramp compensation and output voltage feedback on the stability of the converter are investigated. Experimental results verify the simulation and theoretical analysis. The stability boundary and chaos boundary are obtained under the theoretical conditions of period-doubling bifurcation and border collision. It is found that there are four operation regions in the peak current-mode controlled buck converter with CCL due to period-doubling bifurcation and border-collision bifurcation. Research results indicate that ramp compensation can extend the stable operation range and transfer the operating mode, and output voltage feedback can eventually eliminate the coexisting fast-slow scale instability.     

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     

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.     

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     

Driven injection of a polymer into a spherical cavity: A Langevin dynamics simulation study

The injection of a self-avoiding flexible polymer into a spherical cavity under a driving force is studied by using Langevin dynamics simulation. For given polymer length (N) and driving force (f), the polymer can be completely injected into the cavity only when the radius of the cavity is larger than a transition radius (R_eC). The dependence of R_eC on N and f can be described by a scaling relation R_eC∝N^1/3f^-δ. The value of δ changes from 4/15 in the small f region to 1/6 in the moderate f region due to the screening of the excluded-volume interaction between monomers. We find the complete injection time (τ) decreases monotonously with increasing the cavity radius or decreasing the polymer length. The simulation results are in good agreement with the theoretical predictions from the free energy analysis and a simple kinetic model.     

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     

二维圆盘颗粒体系声学行为的数值研究

数值测量了卸载过程中二维单分散圆盘颗粒系统的横波、纵波声速、声衰减系数、非线性系数随压强的变化以及声衰减系数随频率的变化.结果表明,二维(2D)圆盘颗粒体系的横波、纵波声速均随压强呈分段幂律标度:当压强P10~(-4)时,横波、纵波声速随压强的增大而减小;当P10~(-4)时,有v_t~P~(0.202),v_l~P~(0.338).进一步得到其剪切模量和体积模量的比值G/B也随压强呈幂律标度,G/B~P~(-0.502),暗示在低压强下,与三维(3D)球形颗粒体系类似,2D圆盘颗粒体系也处于L玻璃态.水平激励和垂直激励下2D圆盘颗粒系统的衰减系数随频率变化也呈现分段行为:当频率f0.05时,衰减系数不随f变化;当f0.05时,横波纵波的衰减系数α~f;当f0.35时,横波衰减系数α_T~f~2,纵波衰减系数α_L~f~(1.5).此外,竖直水平激励下的2D圆盘颗粒系统的非线性系数和衰减系数随压强也呈现与声速类似的分段规律:当P10~(-4)时,横波非线性系数β_T~P~(-0.230),其余都不随压强变化.当P10~(-4)时,两者均随压强增大呈幂律减小:β_T~P~(-0.703),β_L~P~(-0.684),α_T~P~(-0.099),α_L~P~(-0.105).进而得到2D圆盘颗粒系统中散射相关的特征长度?~*随压强呈幂律标度,当P10~(-4)时,?~*~P~(-0.595);当P10~(-4)时,?~*~P~(0.236).     

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.     

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.     

1/f Noise in dye-sensitized solar cells and NIR photon detectors

All electronic devices are plagued with 1/f noise originating from many causes. The most important factors contributing to 1/f noise in a semiconductor is believed to be recombination of carriers and their trapping at defects and impurity sites. Adsorption of moisture and electron acceptor molecules enhances the intensity of 1/f noise. Amazingly, some molecular species that strongly chelate to the semiconductor surface, suppress 1/f noise owing to passivation of the recombination sites. Thus in addition to sensitization, the dye adsorbed on the nanocrystallites plays a key role in mitigation of recombinations. For this reason dye-sensitized heterojunctions could also find application as low noise NIR photon detectors. Experiments conducted with oxide semiconductors (TiO₂, ZnO, SnO₂) indicate that the mode of binding of dyes at specific sites determines the extent to which the recombination and 1/f noise are suppressed. The transport of electrons in a nanocrystalline matrix is diffusive with a diffusion coefficient D depending on the trapping and detrapping processes. Thus passivation of trapping sites by the adsorbed dye is expected to increase the response time which can be expressed as τ  L²/D, where L = thickness of the nanocrystalline film. Measurement techniques and construction of a dye-sensitized NIR photon detector will be discussed.     

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     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象研究

揭示了脉冲跨周期调制(pulse skipped modulation,PSM)电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck变换器中存在的低频波动现象,分析了PSM调制CCM Buck变换器的能量转换过程,阐述了低频波动的产生机理,给出了低频波动的判断条件.建立了PSM调制CCM Buck变换器的同步开关映射模型,基于该模型给出了电感电流与输出电压随输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)变化的分岔图,分析了ESR对低频波动的影响.为消除PSM调制CCM Buck中存在的低频波动,提出了电容电流脉冲跨周期调制(capacitor current pulse skipped modulation,CC-PSM)方法.研究结果表明:在ESR较小时,CC-PSM调制CCM Buck变换器消除了PSM调制CCM Buck变换器存在的低频波动.仿真与实验结果验证了理论分析的正确性.     

电流反馈型Buck变换器二维分段光滑系统边界碰撞和分岔研究

最近几年,边界碰撞分岔已经引起了越来越多的关注.以不连续导通模式下的电流反馈型Buck变换器为例,推导出两个边界三段形式的分段光滑系统的离散映射模型.数值仿真得到以参考电流为分岔参数的分岔图,然后具体分析定点的稳定存在域、分叉图中各段的映射构成和边界碰撞点处工作模式的转换.最后软件仿真和实验验证了二维分段光滑系统边界碰撞和分岔行为的正确性.