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.     

峰值电流模式控制同步开关Z源变换器的动力学研究

Z源变换器由于Z源网络的嵌入,具有高电压传输比,降低开关器件损耗,提高系统效率等优点,在直流变换、逆变等许多领域具有广泛的应用.本文研究了基于峰值电流模式控制的同步开关Z源变换器的非线性动力学,建立了连续电流模式下同步开关Z源变换器的离散迭代映射模型;通过特征值的运动轨迹分析了参考电流对系统稳定性的影响,给出了系统稳定运行的参数域;基于分岔图和Lyapunov指数图发现了此变换器存在倍周期分岔、边界碰撞分岔、切分岔和阵发混沌,分析了边界碰撞分岔和混沌演化过程及其产生的机理;最后通过电路仿真和实验验证了理论分析的正确性.研究结果表明:随着参考电流的增加,峰值电流模式控制同步开关Z源变换器从周期1经历倍周期分岔进入周期2和周期4,然后由于边界碰撞分岔过渡到阵发混沌态,接着通过切分岔进入周期3,最后再次由于边界碰撞分岔进入混沌态.     

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.     

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     

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．     

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.     

基于电流基准的开关变换器脉冲序列控制方法

提出和分析了一种新的开关DC-DC变换器控制方法,基于电流基准的脉冲序列(current referenced pulse train,CR-PT)控制方法.CR-PT控制方法通过在每个开关周期检测和比较变换器的输出电压和负载电流,在多个等级不同的预设脉冲中选取其一作为该周期的有效控制信号.以Buck变换器为例对CR-PT控制方法的工作原理、实现方式、控制规律、稳态和瞬态特性进行了详细研究.研究结果表明:CR-PT控制在具有瞬态响应速度快、设计和实现简单易行稳定性好等优点的同时,其稳态性能远优于已有的脉冲序列控制.     

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     

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。     

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     

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.     

Symmetrical dynamical characteristic of peak and valley current-mode controlled single-phase H-bridge inverter

Complex dynamical phenomenon was studied in the single phase H-bridge inverter which was controlled by either a peak current or a valley current. The state functions and the discrete iterative map equations were established to analyze the dynamical phenomenon in the single phase H-bridge inverter. The dynamical characteristics of the single phase H- bridge inverter, such as time domain waveform diagram, bifurcation diagram, and folding map, were obtained by using the numerical calculation when the circuit parameters varied in specific range. Moreover, the simulation results were obtained by using the OrCAD-PSpice software to validate the numerical calculation. Both the numerical calculation and the circuit simulation show that the symmetrical dynamical phenomenon occurs in the single phase H-bridge inverter controlled by the peak current or the valley current.     

开关变换器多级脉冲序列控制研究

提出一种新的开关变换器控制方法,多级脉冲序列（multilevel pulse train, MPT）控制方法.MPT控制器可根据开关变换器的工作状态,将多个强弱等级不同的控制脉冲组成脉冲序列对变换器进行控制.MPT控制方法易于实现,控制系统具有良好的瞬态特性和鲁棒性,可以应用于各种拓扑结构的开关变换器.介绍了MPT控制方法的原理和实现方式,详细阐述了MPT控制Buck变换器的工作特性、控制规律和小信号模型,并进行了分析对比、仿真和实验研究.研究结果表明,MPT控制变换器比传统PWM控制变换器瞬态性能更好 关键词： 开关变换器 多级脉冲序列 控制方法 buck变换器     

直流-直流开关变换器分段光滑系统带权 Lempel-Ziv复杂度分析

利用直流-直流开关变换器分段光滑系统切换过程中电路拓扑结构改变的特点, 监测每个开关周期中的开关状态, 运用计算机逻辑运算中二进制转十进制的方法提出一种新型的开关模块概念, 并用其量化系统在单个开关周期中的复杂程度建立了分段光滑系统的符号时间序列. 根据Lempel-Ziv (L-Z) 复杂度和由新型开关模块建立的符号时间序列进一步提出带权L-Z复杂度概念, 从单一变量符号时间序列中定性分析分段光滑系统的稳定性、 非线性和复杂程度, 并且揭示出系统的运动规律和动力学结构.最后, 以电流反馈型buck变换器为例具体说明新型开关模块时间 序列的建立和带权L-Z复杂度的分析结果.     

一种数字控制单相全桥逆变电路运动行为分析方法研究

考虑到数字控制单相全桥逆变电路PWM调制方法和滤波器、负载结构的多样性, 以及利用状态转移矩阵对系统运动行为分析方法的局限性. 通过解析表达状态转移矩阵中的元素, 本文提出了一种可以解析描述具有N个状态变量、一个开关周期内M次拓扑 变化的数字控制单相全桥逆变电路(简称N-M数字控制单相全桥逆变电路)系统参数 与运动行为关系的分析方法. 以3-3数字控制单相全桥电压逆变电路为例对上述分析方法进行了验证, 推导出了该三阶电路发生Hopf分岔的解析判别式、稳定范围及Hopf分岔振荡频率的解析表达式, 并通过Simulink仿真及电路实验证明了理论分析的正确性.     

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     

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.