电流模式Boost变换器反混沌抑制EMI的研究

近年来, 人们对开关变换器的混沌现象的研究取得了很大的进展。电流模式的Boost变换器是人们经常研究的对象。文献[1,2]建立了开环电流模式的Boost变换器的二维离散时间映射。文献[3～4]建立了闭环电流模式的Boost变换器的二维离散时间映射, 但其中的电压反馈只采用了比例运算, 输出电压会出现稳态误差。

本文建立了闭环电流模式的Boost变换器的三维离散时间映射, 利用该离散时间映射可以得到电感电流关于输入电压的分叉图, 从而可以选择合适的输入电压使开关变换器工作于混沌状态。实验表明, 该离散时间映射得到的电感电流关于输入电压分叉图是正确的。电流模式Boost变换器自激混沌抑制EMI的效果良好, 对输出电压的纹波影响较小。

1 电流模式Boost变换器的离散时间映射

电流模式Boost变换器开关管导通时, 电感电流增加。当电感电流增加到参考电流时, 触发器输出为“0”, 开关管被关断, 电感电流减少, 产生的感应电动势叠加在电源电压上对电容充电。当下一个周期的时钟脉冲到来时, 触发器输出为“1”, 开关管重新导通, 开始新的循环。电压反馈回路的等效电路如图1示, 由图1可知, 闭环时的控制电压可由下述方程组求解:

开关管由导通到关断的切换条件为

电流模式Boost变换器电感电流关于输入电压的分叉图如图2所示。可以看出, 当电源电压E=18V时, 开始出现倍周期分叉;当电源电压E<15.5V时, 处于混沌状态。

2 仿真验证

图3为仿真得到的稳定态和自激混沌状态的输出电压纹波。从图3可以看出, 输出电压在36V (变换器设定的输出值) 附近波动, 纹波电压大约为50mV左右。

3 结语

本文建立的闭环电流模式Boost变换器的封闭三阶离散时间映射, 是分析Boost变换器的混沌特性的一个有效数学模型。仿真结果可以看出, 反混沌的闭环电流模式Boost变换器具有较好的EMI抑制特性。

摘要：本文在闭环电流模式Boost变换器的封闭三维离散时间映射的基础上得到了电感电流关于输入电压的分叉图。根据分叉图选择合适的参数使闭环电流模式Boost变换器工作在混沌状态。实验表明, 闭环电流模式Boost变换器反混沌抑制EMI的效果较好, 对输出电压的纹波影响较小。

关键词：变换器,反混沌,电磁干扰,电磁兼容

参考文献

[1] Soumitro Banerjee, KrishnenduChakrabarty.Nonlinear Modeling and bifurcations in the boost converter.IEEE, 1998, 13 (2) :252～260.

[2] William C.Y.Chan, Chi K.Tse.Study of bifurcatio–ns in current-programmed DC-DC boost converters from quasiperiodicity to period-doubling.IEEE, 1997, 44 (12) :1129～1142.

[3] Stjepan Pavljasevic, Dragan Maksimovic.Using a discrete-time model for large-signal analysis of a current-programmed boost converter.IEEE, 1991, 40 (3) :715～721.

[4] Mario di Bernardo, Francesco Vasca.Discrete-time maps for the analysis of bifurcations and chaos in DC-DC converters.IEEE, 2000, 47 (2) :130～143.