摘要:以一个能产生混沌、亚超混沌与超混沌信号的电路为信号源,以boost型dc/dc变换器为对象,研究混沌的性质(混沌、亚超混沌以及超混沌)对降低开关电源电磁干扰水平效果的影响。仿真结果表明:不同性质的混沌序列,有不同的降低boost型变换器的电磁干扰水平的效果。

　　关键词:混沌;亚超混沌;超混沌;电磁干扰

　　随着电力电子技术的快速发展,开关电源正日益得到广泛应用。但是随着开关电源的高频化和大容量化,其在换流过程中产生了严重的电磁干扰,这些干扰严重污染了周围电磁环境和电源系统,从而制约了功率转换的应用。方献分析结果表明,开关调制信号的特性影响降低电磁干扰水平的效果。相应地,不同的混沌信号也会对降低电磁干扰水平的效果产生影响。本文以一个能产生混沌、亚超混沌与超混沌信号的电路[3]为信号源,以boost型dc/dc变换器为对象,研究不同混沌调制信号对降低开关电源电磁干扰水平效果的影响,为生成混沌开关调制信号的混沌信号源优化选择提供参考依据。

超混沌电路及其混沌调制信号

　　“超混沌电路”由5个线性元件和一个非线性电容元件组成。其电路如图1(a)所示。图1(b)为非线性电容元件的库伏特性。

　　对图1(a)中电路,取非线性电容c1极板上的电荷q1、流过电感l1中的电流il1、线性电容c2两端的电压uc2以及流过电感l2的电流il2作为状态变量,并对其进行归一化处理后有

　　当电路归一化参数取b=0.5369、c=0.3725、d=0.0354、e=0.5890、f=0.8489,a作为分岔参数改变。当分岔参数 a∈(0.05,0.15)时,电路先后输出超混沌、亚超混沌及混沌信号。本文选取该参数范围内3种性质的混沌信号作为信号源,按照文献中生成混沌开关调制信号的原理,获得混沌开关调制信号。

　　典型超混沌信号及相图如图2(a)、(b)所示,此时超混沌信号对应的李雅普诺夫指数为:λ1=0.042λ2=0.008,λ3=0.000, λ4=-0.067。用于计算机模拟中除图中给出的超混沌信号外,对应的混沌和亚超混沌信号的李雅普诺夫指数分别为:λ1=0.029,λ2= 0.000,λ3=-0.038,λ4=-0.097和λ1=0.033,λ2=0.000,λ3=0.000,λ4=-0.073。

　　根据文献,混沌开关调制信号有表1以标准pwm为参照的4种调制模式。即标准pwm脉的参数由混沌序列调制的“混沌脉冲宽度调制” (cpwm)、“混沌脉冲位置调制”(cppm)、“定占空比混沌载频调制”(ccfmfd)以及“变占空比混沌载频调制”(ccfmvd)。各种调制模式的具体调制过程为:对cpwm模式,开关导通时间由ton=t/2+(x(n)-x)t/k决定,k=2;对cppm模式,开关延迟时间位于 [0,0.5t];对ccfmvd模式,与cpwm一样,使开关导通时间ton=t/2+(x(n)-x)t/k随混沌序列变化,开关断开时间为 0.5t,由于导通时间变化,断开时间固定,周期变化,占空比不定;对ccfmfd模式,每一个开关周期t(n)=t+(x(n)-x)t/k都是变化的,开关的占空比固定。两种混沌载频调制模式下k=2,占空比或平均占空比均为0.5。

混沌信号调制下boost型变换器电磁干扰水平分析

　　boost型变换器电路如图3所示。用于计算机模拟的电路中,取电源电压vin=10v、电感l=1mh、电容c=12μf。按前述方式生成的各种混沌开关调制信号的平均频率为10khz,平均占空比取为0.5。为对比,文中所给出的结果均以占空比等于0.5的标准pwm为比较对象。为保证结果的可靠性,模拟中使用的软件已应用标准电路结果进行了校验。

　　大量的计算机模拟表明,不论是使用混沌还是超混沌信号生成混沌开关调制信号,都可以降低boost型变换器输入电流的谐波谱峰值,但不同的混沌调制模式有不同的频谱扩展结果。在相同输出电压条件下,以标准pwm模式为参考,将4种混沌调制模式进行横向比较可以得到:谐波峰值平均降低量以ccfmfd 模式为最大,ccfmvd模式次之,cpwm模式效果最差。这与文献使用“蔡氏电路”双涡卷混沌序列调制模式下对buck型变换器进行计算机模拟所得结果一致。就同一种开关调制模式而言,不同性质混沌对ccfmfd模式的影响如表2所示。即在电路参数、输出直流电压、调制模式都相同的情况下,仅仅改变调制信号的性质得到的结果。

　　从表中给出的以标准周期pwm前19次谐波为参照的数据可以看出,分别在混沌、亚超混沌及超混沌信号调制下,各次谐波对应处的频谱数值都得到了明显的降低。在混沌信号调制下,谐波对应处的频谱数值平均降低14.87分贝(db);在亚超混沌信号调制下,谐波对应处的频谱数值平均降低16.84分贝 (db);在超混沌信号调制下,谐波对应处的频谱数值平均降低17.86分贝(db)。若以欧盟(89/336/eec指令)电