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提高DC/DC转换器EMC性能的新策略

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:392

  摘要:为了提高dc/dc转换器的电磁兼容性,基于混沌现象的宽频谱特性提出了一种新的dc/dc转换器控制策略。首先推导了能够产生可控幅度混沌序列的logistic映射形式,然后利用混沌序列对电流滞环控制策略的电流参考值进行扰动。从而扩展了电感电流的功率谱,降低了在开关频率及其谐波频率上发射的电磁干扰。仿真研究证明,该控制策略可以改善的dc/dc转换器电磁兼容性能。

  关键词:dc/dc转换器;电力电子;混沌;电磁兼容

  近年来由于各种电气、电子设备数量的急剧增加,使设备间的电磁兼容性(emc)日益受到了人们的重视。欧共体已经规定,从1996年1月1日起进入欧共体市场的电子、电气产品必须符合相关的emc标准,否则不允许在欧洲市场流通。因此,为了提高电子、电气产品在国际市场上的竞争力,emc性能是一个不容忽视的问题。

  采用脉宽调制(pwm)模式控制的dc/dc电源模块在正常工作时,所有的电压电流波形都是周期的。因此,在开关频率及其谐波频率上会产生较强的电磁干扰(emi),从而使整个设备不能满足相关emc标准的要求。

  混沌现象是近年来非线性理论研究的一个热点。混沌序列具有类似随机序列的宽频谱特性,且易于产生。本文利用混沌序列的特点,提出了一种新的dc/dc转换器控制策略,该控制策略降低了变换器在开关频率及其高次谐波频率上的emi。

  
logistic映射有多种表达式,如式1所示是常见的一种。

把u做为分叉参数,由分叉理论可知,当u=3和时系统分别产生周期2和周期4不动点。系统发生混沌的临界值

式中δ≈4.6692为feigenbaum常数。代入数值计算,uc≈3.5714,如图1a所示。由图可知,当分叉参数u=4时,x系统处于混沌状态,变量x在区间(0,1)内取值。

为了得到可在任意范围内取值,且其均值为0的混沌序列,做如下变换:

代入式(1),令u=4并且在满足迭代序列平均值为0条件下,整理得到

   为了便于表述,称式(4)为变形losgistic映射。利用变形losgistic映射得到的混沌序列,其取值围由参数a控制,且均值为零。当a=0.4时得到的在(-0.2,0.2)内取值的混沌序列如图1c所示。

(a)logistic映射分叉图

(b)logistic映射产生的混沌序列(u=4)

(c)变形logistic映射产生的混沌序列(a=0.4)

图1logistic映射

新控制策略的原理

  如图2所示为一种常见的dc/dc控制策略——滞环控制策略。该控制策略限定了电感电流波动的最大值itop和最小值ibotton,电感电流波形如图3a所示。此时,电感电流为周期的,变换器有固定的开关周期t。设电感电流为ilp(t),则

式中t为开关周期。对式(5)做傅里叶变化,应用移位定理并整理得

式中ilp(w)是ilp(t)的傅里叶变换。因为

  可以看到,由于在该工作模式下电流波形是一个周期波形,从频域的角度,电流的频谱是离散的,所以电流的能量集中在开关频率及其高次谐波上,使这些频率上的电流分量较大,频率的emi也较大。




通过分析相应的emc标准发现,该标准往往是对在一定范围内的emi的最大值进行了规定,而工作在周期状态下的dc/dc模块在开关频率或其谐波频率上的emi可能会超过规定值,从而使该dc/dc模块不能遵守该emc标准。此时,可以通过扩展频谱的方法来提高降低dc/dc在开关频率及其谐波频率上的emi来满足相应的emc标准。基于此本文提出的新的控制策略

  摘要:为了提高dc/dc转换器的电磁兼容性,基于混沌现象的宽频谱特性提出了一种新的dc/dc转换器控制策略。首先推导了能够产生可控幅度混沌序列的logistic映射形式,然后利用混沌序列对电流滞环控制策略的电流参考值进行扰动。从而扩展了电感电流的功率谱,降低了在开关频率及其谐波频率上发射的电磁干扰。仿真研究证明,该控制策略可以改善的dc/dc转换器电磁兼容性能。

  关键词:dc/dc转换器;电力电子;混沌;电磁兼容

  近年来由于各种电气、电子设备数量的急剧增加,使设备间的电磁兼容性(emc)日益受到了人们的重视。欧共体已经规定,从1996年1月1日起进入欧共体市场的电子、电气产品必须符合相关的emc标准,否则不允许在欧洲市场流通。因此,为了提高电子、电气产品在国际市场上的竞争力,emc性能是一个不容忽视的问题。

  采用脉宽调制(pwm)模式控制的dc/dc电源模块在正常工作时,所有的电压电流波形都是周期的。因此,在开关频率及其谐波频率上会产生较强的电磁干扰(emi),从而使整个设备不能满足相关emc标准的要求。

  混沌现象是近年来非线性理论研究的一个热点。混沌序列具有类似随机序列的宽频谱特性,且易于产生。本文利用混沌序列的特点,提出了一种新的dc/dc转换器控制策略,该控制策略降低了变换器在开关频率及其高次谐波频率上的emi。

  
logistic映射有多种表达式,如式1所示是常见的一种。

把u做为分叉参数,由分叉理论可知,当u=3和时系统分别产生周期2和周期4不动点。系统发生混沌的临界值

式中δ≈4.6692为feigenbaum常数。代入数值计算,uc≈3.5714,如图1a所示。由图可知,当分叉参数u=4时,x系统处于混沌状态,变量x在区间(0,1)内取值。

为了得到可在任意范围内取值,且其均值为0的混沌序列,做如下变换:

代入式(1),令u=4并且在满足迭代序列平均值为0条件下,整理得到

   为了便于表述,称式(4)为变形losgistic映射。利用变形losgistic映射得到的混沌序列,其取值围由参数a控制,且均值为零。当a=0.4时得到的在(-0.2,0.2)内取值的混沌序列如图1c所示。

(a)logistic映射分叉图

(b)logistic映射产生的混沌序列(u=4)

(c)变形logistic映射产生的混沌序列(a=0.4)

图1logistic映射

新控制策略的原理

  如图2所示为一种常见的dc/dc控制策略——滞环控制策略。该控制策略限定了电感电流波动的最大值itop和最小值ibotton,电感电流波形如图3a所示。此时,电感电流为周期的,变换器有固定的开关周期t。设电感电流为ilp(t),则

式中t为开关周期。对式(5)做傅里叶变化,应用移位定理并整理得

式中ilp(w)是ilp(t)的傅里叶变换。因为

  可以看到,由于在该工作模式下电流波形是一个周期波形,从频域的角度,电流的频谱是离散的,所以电流的能量集中在开关频率及其高次谐波上,使这些频率上的电流分量较大,频率的emi也较大。




通过分析相应的emc标准发现,该标准往往是对在一定范围内的emi的最大值进行了规定,而工作在周期状态下的dc/dc模块在开关频率或其谐波频率上的emi可能会超过规定值,从而使该dc/dc模块不能遵守该emc标准。此时,可以通过扩展频谱的方法来提高降低dc/dc在开关频率及其谐波频率上的emi来满足相应的emc标准。基于此本文提出的新的控制策略

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