V~2控制开关DC-DC变换器及其非线性动力学研究

发布时间：2018-05-28 15:01

本文选题：开关变换器 + 峰值V~2控制　；参考：《西南交通大学》2014年博士论文

【摘要】：随着电子技术的发展,各种新型电子产品的功能越来越完善,对电源的瞬态响应速度及稳定性要求越来越高。开关电源的V2控制技术因其具有快速的负载瞬态响应速度而受到了研究者的广泛关注。已有文献对V2控制开关变换器的研究主要体现在控制原理、小信号建模、瞬态特性分析和控制方法优化等。开关变换器属于分段光滑的非线性时变系统,存在低频波动、次谐波振荡、倍周期分岔、边界碰撞分岔和混沌等非线性动力学现象。运用动力学理论分析和揭示V2控制开关变换器内在的非线性动力学现象及其产生机理,对V2控制开关变换器的参数设计和选择具有十分重要的理论和指导意义。本论文建立了峰值和谷值V2控制Buck变换器的一阶等效离散映射模型。基于一阶等效模型,利用分岔图、Lyapunov指数、状态参数空间等动力学分析方法对峰值和谷值V2控制Buck变换器的非线性特性及稳定性进行了研究,并分析了斜坡补偿对其动力学行为及稳定性的影响。从动力学的角度分析了峰值和谷值V2控制Buck变换器的稳定运行参数范围：峰值V2控制在占空比小于0.5时稳定运行,谷值V2控制在占空比大于0.5时稳定运行；利用斜坡补偿既可以拓展V2控制Buck变换器的稳定运行参数范围,也可以使工作于断续导电模式(discontinuous conduction mode, DCM)的峰值V2控制Buck变换器向连续导电模式(continuous conduction mode, CCM)转移。建立了峰值和谷值V2控制Buck变换器的二阶精确离散映射模型,推导了相应的输出电压边界、Jacobi矩阵和特征值,采用分岔图、特征值运动轨迹、最大Lyapunov指数、庞加莱映射等方法详细研究了基于二阶精确模型的峰值和谷值V2控制Buck变换器的非线性动力学行为和稳定性,并对峰值和谷值V2控制Buck变换器进行了对比分析。研究结果表明：在CCM模式,以输入电压、参考电压、比例系数为分岔参数时,峰值和谷值V2控制Buck变换器具有相反的分岔特性,即：随着分岔参数的增大,谷值(峰值)V2控制Buck变换器具有从CCM周期1依次经历1次倍周期分岔和1次边界碰撞分岔后进入CCM混沌状态的分岔(逆分岔)路由；以输出电容及其ESR为分岔参数时,峰值和谷值V2控制Buck变换器具有相同的分岔特性,即：随着分岔参数的减小,谷值和峰值V2控制变换器从CCM周期1依次经历3次倍周期分岔和1次边界碰撞分岔后进入CCM混沌状态的分岔路由。结合Boost变换器的工作模式及输出电压纹波的特点,首次将谷值v2控制方法应用于Boost变换器。详细分析了谷值V2控制Boost变换器的工作原理,建立了相应的小信号模型,推导了控制一输出、输入—电感电流、控制—电感电流、输入一输出、输出阻抗等传递函数,分析了其频域特性,并与谷值电流控制Boost变换器进行了比较。研究结果表明,谷值V2控制Boost变换器与谷值电流控制Boost变换器相比,具有更快的输入和负载瞬态响应速度。通过电压边界建立了谷值V2控制Boost变换器的一阶等效离散映射模型和二阶精确离散映射模型,推导了相应Jacobi矩阵和特征值,研究了谷值V2控制Boost变换器的非线性动力学行为。以一阶等效模型为例,讨论了斜坡补偿对谷值V2控制Boost变换器的动力学特性的影响。基于一阶等效模型的研究结果表明：采用谷值V2控制的Boost与Buck变换器具有相同的稳定特性,斜坡补偿可以拓展谷值V2控制Boost变换器稳定运行参数范围。基于二阶精确模型的研究结果表明：采用谷值V2控制的Boost和Buck变换器在输入电压、输出电容及其ESR变化时的分岔特性相同。研究结果为谷值V2控制Boost变换器的电路参数设计提供了理论指导。论文搭建了相应的时域仿真模型和实验平台,通过时域仿真和实验结果对理论分析进行了验证。
[Abstract]:With the development of electronic technology , the functions of various new electronic products are more and more perfect , and the transient response speed and stability requirement of the power supply are more and more high . The research of the V2 control switch converter is mainly embodied in the nonlinear dynamic phenomena such as control principle , small signal modeling , transient characteristic analysis and control method .
This paper studies the nonlinear dynamic behavior and stability of the Buck converter based on the peak value and valley value V2 of the Buck converter based on the peak value and valley value V2 of the second order exact model . The results show that the peak value and the valley value V2 control the Buck converter to have the opposite bifurcation characteristic . The peak value and valley value V2 control the Buck converter to have the opposite bifurcation characteristic .
This paper analyzes the operating principle of the Boost converter with valley value V2 and the characteristic of output voltage ripple . The results show that the valley value V2 control Boost converter has the same stable characteristics as the valley value V2 control Boost converter . The results show that the valley value V2 control Boost converter has the same stability characteristic when the input voltage , output capacitance and ESR change . The results show that the valley value V2 control Boost converter has the same stability characteristic in the input voltage , output capacitance and ESR change . The results show that the valley value V2 control Boost converter has the same stability characteristic in the input voltage , output capacitance and ESR change . The research results show that the valley value V2 control Boost converter has the same stability characteristic in the input voltage , output capacitance and ESR change .
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46

【参考文献】