基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器非线性行为分析

发布时间：2019-08-11 16:05

【摘要】：松散耦合感应电能传输系统利用电磁感应技术,实现了能量的非接触传输,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种有效、安全的电能传输方法。文中以全桥谐振变换器为例,基于松散耦合变压器分析了系统随着耦合系数的改变而发生的非线性分岔现象。通过互感模型建立系统的状态方程及其非线性模型,分析了系统谐振时的非线性行为,得到以耦合系数为分岔参数的系统复杂三维分岔图。电路仿真验证了系统的复杂分岔行为,并且进一步分析了系统在分岔过程中经历的边界碰撞现象以及准周期状态下系统的时域与频域特征。该研究将开关变换器的非线性研究拓展到无线电能传输系统中,对无线电能传输系统的可靠设计具有重要指导意义。
【图文】：

Ｃ再通过比例环Ｇ２形成控制电压ｖｃｏｎ与锯齿波信号ｖｒａｍｐ比较生成控制开关管的脉宽调制（ＰＷＭ）信号控制系统。具体的控制脉冲波形如图２所示。当ｖｃｏｎ＞ｖｒａｍｐ，ｕ为正驱动信号，Ｓ１和Ｓ４导通，此时Ｓ２和Ｓ３截止；当ｖｃｏｎ＜ｖｒａｍｐ，ｕ为负驱动信号，Ｓ２和Ｓ３导通，此时Ｓ１和Ｓ４截止。图２中，ｖＵ和ｖＬ分别为ｖｒａｍｐ的最大值和最小值，Ｔ为ｖｒａｍｐ的控制周期。图１基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｌｏｏｓｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ图２控制脉冲波形Ｆｉｇ．２Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｐｕｌｓｅ采用Ｃｐ，Ｃｓ和Ｃ的电容电压ｖＣｐ，ｖＣｓ和ｖＣ，以及Ｌｐ，Ｌｓ和Ｌ的电感电流ｉＬｐ，ｉＬｓ和ｉＬ为系统的状态变量，即Ｘ＝［ｖＣｐ，ｖＣｓ，ｖＣ，ｉＬｐ，ｉＬｓ，ｉＬ］Ｔ。由于此系统中８个开关器件两两组合工作并且根据此系统的控制特点，可知本系统共有如表１所示的６种开关状态。表１全桥谐振变换器电路开关状态Ｔａｂｌｅ１Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔａｔｅｓｏｆｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ状态ｉＳ１和Ｓ４Ｓ２和Ｓ３Ｄ２和Ｄ３Ｄ１和Ｄ４ｖｃｏｎ与ｖｒａｍｐｉＬｓ１ｏｎｏｆｆｏｎｏｆｆｖｃｏｎ＞ｖｒａｍｐｉＬｓ＞０２ｏｆｆ

到原边进行控制。参考电压ｖｒｅｆ减去通过比例环Ｇ１的ｖＣ再通过比例环Ｇ２形成控制电压ｖｃｏｎ与锯齿波信号ｖｒａｍｐ比较生成控制开关管的脉宽调制（ＰＷＭ）信号控制系统。具体的控制脉冲波形如图２所示。当ｖｃｏｎ＞ｖｒａｍｐ，ｕ为正驱动信号，Ｓ１和Ｓ４导通，此时Ｓ２和Ｓ３截止；当ｖｃｏｎ＜ｖｒａｍｐ，，ｕ为负驱动信号，Ｓ２和Ｓ３导通，此时Ｓ１和Ｓ４截止。图２中，ｖＵ和ｖＬ分别为ｖｒａｍｐ的最大值和最小值，Ｔ为ｖｒａｍｐ的控制周期。图１基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｌｏｏｓｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ图２控制脉冲波形Ｆｉｇ．２Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｐｕｌｓｅ采用Ｃｐ，Ｃｓ和Ｃ的电容电压ｖＣｐ，ｖＣｓ和ｖＣ，以及Ｌｐ，Ｌｓ和Ｌ的电感电流ｉＬｐ，ｉＬｓ和ｉＬ为系统的状态变量，即Ｘ＝［ｖＣｐ，ｖＣｓ，ｖＣ，ｉＬｐ，ｉＬｓ，ｉＬ］Ｔ。由于此系统中８个开关器件两两组合工作并且根据此系统的控制特点，可知本系统共有如表１所示的６种开关状态。表１全桥谐振变换器电路开关状态Ｔａｂｌｅ１Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔａｔｅｓｏｆｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ状态ｉＳ１和Ｓ４Ｓ２和Ｓ３Ｄ２和Ｄ３Ｄ１和Ｄ４ｖｃｏｎ与ｖｒａｍｐｉＬｓ１ｏ
【作者单位】： 华南理工大学电力学院;
【基金】：国家自然科学基金重点项目(50937001) 南方电网科学研究院项目(SEPRI2011K1168B01)~~
【分类号】：TM46

【参考文献】

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1 马西奎;李明;戴栋;张浩;邹建龙;;电力电子电路与系统中的复杂行为研究综述[J];电工技术学报;2006年12期

2 戴欣;黄席樾;孙跃;;自治分段线性振荡系统的离散映射数值建模与稳定性分析[J];自动化学报;2007年01期

3 雷博;肖国春;吴旋律;;一种数字控制单相全桥逆变电路运动行为分析方法研究[J];物理学报;2012年09期

【共引文献】

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4 王学梅;张波;;单相SPWM逆变器的分岔及混沌现象分析[J];电工技术学报;2009年01期

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7 成燕;孙勇军;;电力电子变换器建模综述[J];电气传动自动化;2008年06期

8 成燕;孙勇军;;三相PWM逆变器的近似建模方法[J];电气传动自动化;2009年01期

9 黄艳;;基于DSP的PWM控制技术探讨[J];中国科技投资;2012年21期

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9 李明,马西奎,戴栋,张浩;基于符号序列描述的一类分段光滑系统中分岔现象与混沌分析[J];物理学报;2005年03期

10 赵益波,罗晓曙,方锦清,汪秉宏;电压反馈型DC-DC变换器的稳定性研究[J];物理学报;2005年11期

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5 陈鸣;兰中文;吴鸿大;陈盛明;白德鹏;;LLC谐振变换器的原理与设计[J];实验科学与技术;2006年05期

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4 袁有臣;吕永东;童刚;;谐振软开关同步Buck变换器的数字控制系统研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

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本文编号：2525385