寄生参数下变换器分岔特性研究

发布时间：2017-05-04 17:02

  本文关键词：寄生参数下变换器分岔特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的发展,传统的线性分析方法已经不能有效解决非线性问题,非线性动力学由此应运而生,主要包括三个方面：分岔、混沌、孤立子。运用非线性电路模型可以很好地解决电力电子技术中出现的问题,对整个电路的稳定性分析和混沌现象分析都有很大帮助,通过选取适当参数可以有效避免进入混沌状态,对电路的性能优化有积极作用。近年来,随着开关功率变换器的广泛应用、开关频率的指数级的提高,对开关电源的功率损耗要求越来越严,其电路内部的寄生参数的存在成为开关功率变换器的主要损耗之一,这些寄生参数还会使整个电路的效率变低、使得无功功率增加,对输出电能的损耗吸收、对输入端的变换器信号造成污染,从而影响输入端电源的寿命。为了更好的设计开关功率变换器的参数,需要深入研究这些元器件寄生参数会对电路的稳定性造成怎样的影响。本文首先介绍了非线性动力学的定义、特征、重要性、具体例子以及与DC-DC变换器有密切联系的分岔种类,讨论了对DC-DC变换器进行建模的具体方法等基础知识；然后具体分析了Buck变换器的具体工作过程,用状态空间平均法对变换器进行了建模；最后以Buck变换器为例,其主要寄生参数有五种：直流源上的内阻、开关管的导通电阻、二极管的正向导通电压、电容上的寄生电阻、电感上的寄生电阻。通过固定四个参数不变,以剩下的一个参数为变量,带入电路的状态方程中,观察其分岔图上的分岔点与理想情况下的分岔点,比较得出电路的稳定区间有何变化,从而得出这个参数对于整体电路有何影响。通过构造Buck变换器的离散迭代映射函数,采用频闪映射的方法,计算系统的雅可比矩阵,得到平衡点处的特征根,同时对Buck变换器搭建Simulink分段开关仿真模型,得到随输入电压E变化时的特征根轨迹,从而判断系统的稳定性,如果在单位圆内则系统稳定；如果在单位圆外,则系统是不稳定的。理论分析与仿真的结果是一致的,这表明Buck变换器的寄生参数确实对系统的稳定性造成了一定的影响,即变换器参数的变换可以使系统发生不稳定的分岔现象。本文的结论对实际电路的分析与设计有很大的借鉴意义,后续工作者可以有效避开因为参数的影响而造成的系统分岔,适当的选择参数值可以使系统的稳定区间变得更大、整个回路的损耗更小、无功功率更少。
【关键词】：Buck变换器 寄生参数 离散迭代映射 特征根
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 引言9
• 1.2 功率电子学应用的介绍9-10
• 1.3 DC-DC变换器的建模10-11
• 1.4 本文的主要研究内容和结构安排11-13
• 第二章 非线性动力学与混沌概述13-28
• 2.1 非线性动力学13-17
• 2.1.1 非线性动力学：分岔和混沌13
• 2.1.2 引入非线性动力学的重要性13
• 2.1.3 一个非线性动力学的例子13-14
• 2.1.4 基于DC-DC变换器的分岔种类14-17
• 2.2 混沌概述17-27
• 2.2.1 混沌研究的历史17-18
• 2.2.2 混沌的定义及其特性18-19
• 2.2.3 分岔理论19-21
• 2.2.4 混沌的判别方法21-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 二阶Buck变换器及其滤波器模型28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 Buck变换器28-39
• 3.2.1 电感电流连续28-36
• 3.2.2 电感电流断续36-39
• 3.3 输出滤波器模型39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 基于状态空间平均法的DC-DC变换器平均模型42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 理想Buck变换器的状态空间平均模型42-44
• 4.3 断续状况下的Buck变换器状态空间平均模型44-46
• 4.4 有电容等效串联电阻时Buck变换器的状态空间平均模型46-48
• 4.5 理想Boost变换器的状态空间平均模型48-50
• 4.6 Boost变换器含交流分量的状态空间平均模型50-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 寄生参数下变换器的分岔研究53-76
• 5.1 引言53
• 5.2 离散迭代映射的构造53-56
• 5.2.1 周期1失稳及分岔分析53-55
• 5.2.2 特征根的计算55-56
• 5.3 Buck变换器中各种寄生参数对电路特性的影响56-75
• 5.3.1 电容上存在寄生电阻对整体电路特性的影响56-62
• 5.3.2 直流源上存在的内阻对整体电路特性的影响62-67
• 5.3.3 二极管存在正向导通电压对整体电路特性的影响67-70
• 5.3.4 电感上存在寄生电阻对整体电路特性的影响70-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81

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