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(Electromagnetic Compatibility, 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(Pulse Width Modulation, 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(Electromagnetic Interference,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变换器控制策略,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。
1 、Logistic混沌序列
Logistic映射有多种表达式,如式1所示是常见的一种。
x =ux (1-x ) (1)
把u做为分叉参数,由分叉理论可知,当u =3和u =1+ 6 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
u =u2 + (u2-u1)/(%26delta; -1) (2)
式中 %26delta; %26asymp;4.669 2为Feigenbaum常数。代入数值计算,uc%26asymp;3.571 4,如图1a所示。由图可知,当分叉参数u=4时,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:
x=ay +b (3)
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
Yn+1=a/2-4/a*y2 (4)
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,其取值范围由参数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。
2、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%26mdash;%26mdash;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
Lp(t)= Lp(t+T) (5)
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
I ()(1exp(2%26omega;%26Tau;%26omega;- -%26pi; j)=0 (6)
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。
3、结 论
本文指出dc/dc变换器在开关频率及其高次谐波上有着较强的电磁干扰发射,其主要原因是电路中的电流波形是周期的。为了扩展电路中电流的频谱,利用混沌序列对滞环控制策略的电流参考值进行扰动,破坏了电路中电流的周期性。
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