DC-DC变换器混沌频谱特性及EMI混沌抑制机理

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DC-DC变换器已成为目前最严重的电磁干扰源,传统的降低电磁干扰的方法,都不可避免地需要附加硬件及增加控制难度,使得变换器体积、重量增大,且不是从机理上有效抑制EMI。因而,寻求新的、高效电磁干扰抑制技术就成为当前最重要的课题。随着人们对DC-DC变换器非线性特性研究的不断深入,基于混沌特性抑制DC-DC变换器EMI的机理近期开始被关注,混沌控制DC-DC变换器的扩展频谱特性,可以被利用来降低EMI,具有潜在的应用前景。该文在研究DC-DC变换器混沌特性基础上,通过频谱分析,功率频谱密度不变性量化分析,提出外加混沌信号控制DC-DC开关变换器EMI的机理和方法,理论和实验结果表明,它可以有效抑制EMI,大大提高了DC-DC开关变换器的电磁兼容性。 该文以DC-DC开关变换器EMI混沌控制为研究目标,开展了五方面工作: 第一部分分析和总结了混沌的基本概念、本质、研究方法及DC-DC开关变换器混沌研究成果和现状。主要针对DC-DC开关变换器的EMI特性及其混沌控制进行了阐述。最后给出了论文的结构安排。 第二部分研究了不同参数下DC-DC变换器的混沌特性。针对混沌在DC-DC变换器中的普遍性,通过不同的参数控制使得系统进入混沌状态运行。并通过Boost和Buck两种变换器进行验证。最后进行了实验研究,以Boost变换器为例成功观测了参数控制变换器由单周期进入混沌的演化过程。 第三部分针对混沌DC-DC开关变换器输入输出量中含有较多内部谐波,不同于常规PWM控制的DC-DC开关变换器谐波成分主要集中在基频及其倍频附近,而内部谐波的危害往往不可忽略,该文为了分析内部谐波引入现代谱估计方法对混沌DC-DC开关变换器的输入输出进行了分析。仿真证明这种分析方法可精确估计出内部谐波。为分析非线性电路提供了有效手段。 第四部分针对混沌的内在随机性引入了概率论理论对参数控制混沌DC-DC开关变换器进行分析。通过对混沌时间序列不变分布的求解,可量化系统输出量的功率频谱密度,优化电路的参数设计,也可对平均开关频率作出估计。 第五部分在分析经典混沌控制DC-DC开关变换器优缺点的基础上,提出了外加混沌信号控制的方法。这种方法简单易行,且适用性非常强,甚至可以应用于所有的DC-DC开关变换器。同时,又分析了这种方法的灵活多变性,可根据实际需要灵活操作。最后提供了仿真和实验结果。
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