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开关电源是一种强非线性系统,经常会出现谐波振荡、周期跳跃、分叉以及混沌等非线性现象。早期,人们普遍认为这些非线性现象不利于系统的稳定,一般都会通过调节电路元件的参数来避免它们的发生,但随着人们对开关电源中非线性现象研究的深入,有些非线性现象是可以被利用的,如混沌行为。本文致力于应用自激混沌抑制开关电源的EMI噪声,同时多角度地对混沌开关调制降低开关电源电磁干扰水平进行了研究。
本文首先回顾了开关电源电磁兼容的研究现状,详细介绍了各种电磁干扰抑制技术的优缺点。文中第二章介绍了混沌理论的基本概念、开关变换器中的混沌现象和混沌在开关变换器中的应用。本文第三章介绍了三种常用的DC-DC变换器非线性动力学的建模方法:离散时间迭代法、分段数值法和连续时间平均法。对离散时间迭代法作了详细的描述,为第四章研究开关变换器的自激混沌打下了基础。
文中第四章以闭环电流模式Boost变换器为研究对象,利用离散时间迭代法建立了三维离散时间映射,以该映射作为数学模型用MATLAB进行仿真,得到闭环电流模式Boost变换器的分叉图。从分叉图中可以看出,只要电路参数选择合适就可以使变换器工作在自激混沌状态。仿真和实验的结果表明,闭环电流模式Boost变换器工作于自激混沌状态的电磁干扰相对于恒频工作状态要小,即自激混沌能有效抑制开关变换器的EMI;工作于自激混沌状态闭环电流模式:Boost变换器的输出电压稳定,纹波增加不多。
文中第五章从多角度对混沌开关调制降低电压模式Boost变换器电磁干扰水平进行了分析和实验。实验比较了不同的混沌开关调制模式、不同的离散混沌序列和不同的混沌指数的开关信号的频谱特征及输出电压。实验结果表明,不论是从EMI的抑制效果,还是从对输出电压的影响来看,定占空比混沌载频调制都是最优的混沌开关调制模式;不同离散混沌序列的EMI效果相差不大;混沌指数过小,EMI的抑制效果不好,混沌指数过大,对输出电压影响较大,实际使用中混沌指数应在0.15左右。