混沌理论在开关电源中的应用研究

论文摘要

开关电源是一个强的非线性动力学系统,具有丰富的非线性现象,例如分岔与混沌。当电路参数发生变化时,开关电源中就会产生混沌现象。因此,在某些特定的条件下,从混沌理论的角度去解释开关电源中的不稳定现象和应用混沌来提高开关电源的性能具有重要的指导意义。本论文系统地研究了Buck变换器和正激变换器中的混沌现象及其产生的机理,以及利用混沌展宽频谱的特性来降低其电磁干扰。本文的主要研究内容如下:1、以电压反馈型Buck变换器为研究对象,建立其离散映射数学模型。针对Buck变换器工作于100KHz的情况下,以负载电阻R为分岔参数,系统地研究了变换器的分岔和混沌现象。然后,在PSpice中建立了Buck变换器的仿真电路,通过对此电路的仿真研究,验证了其离散映射数学模型的正确性。2、在Buck变换器离散映射数学模型的基础上引入功率变压器的简化模型,建立了正激变换器的离散映射数学模型。根据建立的数学模型在MATLAB中进行数值仿真,得到了分别以正激变换器输入电压V_I、负载电阻R、变压器的漏感L_e为分岔参数的倍周期分岔图,详细分析了这些电路参数对其分岔与混沌运动的影响。3、设计了一个正激变换器的实验电路。首先,在PSpice中建立正激变换器的仿真电路,一方面验证了设计电路的正确性,另一方面分别以输入电压V_I、负载电阻R、变压器的漏感L_e为分岔参数,研究了正激变换器的分岔与混沌现象,从而验证了正激变换器离散映射数学模型的正确性。4、制作了正激变换器的实验电路板,以输入电压V_I为分岔参数,在示波器中观察到了正激变换器的分岔与混沌现象。进一步验证了数值仿真和电路仿真的结果。同时,根据测得的输出电压的频谱,可以发现当正激变换器工作于分岔与混沌态时,利用混沌展宽频谱的特性其EMI被降低了。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混沌理论在开关电源中应用研究的现状
• 1.3 本文研究的目的及意义
• 1.4 论文的结构
• 第二章 混沌运动的特征及其识别方法
• 2.1 混沌的定义及其特征
• 2.1.1 混沌的定义
• 2.1.2 混沌运动的特征
• 2.1.3 混沌的基本术语
• 2.2 混沌运动的识别方法
• 2.3 小结
• 第三章 Buck变换器分岔与混沌的研究
• 3.1 Buck变换器的基本原理
• 3.2 Buck变换器离散映射数学模型的建立
• 3.3 基于离散映射数学模型的数值仿真研究
• 3.4 Buck变换器分岔与混沌的模拟仿真研究
• 3.5 小结
• 第四章 正激变换器离散映射数学模型及数值仿真研究
• 4.1 正激变换器的基本原理
• 4.2 正激变换器离散映射数学模型的建立
• 4.2.1 离散映射数学模型的建立
• 4.2.2 离散映射数学模型的简化
• 4.3 基于离散映射数学模型的数值仿真研究
• 4.4 小结
• 第五章 正激变换器电路设计
• 5.1 目标参数
• 5.2 正激变换器主电路的设计
• 5.2.1 功率变压器设计
• 5.2.2 输出滤波电路设计
• 5.2.3 电路元器件的选择
• 5.3 正激变换器控制电路的设计
• 5.4 小结
• 第六章 正激变换器分岔与混沌的仿真研究
• 6.1 正激变换器功率变压器仿真模型的建立
• 6.2 正激变换器仿真电路的建立
• 6.3 正激变换器分岔与混沌的仿真结果
• I为分岔参数的仿真研究'>6.3.1 以正激变换器输入电压V_I为分岔参数的仿真研究
• 6.3.2 以正激变换器负载电阻R为分岔参数的仿真研究
• e为分岔参数的仿真研究'>6.3.3 以正激变换器变压器的漏感L_e为分岔参数的仿真研究
• 6.4 小结
• 第七章 正激变换器分岔与混沌的实验研究
• 7.1 实验电路
• 7.2 实验结果
• 7.3 实验结果分析
• 7.4 小结
• 第八章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间取得的研究成果