电流控制二次型Boost变换器的动力学研究

杨平; 许建平; 何圣仲; 包伯成

doi:10.7498/aps.62.160501

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摘要

通过对二次型Boost变换器开关状态的完整描述, 推导了两个电感电流边界, 建立了电流控制二次型Boost变换器的分段光滑迭代映射模型. 对比分析了以输入电感电流或储能电感电流作为电流反馈量的非线性分岔行为. 通过稳定性和工作模式分析, 得到了电流控制二次型Boost变换器从稳定的周期1工作状态到次谐波振荡状态转移以及从电感电流不连续导电模式到连续导电模式转移的条件, 并采用参数空间映射图, 对二次型Boost变换器的工作状态域进行了估计. 设计了实验电路, 由实验结果证明了不同的参数变化有着不同的分岔路由, 存在工作模式转移现象, 电流控制二次型Boost 变换器呈现复杂的动力学行为, 实验结果验证了理论分析的正确性.

关键词:

作者及机构信息

1.
磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室, 西南交通大学电气工程学院, 成都 610031;

2.
常州大学信息科学与工程学院, 常州 213164

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51177140)和中央高校基本科研业务费 (批准号: 2682013ZT20)资助的课题.

参考文献

[1]	Maksimovic D, Cuk S 1991 IEEE Trans. Power Electron. 6 151
[2]	Rajagopalan J, Lee F C, Nora P 2007 IET Electron. Power Appl. 1 362
[3]	Tse C K, Bernardo M D 2002 Proc. IEEE 90 768
[4]	Zhao Y B, Zhang D Y, Zhang C J 2007 Chin. Phys. 16 933
[5]	Dai D, Ma X K, Li X F 2003 Acta Phys. Sin. 52 2729 (in Chinese) [戴栋, 马西奎, 李小峰 2003 物理学报 52 2729]
[6]	Zhou Y F, Chen J N, Ke D M 2005 Acta Electron. Sin. 33 915 (in Chinese) [周宇飞, 陈军宁, 柯导明 2005 电子学报 33 915]
[7]	Zhang Y, Zhang H, Ma X K 2010 Acta Phys. Sin. 59 8432 (in Chinese) [张源, 张浩, 马西奎 2010 物理学报 59 8432]
[8]	Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 2842 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎 2008 物理学报 57 2842]
[9]	Bao B C, Xu J P, Liu Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 2949 (in Chinese) [包伯成, 许建平, 刘中 2009 物理学报 58 2949]
[10]	Bao B C, Xu J P, Liu Z 2009 Chin. Phys. B 18 4742
[11]	Bao B C, Xu J P, Liu Z 2009 Acta Electron. Sin. 37 2787 (in Chinese) [包伯成, 许建平, 刘中 2009 电子学报 37 2787]
[12]	Zhou G H, Xu J P, Bao B C, Jin Y Y 2010 Chin. Phys. B 19 060508
[13]	Bi Y C, Wang X F, Liu L S 2010 J. Harbin Univ. Sci. Tech. China 15 77 (in Chinese) [毕玉春, 汪小峰, 刘立生 2010 哈尔滨理工大学学报 15 77]
[14]	Lu W G, Zhou L W, Luo Q M, Du X 2007 Acta Phys. Sin. 56 6275 (in Chinese) [卢伟国, 周雒维, 罗全明, 杜雄 2007 物理学报 56 6275]
[15]	Liu F 2010 Chin. Phys. B 19 080511
[16]	Bao B C, Zhou G H, Xu J P, Liu Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 3769 (in Chinese) [包伯成, 周国华, 许建平, 刘中 2010 物理学报 59 3769]
[17]	Bao B C 2013 An Introduction to Chaotic Circuits (Beijing: Science Press) p153 (in Chinese) [包伯成 2013 混沌电路导论 (北京: 科学出版社) 第153页]
[18]	Bao B C, Zhang X, Xu J P, Wang J P 2013 Electronic Lett. 49 287
[19]	Wang J P, Bao B C, Xu J P 2013 IEEE Trans.Industrial Electron. 60 1759
[20]	Xu J P 1993 Int. J. Electron. 74 465
[21]	Yang P, Xu J P, Zhang S Y, Wang J P 2011 Trans. China Electrotech. Soc. 26 101 (in Chinese) [杨平, 许建平, 张士宇, 王金平 2011 电工技术学报 26 101]
[22]	Yang P, Bao B C, Sha J, Xu J P 2013 Acta Phys. Sin. 62 010504 (in Chinese) [杨平, 包伯成, 沙金, 许建平 2013 物理学报 62 010504]

施引文献

[1]	Maksimovic D, Cuk S 1991 IEEE Trans. Power Electron. 6 151
[2]	Rajagopalan J, Lee F C, Nora P 2007 IET Electron. Power Appl. 1 362
[3]	Tse C K, Bernardo M D 2002 Proc. IEEE 90 768
[4]	Zhao Y B, Zhang D Y, Zhang C J 2007 Chin. Phys. 16 933
[5]	Dai D, Ma X K, Li X F 2003 Acta Phys. Sin. 52 2729 (in Chinese) [戴栋, 马西奎, 李小峰 2003 物理学报 52 2729]
[6]	Zhou Y F, Chen J N, Ke D M 2005 Acta Electron. Sin. 33 915 (in Chinese) [周宇飞, 陈军宁, 柯导明 2005 电子学报 33 915]
[7]	Zhang Y, Zhang H, Ma X K 2010 Acta Phys. Sin. 59 8432 (in Chinese) [张源, 张浩, 马西奎 2010 物理学报 59 8432]
[8]	Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 2842 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎 2008 物理学报 57 2842]
[9]	Bao B C, Xu J P, Liu Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 2949 (in Chinese) [包伯成, 许建平, 刘中 2009 物理学报 58 2949]
[10]	Bao B C, Xu J P, Liu Z 2009 Chin. Phys. B 18 4742
[11]	Bao B C, Xu J P, Liu Z 2009 Acta Electron. Sin. 37 2787 (in Chinese) [包伯成, 许建平, 刘中 2009 电子学报 37 2787]
[12]	Zhou G H, Xu J P, Bao B C, Jin Y Y 2010 Chin. Phys. B 19 060508
[13]	Bi Y C, Wang X F, Liu L S 2010 J. Harbin Univ. Sci. Tech. China 15 77 (in Chinese) [毕玉春, 汪小峰, 刘立生 2010 哈尔滨理工大学学报 15 77]
[14]	Lu W G, Zhou L W, Luo Q M, Du X 2007 Acta Phys. Sin. 56 6275 (in Chinese) [卢伟国, 周雒维, 罗全明, 杜雄 2007 物理学报 56 6275]
[15]	Liu F 2010 Chin. Phys. B 19 080511
[16]	Bao B C, Zhou G H, Xu J P, Liu Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 3769 (in Chinese) [包伯成, 周国华, 许建平, 刘中 2010 物理学报 59 3769]
[17]	Bao B C 2013 An Introduction to Chaotic Circuits (Beijing: Science Press) p153 (in Chinese) [包伯成 2013 混沌电路导论 (北京: 科学出版社) 第153页]
[18]	Bao B C, Zhang X, Xu J P, Wang J P 2013 Electronic Lett. 49 287
[19]	Wang J P, Bao B C, Xu J P 2013 IEEE Trans.Industrial Electron. 60 1759
[20]	Xu J P 1993 Int. J. Electron. 74 465
[21]	Yang P, Xu J P, Zhang S Y, Wang J P 2011 Trans. China Electrotech. Soc. 26 101 (in Chinese) [杨平, 许建平, 张士宇, 王金平 2011 电工技术学报 26 101]
[22]	Yang P, Bao B C, Sha J, Xu J P 2013 Acta Phys. Sin. 62 010504 (in Chinese) [杨平, 包伯成, 沙金, 许建平 2013 物理学报 62 010504]

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电流控制二次型Boost变换器的动力学研究

1. 磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室, 西南交通大学电气工程学院, 成都 610031;

2. 常州大学信息科学与工程学院, 常州 213164

基金项目:

国家自然科学基金(批准号: 51177140)和中央高校基本科研业务费 (批准号: 2682013ZT20)资助的课题.

收稿日期: 2013-04-09

修回日期: 2013-04-28

刊出日期: 2013-08-05

摘要: 通过对二次型Boost变换器开关状态的完整描述, 推导了两个电感电流边界, 建立了电流控制二次型Boost变换器的分段光滑迭代映射模型. 对比分析了以输入电感电流或储能电感电流作为电流反馈量的非线性分岔行为. 通过稳定性和工作模式分析, 得到了电流控制二次型Boost变换器从稳定的周期1工作状态到次谐波振荡状态转移以及从电感电流不连续导电模式到连续导电模式转移的条件, 并采用参数空间映射图, 对二次型Boost变换器的工作状态域进行了估计. 设计了实验电路, 由实验结果证明了不同的参数变化有着不同的分岔路由, 存在工作模式转移现象, 电流控制二次型Boost 变换器呈现复杂的动力学行为, 实验结果验证了理论分析的正确性.

关键词:

Dynamics of current controlled quadratic boost converters

1.
Key Laboratory of Magnetic Suspension Technology and Maglev Vehicle, Ministry of Education, School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;

2.
School of Information Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China

Fund Project:

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51177140) and the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. 2682013ZT20).

Received Date: 09 April 2013

Accepted Date: 28 April 2013

Published Online: 05 August 2013

Abstract: The two inductor current boundaries are derived, and segmented smooth iteration mapping model of current controlled quadratic boost converter is established based on the detailed description of switching states. The comparative analyses of the nonlinear bifurcation behaviors are performed with input inductor current and the storage inductor current as current feedback respectively. Two boundary conditions for the transition from stable period-one state to sub-harmonic oscillation state and for the transition from discontinuous conduction mode to continuous conduction mode are derived by analyzing stability and operation mode. The operation-state regions corresponding to circuit parameter regions are estimated by utilizing the parameter-space maps. An experimental circuit is built and the results show that both different bifurcation routes and operation mode transition phenomenon are changed with parameter variation, the current controlled quadratic boost converter exhibits complicated dynamical behaviors. The experimental results verify the correctness of the theoretical analysis.

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