x

## 留言板

 引用本文:
 Citation:

## Analysis on the slow-scale bifurcation behaviors of one-cycle-controlled three-level Boost power factor correction converter

Liu Hong-Chen, Guan En-Hui, Wang Yun, Zhao Dan, Zhou Qi-Kun, Xu Yong-Xiang
PDF
• #### 摘要

对单周期控制三电平Boost功率因数校正(PFC)变换器中存在的慢尺度分岔现象进行了研究, 基于Floquet乘子法分析了主要电路参数对系统稳定性的影响. 首先, 分析了该电路的工作原理, 并由输入输出功率平衡推导出电路的简化模型. 然后, 采用谐波平衡法求解出电路的周期解, 根据Floquet理论分析周期解的稳定性. 通过计算Floquet乘子, 分析了电路中电压反馈电阻Rvf 对系统慢尺度分岔行为的影响. 搭建电路仿真模型, 验证了简化模型及Floquet理论分析的正确性. 最后, 计算了电路中其他参数组成的稳定边界. 研究结果表明, 正确选择三电平Boost PFC变换器的电路参数对于其稳定运行, 提高输入侧功率因数具有重要意义.

#### Abstract

In this paper, the slow-scale bifurcation phenomenon of the one-cycle-controlled three-level Boost power factor correction (PFC) converter is studied in depth, aiming at analyzing the influence of main circuit parameters on the stability of the system based on Floquet multiplier method. Firstly, the working principle of the circuit is analyzed, and a simplified model is derived according to the power balance principle. The periodic solutions are investigated using the harmonic balance method, and its stability is studied by the Floquet theory. By calculating the Floquet multiplier, the influence of the voltage compensator resistor Rvf on the slow-scale behavior of the system is analyzed. The simulation result verifies the correctness of the simplified model and theoratical analysis. Finally, the stability boundary composed of filter capacitor C and load resistor R as well as feedback resistor Rvf and capacitor Cvf is calculated and simulated under certain conditions. The circuit simulation result is consistent with the theoretical calculation. The results show that the correct choice of circuit parameters of three-level Boost PFC converter is very important for achieving its stable operation and improving the power factor.

#### 作者及机构信息

###### 1. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001; 2. 上海电气集团股份有限公司中央研究院, 上海 200070
• 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51107016)、国家重点基础研究发展计划(批准号: 2013CB035605)和黑龙江省博士后科研启动金(批准号: LHB-Q12086)资助的课题.

#### Authors and contacts

###### 1. School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; 2. Central Research Institute of Shanghai Electric Group, Shanghai 200070, China
• Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51107016), the National Basic Research Program of China (Grant No. 2013CB035605), and the Staring Foundation of Scientific Research for the Postdoctoral of Heilongjiang Province, China (Grant No. LHB-Q12086).

#### 参考文献

 [1] Wang F Q, Ma X K 2013 Chin. Phys. B 22 120504 [2] Yang N N, Liu C X, Wu C J 2012 Chin. Phys. B 21 080503 [3] Orabi M, Ninomiya T 2002 IEEE 2002 28th Annual Conference of the Industrial Electronics Society 1 209 [4] Tse C K, Drange O, Iu H H C 2003 Proceedings of the 2003 International Symposium on Circuits and Systems Bangkok, Thailand, May 25-28, 2003 p312 [5] Wong S C, Tse C K, Orabi M, Ninomiya T 2006 IEEE Trans. Circuits Sys. I 53 454 [6] Chu G, Tse C K, Wong S C 2009 IEEE Trans. Power Electron. 24 469 [7] Aroudi A E, Orabi M, Haroun R, Martínez-Salamero L 2011 IEEE Trans. Ind. Electron. 58 3448 [8] Zhang H, Ma X K, Xue B L, Liu W Z 2005 Chaos Soliton. Fract. 23 431 [9] Zou J L, Ma X K 2008 Proc. CSEE 28 38 (in Chinese) [邹建龙, 马西奎 2008 中国电机工程学报 28 38] [10] Cheng W B, Kang S M, Wang Y L, Tang N, Guo Y N, Huo A Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 020506 (in Chinese) [程为彬, 康思民, 汪跃龙, 汤楠, 郭颖娜, 霍爱清 2011 物理学报 60 020506] [11] Zou J L, Ma X K, Yang Y 2010 Proc. CSEE 30 1 (in Chinese) [邹建龙, 马西奎, 杨宇 2010 中国电机工程学报 30 1] [12] Ma W 2011 Ph. D. Dissertation (Chongqing: Chongqing University) (in Chinese) [马伟 2011 博士学位论文 (重庆: 重庆大学)] [13] 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] [14] Wu X Q, Tse C K, Wong S C, Lu J N 2006 Int. J. Circuit Theory Appl. 34 341 [15] Wu X Q, Tse C K, Dranga O, Lu J N 2006 IEEE Trans. Circuits Sys. I 53 204 [16] Dai D, Li S N, Ma X K, Tse C K 2007 IEEE Trans. Circuits Sys. I 54 1724 [17] Zou J L, Ma X K 2010 Acta Phys. Sin. 59 3794 (in Chinese) [邹建龙, 马西奎 2010 物理学报 59 3794] [18] Zhang M T, Jiang Y, Lee F C, Jovanovic M M 1995 Applied Power Electronics Conference and Exposition Dallas, USA, March 5-9, 1995 p434 [19] Wang L B, Zhang C 2006 Power Electron. 40 15 (in Chinese) [王林兵, 张超 2006 电力电子技术 40 15] [20] Balestero J P R, Tofoli F L, Fernandes R C, Torrico-Bascopé G V, Mendes de Seixas F J 2012 IEEE Trans. Ind. Electron. 59 1565 [21] Sun L, Hu G H, Sun D J, Yin X Y 2001 Acta Mech. Sin. 33 309 (in Chinese) [孙亮, 胡国辉, 孙德军, 尹协远 2001 力学学报 33 309]

#### 施引文献

•  [1] Wang F Q, Ma X K 2013 Chin. Phys. B 22 120504 [2] Yang N N, Liu C X, Wu C J 2012 Chin. Phys. B 21 080503 [3] Orabi M, Ninomiya T 2002 IEEE 2002 28th Annual Conference of the Industrial Electronics Society 1 209 [4] Tse C K, Drange O, Iu H H C 2003 Proceedings of the 2003 International Symposium on Circuits and Systems Bangkok, Thailand, May 25-28, 2003 p312 [5] Wong S C, Tse C K, Orabi M, Ninomiya T 2006 IEEE Trans. Circuits Sys. I 53 454 [6] Chu G, Tse C K, Wong S C 2009 IEEE Trans. Power Electron. 24 469 [7] Aroudi A E, Orabi M, Haroun R, Martínez-Salamero L 2011 IEEE Trans. Ind. Electron. 58 3448 [8] Zhang H, Ma X K, Xue B L, Liu W Z 2005 Chaos Soliton. Fract. 23 431 [9] Zou J L, Ma X K 2008 Proc. CSEE 28 38 (in Chinese) [邹建龙, 马西奎 2008 中国电机工程学报 28 38] [10] Cheng W B, Kang S M, Wang Y L, Tang N, Guo Y N, Huo A Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 020506 (in Chinese) [程为彬, 康思民, 汪跃龙, 汤楠, 郭颖娜, 霍爱清 2011 物理学报 60 020506] [11] Zou J L, Ma X K, Yang Y 2010 Proc. CSEE 30 1 (in Chinese) [邹建龙, 马西奎, 杨宇 2010 中国电机工程学报 30 1] [12] Ma W 2011 Ph. D. Dissertation (Chongqing: Chongqing University) (in Chinese) [马伟 2011 博士学位论文 (重庆: 重庆大学)] [13] 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] [14] Wu X Q, Tse C K, Wong S C, Lu J N 2006 Int. J. Circuit Theory Appl. 34 341 [15] Wu X Q, Tse C K, Dranga O, Lu J N 2006 IEEE Trans. Circuits Sys. I 53 204 [16] Dai D, Li S N, Ma X K, Tse C K 2007 IEEE Trans. Circuits Sys. I 54 1724 [17] Zou J L, Ma X K 2010 Acta Phys. Sin. 59 3794 (in Chinese) [邹建龙, 马西奎 2010 物理学报 59 3794] [18] Zhang M T, Jiang Y, Lee F C, Jovanovic M M 1995 Applied Power Electronics Conference and Exposition Dallas, USA, March 5-9, 1995 p434 [19] Wang L B, Zhang C 2006 Power Electron. 40 15 (in Chinese) [王林兵, 张超 2006 电力电子技术 40 15] [20] Balestero J P R, Tofoli F L, Fernandes R C, Torrico-Bascopé G V, Mendes de Seixas F J 2012 IEEE Trans. Ind. Electron. 59 1565 [21] Sun L, Hu G H, Sun D J, Yin X Y 2001 Acta Mech. Sin. 33 309 (in Chinese) [孙亮, 胡国辉, 孙德军, 尹协远 2001 力学学报 33 309]
•  [1] 郑连清, 彭一. 电压型buck-boost变换器的混沌控制. 物理学报, 2016, 65(22): 220502. doi: 10.7498/aps.65.220502 [2] 吴志强, 郝颖. 乘性色噪声激励下三稳态van der Pol-Duffing振子随机P-分岔. 物理学报, 2015, 64(6): 060501. doi: 10.7498/aps.64.060501 [3] 杨祎巍, 刘佳林, 李斌. 基于比例积分控制的电压反馈型Buck变换器分岔. 物理学报, 2014, 63(4): 040502. doi: 10.7498/aps.63.040502 [4] 张方樱, 杨汝, 龙晓莉, 谢陈跃, 陈虹. V2控制Buck变换器分岔与混沌行为的机理及镇定. 物理学报, 2013, 62(21): 218404. doi: 10.7498/aps.62.218404 [5] 何圣仲, 周国华, 许建平, 包伯成, 杨平. V2控制Buck变换器等效建模与分岔分析. 物理学报, 2013, 62(11): 110503. doi: 10.7498/aps.62.110503 [6] 李冠林, 李春阳, 陈希有, 牟宪民. 电流模式SEPIC变换器倍周期分岔现象研究. 物理学报, 2012, 61(17): 170506. doi: 10.7498/aps.61.170506 [7] 谢玲玲, 龚仁喜, 卓浩泽, 马献花. 电压模式控制不连续传导模式boost变换器切分岔研究. 物理学报, 2012, 61(5): 058401. doi: 10.7498/aps.61.058401 [8] 王发强, 马西奎, 闫晔. 不同开关频率下电压控制升压变换器中的Hopf分岔分析. 物理学报, 2011, 60(6): 060510. doi: 10.7498/aps.60.060510 [9] 程为彬, 康思民, 汪跃龙, 汤楠, 郭颖娜, 霍爱清. 功率因数校正Boost变换器中快时标不稳定的形成与参数动态共振. 物理学报, 2011, 60(2): 020506. doi: 10.7498/aps.60.020506 [10] 马伟, 王明渝, 聂海龙. 单周期控制Boost变换器Hopf分岔控制及电路实现. 物理学报, 2011, 60(10): 100202. doi: 10.7498/aps.60.100202 [11] 邹建龙, 马西奎. 级联功率因数校正变换器的级间耦合非线性动力学行为分析. 物理学报, 2010, 59(6): 3794-3801. doi: 10.7498/aps.59.3794 [12] 张源, 张浩, 马西奎. 单周期控制Cuk功率因数校正变换器中的中尺度不稳定现象分析. 物理学报, 2010, 59(12): 8432-8443. doi: 10.7498/aps.59.8432 [13] 程为彬, 郭颖娜, 康思民, 汪跃龙, 霍爱清, 汤楠. Boost变换器中参数斜坡共振控制能力研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4439-4448. doi: 10.7498/aps.58.4439 [14] 包伯成, 许建平, 刘中. 具有两个边界的Boost变换器分岔行为和斜坡补偿的镇定控制. 物理学报, 2009, 58(5): 2949-2956. doi: 10.7498/aps.58.2949 [15] 王发强, 张浩, 马西奎, 李秀明. 平均电流控制型Boost功率因数校正变换器中的中频振荡现象分析. 物理学报, 2009, 58(10): 6838-6844. doi: 10.7498/aps.58.6838 [16] 杨 汝, 张 波, 褚利丽. 开关变换器倍周期分岔精细层次结构及其普适常数研究. 物理学报, 2008, 57(5): 2770-2778. doi: 10.7498/aps.57.2770 [17] 王学梅, 张 波, 丘东元. 不连续导电模式DC-DC变换器的倍周期分岔机理研究. 物理学报, 2008, 57(5): 2728-2736. doi: 10.7498/aps.57.2728 [18] 王发强, 张 浩, 马西奎. 单周期控制Boost变换器中的低频波动现象分析. 物理学报, 2008, 57(3): 1522-1528. doi: 10.7498/aps.57.1522 [19] 卢伟国, 周雒维, 罗全明, 杜 雄. BOOST变换器延迟反馈混沌控制及其优化. 物理学报, 2007, 56(11): 6275-6281. doi: 10.7498/aps.56.6275 [20] 罗晓曙, 汪秉宏, 陈关荣, 全宏俊, 方锦清, 邹艳丽, 蒋品群. DC-DC buck变换器的分岔行为及混沌控制研究. 物理学报, 2003, 52(1): 12-17. doi: 10.7498/aps.52.12
• 文章访问数:  3212
• PDF下载量:  264
• 被引次数: 0
##### 出版历程
• 收稿日期:  2014-07-04
• 修回日期:  2014-09-16
• 刊出日期:  2015-02-05

## 单周期控制三电平Boost功率因数校正变换器的慢尺度分岔分析

• 1. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001;
• 2. 上海电气集团股份有限公司中央研究院, 上海 200070
基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51107016)、国家重点基础研究发展计划(批准号: 2013CB035605)和黑龙江省博士后科研启动金(批准号: LHB-Q12086)资助的课题.

/