峰值电流模式控制同步开关Z源变换器的动力学研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)120507峰值电流模式控制同步开关Z源变换器的动力学研究冰向俊杰)毕闯)向勇)2)3)十张千)王京梅3)1)(电子科技大学能源科学与工程学院，成都611731)2)(东莞电子科技大学电子信息工程研究院，东莞523808)3)(电子科技大学，电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054)(2014年2月3日收到；2014年3月6日收到修改稿)z源变换器由于Z源网络的嵌入，具有高电压传输比，降低开关器件损耗，提高系统效率等优点，

2、在直流变换、逆变等许多领域具有广泛的应用．本文研究了基于峰值电流模式控制的同步开关Z源变换器的非线性动力学建立了连续电流模式下同步开关Z源变换器的离散迭代映射模型；通过特征值的运动轨迹分析了参考电流对系统稳定性的影响，给出了系统稳定运行的参数域；基于分岔图和Lyapunov指数图发现了此变换器存在倍周期分岔、边界碰撞分岔、切分岔和阵发混沌，分析了边界碰撞分岔和混沌演化过程及其产生的机理；最后通过电路仿真和实验验证了理论分析的正确性．研究结果表明：随着参考电流的增加，峰值电流模式控制同步开关Z源变换器从

3、周期1经历倍周期分岔进入周期2和周期4，然后由于边界碰撞分岔过渡到阵发混沌态，接着通过切分岔进入周期3，最后再次由于边界碰撞分岔进入混沌态．关键词：同步开关Z源变换器，离散迭代映射，分岔，混沌PACS：05．45．一a．05．45．PqDOI：10．7498／aps．63．1205072002年Z源变换器提出后得到了业界的广泛1引言关注[13]，它将传统BOOST变换器的输入电感用Z源网络替换，提高了输出电压；同时解决了传统近年来，非线性理论广泛应用于电路与系统，BOOST变换器当升压比过大时，开关管

4、导通时间为电路与系统的研究提出了许多新的科学问题，也长、截止时间短导致的开关管损耗和温升过大的问促进了非线性电路理论的快速发展．电力电子电路题[14]．但是，Z源网络的引入使得电路的阶数增高，中的开关变换器是非线性变结构控制系统，功率开导致Z源变换器具有非常复杂的非线性动力学现关管的导通或关断使系统在不同的结构中周期性象[15]．本文将Z源变换器中的二极管替换为开关地切换，这样导致开关变换器具有复杂的非线性行管，降低二极管上的损耗，发展为同步开关Z源变为，例如倍周期分岔、Hopf分岔、Flip分岔、边

5、界碰撞分岔等多种通向混沌的分岔道路[1-8】，次谐波振换器，可以进一步提高系统的效率．同时，本文采荡[9,10】，降频和低频波动现象[11,12]等．通过非线用电力电子变换器中广泛应用的峰值电流模式控性理论分析开关变换器的非线性行为，揭示其产生制，首次研究同步开关Z源变换器的分岔和混沌演的机理，解决一些长期困扰电子工程师的问题，具化过程及其产生机理．考虑z源网络的对称性，首有重要的理论意义和实用价值．先建立系统的状态方程，基于峰值电流模式控制导广东省引进创新科研团队项目(批准号：201001D0l04

6、713329)和中央高校基本科研业务经费(批准号：ZYGX2013J114)资助的课题．十通讯作者．E—mail：xiang@uestc．edu．an◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．hy．ac．c礼120507．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)120507出了连续电流模式下系统的离散迭代映射模型：通过雅克比矩阵研究了系统特征值随参考电流变化的运动轨迹，分析了参考电流对系统稳定性的影响；根据系统的分岔图及L

7、yapunov指数图分析了系统的非线性动力学行为演化过程，发现了倍周期分岔、边界碰撞分岔、切分岔和阵发混沌：最后通过电路仿真与实验研究的时域波形进一步验证了上述系统中存在的非线性现象，证明了系统离散迭代映射模型以及理论分析的正确性．图1峰值电流模式控制同步开关Z源变换器2同步开关Z源变换器的工作原理与设d为第n个周期T内同步开关Z源变换器驱动建模信号的占空比，且满足0≤≤1．若在整个2．1同步开关Z源变换器的工作原理时钟周期内系统工作在两个模态，此时占空比0≤d<1；若在整个时钟周期内系统只工作在模峰

8、值电流模式控制同步开关Z源变换器的原态1，即电感电流iL始终上升不到参考电流Ir。f，此理图如图1所示，文献【151中的二极管被开关管替时占空比d=1．此外，若iL在某个时钟周期结束换，该电路采用同步开关管进行控制．图中E为输时，iL刚好等于Ir。f，此时系统处于临界情况，同样入电压；Q1，Q2分别为高端开关管、低端开关管；占空比d=1．RL为负载电阻；电感1，2和电容1，组成了首先，我们讨论0≤d<1时系统离散迭代映一个Z源网络；iL为电感1的电流，L