Buck 變換器的非線性現(xiàn)象及并聯(lián)同步均流研究①

朱文武

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蕪湖241000)

Buck變換器是DC/DC變換器的一種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)．本文將通過混沌動(dòng)力學(xué)建模方法分析系統(tǒng)的非線性現(xiàn)象，利用混沌同步特性，本文設(shè)計(jì)出一種新的便于電路實(shí)現(xiàn)的滑?？刂品绞?，使并聯(lián)Buck變換器的輸出特性保持一致，達(dá)到輸出電流分配均勻．該方法便于從策略推向?qū)嵱?，在工程上易于?shí)現(xiàn)．

1 Buck變換器的非線性現(xiàn)象分析

本文Buck變換器電路采用基準(zhǔn)電流控制方式，如圖1所示[1]．開關(guān)S閉合與斷開是由基準(zhǔn)電流Ir和PWM脈沖共同決定．開關(guān)S閉合，電路的電感電流上升，當(dāng)電流達(dá)到基準(zhǔn)電流Ir時(shí)，開關(guān)S打開，電路的電感電流iL下降．到下一個(gè)PWM脈沖時(shí)鐘到來時(shí)，開關(guān)S重新閉合．

圖1 基準(zhǔn)電流控制的Buck變換器

在分析電路時(shí)，選取輸出電壓uC和電感電流iL做為狀態(tài)變量，系統(tǒng)可由下面的狀態(tài)方程表示:

其中X

圖2 Buck變換器的分叉圖

圖3 滑?？刂频牟⒙?lián)Buck變換器混沌同步均流電路原理圖

基準(zhǔn)電流控制方式中電路開關(guān)S打開的時(shí)刻是在當(dāng)電感電流iL上升達(dá)到基準(zhǔn)電流Ir時(shí)，其控制方程如下:

圖4 滑模控制的并聯(lián)Buck變換器混沌同步均流相圖

為了得到Buck變換器的離散模型，在開關(guān)S每次閉合的時(shí)刻采樣數(shù)據(jù)．可以得到Buck變換器的離散模型如下式所描述:

為了研究Buck變換器的非線性現(xiàn)象，以基準(zhǔn)電流Ir和電感電流iL作為參數(shù)，用MATLAB分析Buck變換器中電感電流iL的非線性現(xiàn)象，如圖2所示．在基準(zhǔn)電流Ir大于0．62A時(shí)，系統(tǒng)由穩(wěn)定的周期進(jìn)入分叉，最終出現(xiàn)混沌的非線性現(xiàn)象．

2 并聯(lián)Buck變換器的均流電路研究

基于滑模控制的并聯(lián)Buck變換器混沌同步均流策略[2]，本文設(shè)計(jì)出一種新的固定開關(guān)頻率的PWM控制模式的滑模控制，便于電路實(shí)現(xiàn)，電路原理圖如圖3所示．

在Buck變換器均流系統(tǒng)中一些傳統(tǒng)的電流采樣法都或多或少地存在一些缺點(diǎn)．本文每路加一個(gè)簡單RC網(wǎng)絡(luò)檢測其分配電流的大小，既簡單方便，又沒有損耗．如圖3所示兩個(gè)并聯(lián)Buck變換器的均流控制電路，Ri1，Ci1和Ri2，Ci2分別構(gòu)成簡單RC網(wǎng)絡(luò)檢測兩個(gè)并聯(lián)Buck變換器分配的電流大小．

滑模變結(jié)構(gòu)控制(簡稱滑?？刂?，因其動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)及穩(wěn)定范圍寬等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電力電子變換器中．理想的滑?？刂?，其開關(guān)頻率是無限大的．但在實(shí)際系統(tǒng)中，容易采用固定開關(guān)頻率的PWM控制模式．固定的開關(guān)頻率、控制簡單和硬件成本低，因而便于電路實(shí)現(xiàn)，是將滑模變結(jié)構(gòu)控制策略推向?qū)嵱玫年P(guān)鍵[3]．

圖3中CO=10uF，RL=20Ω，Vin=62．8V，Vu=4V，VL=1V，f=2．55kHz，當(dāng)對(duì)稱變量不一致時(shí)，如L1=11．6mH，L2=15mH時(shí)，電路仿真得到同步后的兩Buck變換器相圖也能保持一致，如圖4所示．均流效果也較好，如圖5所示．

圖5 滑?？刂频牟⒙?lián)Buck變換器混沌同步均流效果

3 結(jié)論

通過建立Buck變換器的混沌動(dòng)力學(xué)離散模型可研究其豐富的非線性現(xiàn)象．在實(shí)際的開關(guān)變換器中，制造完全相同的并聯(lián)模塊電路是不現(xiàn)實(shí)的，而且干擾信號(hào)也是時(shí)時(shí)存在的，因此要求混沌同步均流方法具有理論和現(xiàn)實(shí)意義．本文設(shè)計(jì)出一種新的固定開關(guān)頻率的PWM控制模式的滑?？刂?，便于電路實(shí)現(xiàn)．電路仿真證實(shí)該控制方法可以實(shí)現(xiàn)良好的均流，為解決Buck變換器的均流控制提供了有價(jià)值的參考．

[1] 汪劍鳴，PWM型DC/DC變換器基于混沌動(dòng)力學(xué)的建模、控制及應(yīng)用[D]．天津大學(xué)，2002－12－01．

[2] 賢燕華，羅曉曙，翁甲強(qiáng)．并聯(lián)Buck變換器的非線性動(dòng)力學(xué)性質(zhì)與均流關(guān)系的研究[J]．自然科學(xué)進(jìn)展，2004，14(11):1291－1296．

[3] 李榮，羅曉曙，賢燕華．三階并聯(lián)Buck變換器的建模及非線性動(dòng)力學(xué)行為初探[J]．廣西物理，2006，27(1):7 －11．