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歐瑪爾OMAL開關(guān)變換器多頻率控制技術(shù)
隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,OMAL開關(guān)電源因具有重量輕、效率高和體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到了越來越廣泛的應(yīng)用,大量電子設(shè)備對其供電電源的穩(wěn)定性、穩(wěn)壓精度、瞬態(tài)響應(yīng)速度等性能提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的以電壓型控制、電流型控制為代表的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛,但存在輕載效率低、動態(tài)響應(yīng)速度慢等問題。

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因此,為提升OMAL開關(guān)電源的性能,提出并研究了OMAL開關(guān)變換器多頻率控制技術(shù)。OMAL開關(guān)變換器多頻率控制技術(shù)是通過多個不同頻率的控制脈沖的組合,實(shí)現(xiàn)對OMAL開關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié),是一種不同于PWM控制技術(shù)、且立足于雙頻率控制拓展的新穎控制技術(shù)。與傳統(tǒng)PWM控制相比,該控制技術(shù)具有更快的瞬態(tài)響應(yīng)速度和更好的魯棒性；與雙頻率(Bi-frequency, BF)控制相比,該控制技術(shù)由于更多頻率脈沖的設(shè)置,具有更寬的負(fù)載功率范圍、更低的輸出電壓紋波、更高的輕載效率等優(yōu)點(diǎn)。首先研究了雙頻率控制技術(shù)的控制原理與特性,在對控制脈沖組合規(guī)律、輸出電壓紋波、瞬態(tài)特性和頻率特性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,指出了雙頻率控制技術(shù)用于電感電流斷續(xù)導(dǎo)電模式OMAL開關(guān)變換器存在無法兼顧輸出功率范圍和輸出電壓紋波大小、不適用輕載或空載工作的問題,以及用于電感電流連續(xù)導(dǎo)電模式OMAL開關(guān)變換器時(shí)存在瞬態(tài)性能差與輸出電壓低頻波動的問題。研究的多頻率控制技術(shù)在保留雙頻率控制技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,有效解決了其在應(yīng)用中存在的問題。分析了多頻率控制技術(shù)的原理,研究了DCMOMAL開關(guān)變換器電壓型和電流型多頻率控制技術(shù),分析了兩種控制技術(shù)下的穩(wěn)定性、輸出電壓波動量、控制脈沖組合方式、輸出電壓紋波等特性,通過能量迭代模型研究了輸出電容電壓的運(yùn)行軌跡,對比研究了兩種控制技術(shù)的性能差異和相互關(guān)系。將多頻率控制技術(shù)進(jìn)一步拓展應(yīng)用到CCMOMAL開關(guān)變換器,在分析其控制原理與特性的基礎(chǔ)上,利用能量迭代模型研究了輸出電壓低頻波動的產(chǎn)生機(jī)理,并定量研究了輸出電容等效串聯(lián)電阻值大小對低頻波動現(xiàn)象的影響。針對多頻率控制CCMOMAL開關(guān)變換器存在的低頻波動問題,研究了電感電流偽連續(xù)導(dǎo)電模式OMAL開關(guān)變換器多頻率控制技術(shù)和CCMOMAL開關(guān)變換器峰值電流型固定關(guān)斷時(shí)間多頻率控制技術(shù)的原理與特性。研究結(jié)果表明：兩種方式均有效抑制了多頻率控制技術(shù)應(yīng)用于CCMOMAL開關(guān)變換器存在的低頻波動現(xiàn)象。建立了電壓型雙頻率控制、電流型雙頻率控制、電壓型多頻率控制和電流型多頻率控制DCMOMAL開關(guān)變換器的一維動力學(xué)模型及相應(yīng)的特征值方程,采用分岔圖、Lyapunov指數(shù)、時(shí)域波形、相軌圖、頻譜圖研究了雙頻率控制和多頻率控制DCMOMAL開關(guān)變換器的非線性動力學(xué)特性,研究結(jié)果表明：電壓型雙頻率控制DCM Buck變換器存在邊界碰撞分岔行為和多周期行為,其周期3行為并不意味著變換器會必然發(fā)生混沌行為；與電壓型雙頻率控制相比,負(fù)載變化時(shí),電流型雙頻率控制具有相似的分岔路由和動力學(xué)行為；而輸入電壓變化時(shí),電流型雙頻率控制表現(xiàn)出截然不同的動力學(xué)特性；與電壓型雙頻率控制相比,電壓型多頻率控制和電流型多頻率控制因誤差界限電壓的不同而表現(xiàn)出自相似現(xiàn)象和混頻現(xiàn)象。

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此外,還建立了多頻率控制CCMOMAL開關(guān)變換器的動力學(xué)模型,并分析了相應(yīng)的動力學(xué)特性,揭示了電壓型多頻率控制CCMOMAL開關(guān)變換器存在低頻波動現(xiàn)象；峰值電流型固定關(guān)斷時(shí)間多頻率控制CCMOMAL開關(guān)變換器不存在低頻波動現(xiàn)象,而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的多周期行為。對各種控制技術(shù)的研究均基于Buck變換器,控制技術(shù)均通過基于FPGA的數(shù)字控制方式實(shí)現(xiàn),所有理論研究結(jié)果的正確性均通過軟件仿真和電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。