随着电力电子技术的快速发展,开关电源正日益得到广泛应用。但是随着开关电源的高频化和大容量化,其在换流过程中产生了严重的电磁干扰,这些干扰严重污染了周围电磁环境和电源系统,从而制约了功率转换的应用。方献分析结果表明,开关调制信号的特性影响降低电磁干扰水平的效果。相应地,不同的混沌信号也会对降低电磁干扰水平的效果产生影响。本文以一个能产生混沌、亚超混沌与超混沌信号的电路为信号源,以Boost型DC/DC变换器为对象,研究不同混沌调制信号对降低开关电源电磁干扰水平效果的影响,为生成混沌开关调制信号的混沌信号源优化选择提供参考依据。

　　超混沌电路及其混沌调制信号
　　“超混沌电路”由5个线性元件和一个非线性电容元件组成。其电路如图1(a)所示。图1(b)为非线性电容元件的库伏特性。
　　对图1(a)中电路,取非线性电容C1极板上的电荷q1、流过电感L1中的电流il1、线性电容C2两端的电压uC2以及流过电感L2的电流iL2作为状态变量,并对其进行归一化处理后有

图1  超混沌电路图

　　当电路归一化参数取b=0.5369、c=0.3725、d=0.0354、e=0.5890、f=0.8489,a作为分岔参数改变。当分岔参数a∈(0.05,0.15)时,电路先后输出超混沌、亚超混沌及混沌信号。本文选取该参数范围内3种性质的混沌信号作为信号源,按照文献中生成混沌开关调制信号的原理,获得混沌开关调制信号。
　　典型超混沌信号及相图如图2(a)、(b)所示,此时超混沌信号对应的李雅普诺夫指数为:λ1=0.042λ2=0.008,λ3=0.000,λ4=-0.067。用于计算机模拟中除图中给出的超混沌信号外,对应的混沌和亚超混沌信号的李雅普诺夫指数分别为:λ1=0.029,λ2=0.000,λ3=-0.038,λ4=-0.097和λ1=0.033,λ2=0.000,λ3=0.000,λ4=-0.073。

图2  超混沌电路输出电压及吸引子投影图

　　根据文献,混沌开关调制信号有表1以标准PWM为参照的4种调制模式。即标准PWM脉的参数由混沌序列调制的“混沌脉冲宽度调制”(CPWM)、“混沌脉冲位置调制”(CPPM)、“定占空比混沌载频调制”(CCFMFD)以及“变占空比混沌载频调制”(CCFMVD)。各种调制模式的具体调制过程为:对CPWM模式,开关导通时间由Ton=T/2+(x(n)-x)T/k决定,k=2;对CPPM模式,开关延迟时间位于[0,0.5T];对CCFMVD模式,与CPWM一样,使开关导通时间Ton=T/2+(x(n)-x)T/k随混沌序列变化,开关断开时间为0.5T,由于导通时间变化,断开时间固定,周期变化,占空比不定;对CCFMFD模式,每一个开关周期T(n)=T+(x(n)-x)T/k都是变化的,开关的占空比固定。两种混沌载频调制模式下k=2,占空比或平均占空比均为0.5。

表1  4种混沌调制模式的混沌因素

　　混沌信号调制下Boost型变换器电磁干扰水平分析
　　Boost型变换器电路如图3所示。用于计算机模拟的电路中,取电源电压Vin=10V、电感L=1mH、电容C=12μF。按前述方式生成的各种混沌开关调制信号的平均频率为10kHz,平均占空比取为0.5。为对比,文中所给出的结果均以占空比等于0.5的标准PWM为比较对象。为保证结果的可靠性,模拟中使用的软件已应用标准电路结果进行了校验。