CN107404223A - 一种基于混沌信号驱动的开关变换器emi抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，包括：获取用户输入的混沌信号，并将混沌信号离散化，获得离散化数据；采集开关变换器的反馈电压信号，并根据离散化数据和所述反馈电压信号，生成混沌PWM驱动信号；其中，反馈电压信号用于改变混沌PWM驱动信号的占空比；离散化数据用于改变混沌PWM驱动信号的频率；输出PWM驱动信号到开关变换器，以控制开关变换器的开关状态，实现开关变换器的EMI抑制。采用本发明实施例，通过混沌PWM驱动信号控制闭环开关变换器进行混沌扩频，从而抑制EMI，实现方法简单，精度高，使用范围广。

Description

一种基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法。

背景技术

现在的开关变换器的电磁干扰(EMI)是一个很难解决的问题，而混沌信号具有连续频谱的特性，可以让EMI能量尽可能均匀地分布在频域内，从而降低EMI频谱的能量峰值，让开关变换器的电磁干扰得到抑制。

而目前对于混沌PWM抑制EMI的研究，基本只是对一种开关变换器上做仿真研究，得出仿真的EMI频谱，或者在开环的开关变换器上进行混沌抑制EMI的实验研究。而开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差，控制精度和抑制干扰的性能较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小、精度要求不高的场合，不符合实际应用需求和对环境、精度要求高的场景。

发明内容

本发明实施例提出一种基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，通过闭环控制开关变换器对PWM驱动信号进行混沌扩频，从而抑制EMI，实现方法简单，精度高，使用范围广，具有工业应用价值。

本发明实施例提供一种基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，包括：

获取用户输入的混沌信号，并将所述混沌信号离散化，获得离散化数据；

采集开关变换器的反馈电压信号，并根据所述离散化数据和所述反馈电压信号，生成混沌PWM驱动信号；其中，所述反馈电压信号用于改变所述混沌PWM驱动信号的占空比；所述离散化数据用于改变所述PWM驱动信号的频率；

输出所述混沌PWM驱动信号到所述开关变换器，以控制所述开关变换器的开关频率，实现开关变换器的EMI抑制。

进一步的，所述获取用户输入的混沌信号，并将所述混沌信号离散化，获得离散化数据，具体为：

获取用户输入的混沌信号，并使用数值化方法将所述混沌信号的动力学方程离散化，获得离散化数据。

进一步的，所述混沌信号包括蔡氏吸引子、Lorenz吸引子、Rossler吸引子、陈氏吸引子、吕氏吸引子、蔡氏超混沌吸引子、Liu蝴蝶吸引子或Jerk多涡卷混沌吸引子。

进一步的，所述数值化方法包括：欧拉法、改进型欧拉法、龙格—库塔法、四阶亚当姆斯法、亚当姆斯预估—校正法。

进一步的，所述开关变换器包括AC-DC变换器、DC-DC变换器或AC-AC变换器。

进一步的，所述开关变换器为AC-DC变换器；

所述AC-DC变换器包括：整流滤波电路、反馈控制电路和主功率电路；

其中，所述主功率电路分别与所述整流滤波电路、所述反馈控制电路连接。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，先获取用户输入的混沌信号，并将其离散化获得离散化数据，然后采集开关变换器的反馈电压信号，并根据离散化数据和反馈电压信号生成PWM驱动信号，最后输出PWM驱动信号到开关变换器中，相比于现有技术采用的固定频率PWM、抖频PWM，本发明采用基于混沌信号PWM对开关变换器进行EMI抑制，适用于对传导干扰要求高的场景，而且实现方法简单，使用范围广，利于工业应用。

附图说明

图1是本发明提供的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法的一种实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的整流滤波电路的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的反馈控制电路的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的主功率电路的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的抑制方法可在各种类型的控制器上执行，而本实施例以单片机为执行载体来说明，而且该抑制方法可用于各种类型的开关变换器，包括：AC-DC变换器、DC-DC变换器或AC-AC变换器。本实施例以反激式AC-DC变换器为例，说明本发明的具体步骤流程。

参见图1，是本发明提供的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法的一种实施例的流程示意图，该抑制方法包括步骤101至步骤103，各步骤具体如下：

步骤101：获取用户输入的混沌信号，并将该混沌信号离散化，获得离散化数据。

步骤102：采集开关变换器的反馈电压信号，并根据离散化数据和反馈电压信号，生成混沌PWM驱动信号；其中，反馈电压信号用于改变混沌PWM驱动信号的占空比；离散化数据用于改变PWM驱动信号的频率。

步骤103：输出混沌PWM驱动信号到开关变换器，以控制开关变换器的开关频率，实现开关变换器的EMI抑制。

在本实施例中，步骤101具体为：获取用户输入的混沌信号，并使用数值化方法将所述混沌信号的动力学方程离散化，获得离散化数据。

其中，该混沌信号可以但不限于包括蔡氏吸引子、Lorenz吸引子、Rossler吸引子、陈氏吸引子、吕氏吸引子、蔡氏超混沌吸引子、Liu蝴蝶吸引子或Jerk多涡卷混沌吸引子。除了上述的吸引子外，只要符合混沌现象都是本发明所指的混沌信号，混沌现象是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动，都表现为非规则的有序。

本实施例所指出的8种应用于AC-DC变换器的混沌信号为：

(1)蔡氏吸引子

其中f(x)为：f(x)＝bx+0.5(a-b)(|x+1|-|x-1|)

系统参数为α＝10，β＝17.23，a＝-1.368，b＝-0.738。

(2)Lorenz混沌吸引子

其中当方程参数设置α＝10，r＝28，β＝8/3时，系统处在混沌状态。

(3)Rossler混沌吸引子

参数是a＝0.38，b＝0.2，c＝5.7。

(4)陈氏混沌吸引子

参数是a＝40，c＝28，b＝3。

(5)吕氏混沌吸引子

参数：当a＝36，b＝3，c＝20，u介于-15到15之间时可得到一个Lü混沌吸引子。

(6)蔡氏超混沌吸引子

其中参数α＝10.82，β＝14.286，a＝1.3，b＝0.11，c＝7，初始条件x(1)＝1，y(1)＝1，z(1)＝0，可得到超混沌蔡氏吸引子。

(7)Liu蝴蝶混沌吸引子

当参数a＝10，b＝2.5，c＝40，d＝4时，形如“蝴蝶状”。

(8)Jerk多涡卷混沌吸引子

其中，参数a＝0.6，形成多涡卷混沌吸引子。

在本实施例中，数值化方法可以但不限于包括：欧拉法、改进型欧拉法、龙格—库塔法、四阶亚当姆斯法、亚当姆斯预估—校正法。

在本实施例中，开关变换器为反激式AC-DC变换器，其包括：整流滤波电路、反馈控制电路和主功率电路；其中，主功率电路分别与整流滤波电路、反馈控制电路连接。

参见图2，图2是本发明提供的整流滤波电路的一种实施例的结构示意图。滤波整流电路主要作用为输入有效220V交流电源，通过整流与电容储能形成稳定的直流电压。另外，电路前端拥有保险丝，压敏电阻，热敏电阻，用于保护后端电路，防止电压和电流过大。具有XY的共模差模滤波电容，能适当降低EMI。

参见图3，图3是本发明提供的反馈控制电路的一种实施例的结构示意图。该原理图的控制原理为当Vos2增大时，因为Vref电压变化极其微小，而Vos2抖动较大，导致通过R7的电流Ie增大，流经R8的电流Im基本不变，大部分电流流In经R9为电容器C11充电，此处R9与C11起积分作用，C11电容充电，导致电容两端电压差增大，从而导致V2降低。V2减小，通过光耦OC1的电流Ie增大，从而导致流经R1的电流Iq增大。相反同理。总结可得如下规律：

Vos2↑—Ie↑—In↑—V2↓—If↑—Iq↑—V1↓

Vos2↓—Ie↓—In↓—V2↑—If↓—Iq↓—V1↑

Vos1主要反馈输出电压的大范围波动，控制速度快控制范围较Vos2广，Vos1与Vos2配合使If快速反映输出电压的变化，因此单片机采集电压V1从而可改变驱动信号的占空比。

参见图4，图4是本发明提供的主功率电路的一种实施例的结构示意图。主功率电路主要功能是将整流后的直流电压，通过控制MOSFET的通断使其电流通过变压器的原边变化，反激到副边，并且在副边的电容进行储能提供稳定的电压。通过控制MOSFET的占空比，能够控制发生反激的时间长短，一个开关周期内，反激时间越长，PWM占空比越大，副边的电容存贮电能越多，电压也就越高。

在本实施例中，单片机可以是型号为STM32系列的单片机，可采集最大模拟电压值为3V，A/D转换精度为12位，即0～3V分别对应数字量0～4096。根据该对应关系，设置0～3V对应的PWM占空比为0～30％，即有如下对应关系：

其中，DUTY为PWM占空比，Uf为反馈电压，ADCX为相应的数字量。

可见，本发明通过混沌信号的状态方程的数值化，经过编写混沌算法程序产生混沌PWM，同时反馈回来的电压经过单片机处理后控制PWM的占空比使输出电压稳定。最终驱动开关变换器的PWM信号频率受混沌算法控制，PWM信号的占空比受反馈电压控制，这样开关变化器的EMI信号频谱从原来集中在开关变换器开关信号频率倍频次谐波处的频谱能量连续分配在较宽的频带内，谐波频谱峰值得以压缩，实现抑制开关变换器EMI的目的。方法适用于对EMI要求比较高的场合，而且实现方法简单，精度高。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，其特征在于，包括：

获取用户输入的混沌信号，并将所述混沌信号离散化，获得离散化数据；

采集开关变换器的反馈电压信号，并根据所述离散化数据和所述反馈电压信号，生成混沌PWM驱动信号；其中，所述反馈电压信号用于改变所述混沌PWM驱动信号的占空比；所述离散化数据用于改变所述PWM驱动信号的频率；

输出所述混沌PWM驱动信号到所述开关变换器，以控制所述开关变换器的开关频率，实现开关变换器的EMI抑制。

2.根据权利要求1所述的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，其特征在于，所述获取用户输入的混沌信号，并将所述混沌信号离散化，获得离散化数据，具体为：

获取用户输入的混沌信号，并使用数值化方法将所述混沌信号的动力学方程离散化，获得离散化数据。

3.根据权利要求2所述的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，其特征在于，所述混沌信号包括蔡氏吸引子、Lorenz吸引子、Rossler吸引子、陈氏吸引子、吕氏吸引子、蔡氏超混沌吸引子、Liu蝴蝶吸引子或Jerk多涡卷混沌吸引子。

4.根据权利要求2所述的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，其特征在于，所述数值化方法包括：欧拉法、改进型欧拉法、龙格—库塔法、四阶亚当姆斯法、亚当姆斯预估—校正法。

5.根据权利要求1所述的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，其特征在于，所述开关变换器包括AC-DC变换器、DC-DC变换器或AC-AC变换器。

6.根据权利要求5所述的基于混沌信号驱动的开关变换器EMI抑制方法，其特征在于，所述开关变换器为AC-DC变换器；

所述AC-DC变换器包括：整流滤波电路、反馈控制电路和主功率电路；

其中，所述主功率电路分别与所述整流滤波电路、所述反馈控制电路连接。