一種可用于pwm發(fā)生器的分數(shù)階混沌電路的制作方法
【專利摘要】一種可用于PWM發(fā)生器的分數(shù)階混沌電路，屬于電力電子開關(guān)變換器。該分數(shù)階混沌電路包括第一通道電路、第二通道電路和第三通道電路，其中，第一通道電路、第二通道電路和第三通道電路都具有乘法器、運算放大器和積分算子電路。該混沌發(fā)生電路輸出的混沌信號可使得PWM發(fā)生器的工作頻率發(fā)生變化，進而使得PWM發(fā)生器輸出的PWM信號頻率發(fā)生變化，使PWM信號的頻譜具有連續(xù)性。這樣，PWM信號的能量不再集中于開關(guān)變換器的開關(guān)頻率及其倍頻處，因而能夠抑制開關(guān)變換器電磁干擾水平。優(yōu)點：混沌信號動力學(xué)行為比一般整數(shù)階混沌電路豐富，信號的類隨機性更強，功率譜更具連續(xù)性。實現(xiàn)方法簡單，能降低開關(guān)諧波尖峰值，減小了濾波器尺寸，進而降低了設(shè)計成本。
【專利說明】—種可用于PWM發(fā)生器的分數(shù)階混沌電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子開關(guān)變換器，尤其涉及一種可用于PWM發(fā)生器的分數(shù)階混沌電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子功率開關(guān)器件的實用化和大容量化，采用高頻開關(guān)模式解決電能變換和傳輸己成為必然趨勢，但同時不可避免地帶來了開關(guān)換流過程所衍生的電磁干擾問題。在開關(guān)變換器等電力電子設(shè)備中，主開關(guān)和續(xù)流二極管都是開關(guān)元件，而且能量都集中在開關(guān)頻率及其各次諧波上，這樣在換流過程中將產(chǎn)生高頻脈沖，與電路的雜散參數(shù)形成高頻振蕩，產(chǎn)生嚴重的電磁干擾問題。
[0003]傳統(tǒng)上解決開關(guān)變換器電磁干擾問題的常用方法主要有濾波、耦接地、屏蔽、旁路及去耦等。這些方法的目的是通過外圍電路和措施切斷電磁干擾的傳輸途徑，把干擾限定在盡可能小的區(qū)域而降低電磁干擾，但這些方法不能從源頭上降低開關(guān)變換器的電磁干擾水平。對電磁干擾特性研究表明，若能使電磁干擾能量在頻域內(nèi)盡可能均勻分布，進而降低電磁干擾頻譜峰值，就可以使得開關(guān)變換器的電磁干擾水平降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種可用于PWM發(fā)生器的分數(shù)階混沌電路，解決采用傳統(tǒng)的濾波、耦接地、屏蔽、旁路及去耦等措施不能從源頭上降低開關(guān)變換器的抗電磁干擾的問題。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該分數(shù)階混沌電路包括:第一通道電路，第二通道電路和第三通道電路；
[0006]所述的第一通道電路包括:第一乘法器、第一運算放大器、第二運算放大器和第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一直流電源和第一積分算子電路；其中，第一運算放大器的反相輸入端耦接第一電阻的一端和第四電阻的一端，第一運算放大器的同相輸入端稱接第二電阻的一端、第三電阻的一端和第五電阻的一端，第一運算放大器的輸出端耦接第四電阻的另一端和第六電阻的一端，第五電阻的另一端耦接地，第三電阻的另一端耦接第一直流電源的正極端，第一直流電源的負極端耦接地，第二電阻的另一端耦接第二運算放大器的輸出端，第一電阻的另一端耦接第一乘法器的輸出端；第二運算放大器的同相輸入端耦接地，第二運算放大器的反相輸入端耦接第六電阻的另一端和第一積分算子電路的輸入端，第二運算放大器輸出端耦接第一積分算子電路的輸出端，該第二放大器的輸出端用于輸出混沛信號xl ；
[0007]第二通道電路包括:第二乘法器、第三運算放大器、第四運算放大器和第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第二直流電源和第二積分算子電路；其中，第三運算放大器的反相輸入端耦接第七電阻的一端和第十一電阻的一端，第三運算放大器的同相輸入端耦接第八電阻的一端、第九電阻的一端、第十電阻的一端和第十二電阻的一端，第三運算放大器的輸出端耦接第十一電阻的另一端和第十三電阻的一端，第十二電阻的另一端耦接地，第十電阻的另一端耦接第二乘法器的輸出端，第九電阻的另一端耦接第六運算放大器的輸出端，第八電阻的另一端耦接第四運算放大器的輸出端，第七電阻的另一端耦接第二直流電源的正極端，第二直流電源的負極端耦接地；第四運算放大器的同相輸入端耦接地，第四運算放大器的反相輸入端耦接第十三電阻的另一端和第二積分算子電路的輸入端，第二積分算子電路的輸出端耦接第四運算放大器的輸出端;
[0008]第三通道電路包括:第三乘法器、第五運算放大器、第六運算放大器和第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第三直流電源和第三積分算子電路組成；其中，第五運算放大器的反相輸入端耦接第十四電阻的一端、第十五電阻的一端和第十八電阻的一端，第五運算放大器的同相輸入端耦接第十六電阻的一端、第十七電阻的一端和第十九電阻的一端，第五運算放大器的輸出端稱接第十八電阻的另一端和第二十電阻的一端，第十九電阻的另一端耦接地，第十六電阻的另一端耦接第六運算放大器的輸出端，第十五電阻的另一端耦接第三乘法器的輸出端，第十四電阻的另一端耦接第四運算放大器的輸出端，第十七電阻的另一端耦接第三直流電源的正極端，第三直流電源的負極端耦接地；第六運算放大器的同相輸入端耦接地，第六運算放大器的反相輸入端耦接第二十電阻的另一端和第三積分算子電路的輸入端，第三積分算子電路的輸出端耦接第六運算放大器的輸出端；第一乘法器的第一輸入端耦接第四運算放大器的輸出端，第一乘法器的第二輸入端I禹接第六運算放大器的輸出端，第二乘法器的第一輸入端耦接第二運算運算放大器的輸出端，第二乘法器的第二輸入端耦接第六運算放大器的輸出端，第三乘法器的第一輸入端耦接第二運算放大器的輸出端，第三乘法器的第二輸入端耦接第四運算放大器的輸出端。
[0009]有益效果:由于采用了上述方案，本發(fā)明的分數(shù)階混沌電路輸出混沌信號，該混沌信號可使得PWM發(fā)生器工作頻率發(fā)生變化，進而使得PWM發(fā)生器輸出的PWM信號的頻率發(fā)生變化，使PWM信號的頻譜具有連續(xù)性，這樣，PWM信號的能量不再集中于開關(guān)變換器的開關(guān)頻率及其倍頻處，因而能夠抑制開關(guān)變換器電磁干擾水平。
[0010]分數(shù)階混沌電路的動力學(xué)行為比一般整數(shù)階混沌電路豐富，信號的類隨機性更強，功率譜更具連續(xù)性。本發(fā)明實現(xiàn)方法簡單，只需在常規(guī)的開關(guān)變換器中附加一些電路即可。
[0011]優(yōu)點:混沌信號動力學(xué)行為比一般整數(shù)階混沌電路豐富，信號的類隨機性更強，功率譜更具連續(xù)性。實現(xiàn)方法簡單，能降低開關(guān)諧波尖峰值，減小了濾波器尺寸，降低了設(shè)計成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的分數(shù)階混沌發(fā)生電路結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的分數(shù)階積分算子單元電路結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的調(diào)制控制電路結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的分數(shù)階永磁同步電機混沌電路的xl_x2混沌相圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的混沌信號xl的時序圖。[0017]圖6是本發(fā)明的混沌信號xl的功率譜。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:本發(fā)明提供一種基于混沌抖頻技術(shù)的脈寬調(diào)制技術(shù)。為了使本發(fā)明的方案更加清楚，先對抖頻技術(shù)做簡單介紹:抖頻技術(shù)的基本思想是通過調(diào)制功率器件的開關(guān)頻率把集中在開關(guān)頻率及其各次諧波上的能量分散到周圍的頻帶上，由此降低各個頻點上的功率譜幅值，使得能量不再那么集中分布，是一種解決開關(guān)變換器電磁干擾的有效方法。混沌是一類具有內(nèi)在隨機性且在一定頻率范圍內(nèi)呈連續(xù)頻譜分布的信號，可以作為控制信號調(diào)制PWM信號，以使得開關(guān)變換器工作于混沌調(diào)制模式下，通過改變信號的頻譜分布來降低電磁干擾水平。
[0019]該分數(shù)階混沌電路與調(diào)制控制電路和PWM信號發(fā)生器組合后，構(gòu)成PWM信號發(fā)生系統(tǒng)。分數(shù)階混沌電路的混沌信號輸出端與調(diào)制控制電路的輸入端耦接，調(diào)制控制電路的輸出端與PWM發(fā)生器的時鐘端耦接。其中，分數(shù)階混沌發(fā)生電路用于產(chǎn)生混沌信號；調(diào)制控制電路用于調(diào)整混沌信號的幅度，將調(diào)整后的混沌信號輸出到PWM發(fā)生器的時鐘端，該調(diào)整后的混沌信號用于改變PWM發(fā)生器的時鐘頻率；PWM發(fā)生器用于輸出PWM信號。
[0020]所述的調(diào)制控制電路是可選元件，如果分數(shù)階混沌電路輸出的混沌信號能夠滿足PWM發(fā)生器的時鐘端輸入信號的要求，則可以不需要該調(diào)制控制電路。
[0021]本發(fā)明采用分數(shù)階混沌發(fā)生電路輸出混沌信號，該混沌信號的強度可控制PWM發(fā)生器時鐘頻率的變化范圍，即控制了 PWM發(fā)生器工作頻率的變化范圍，從而控制了 PWM發(fā)生器輸出的PWM信號的頻率的變化范圍，使PWM信號的頻譜具有連續(xù)性，這樣，PWM信號的能量就不再集中于開關(guān)變換器的開關(guān)頻率及其倍頻處，因而能夠抑制開關(guān)變換器電磁干擾水平。
[0022]圖1為分數(shù)階混沌電路的結(jié)構(gòu)圖，提供的分數(shù)階混沌電路是基于永磁同步電機在轉(zhuǎn)子磁場定向坐標系下的狀態(tài)方程來實現(xiàn)的，如下對分數(shù)階混沌電路的設(shè)計思想做簡單介紹:
[0023]永磁同步電機在d_q (轉(zhuǎn)子磁場定向)坐標系下的狀態(tài)方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種可用于PWM發(fā)生器的分數(shù)階混沌電路，其特征是:該分數(shù)階混沌電路包括:第一通道電路，第二通道電路和第三通道電路；其中， 所述第一通道電路包括:第一乘法器、第一運算放大器、第二運算放大器和第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一直流電源和第一積分算子電路；其中，第一運算放大器的反相輸入端耦接第一電阻的一端和第四電阻的一端，第一運算放大器的同相輸入端稱接第二電阻的一端、第三電阻的一端和第五電阻的一端，第一運算放大器的輸出端耦接第四電阻的另一端和第六電阻的一端，第五電阻的另一端耦接地，第三電阻的另一端耦接第一直流電源的正極端，第一直流電源的負極端耦接地，第二電阻的另一端耦接第二運算放大器的輸出端，第一電阻的另一端耦接第一乘法器的輸出端；第二運算放大器的同相輸入端耦接地，第二運算放大器的反相輸入端耦接第六電阻的另一端和第一積分算子電路的輸入端，第二運算放大器輸出端耦接第一積分算子電路的輸出端，該第二放大器的輸出端用于輸出混沛信號xl ； 第二通道電路包括:第二乘法器、第三運算放大器、第四運算放大器和第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第二直流電源和第二積分算子電路；其中，第三運算放大器的反相輸入端耦接第七電阻的一端和第十一電阻的一端，第三運算放大器的同相輸入端耦接第八電阻的一端、第九電阻的一端、第十電阻的一端和第十二電阻的一端，第三運算放大器的輸出端耦接第十一電阻的另一端和第十三電阻的一端，第十二電阻的另一端耦接地，第十電阻的另一端耦接第二乘法器的輸出端，第九電阻的另一端耦接第六運算放大器的輸出端，第八電阻的另一端耦接第四運算放大器的輸出端，第七電阻的另一端耦接第二直流電源的正極端，第二直流電源的負極端耦接地；第四運算放大器的同相輸入端耦接地，第四運算放大器的反相輸入端耦接第十三電阻的另一端和第二積分算子電路的輸入端，第二積分算子電路的輸出端耦接第四運算放大器的輸出端；第三通道電路包括:第三乘法器、第五運算放大器、第六運算放大器和第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第三直流電源和第三積分算子電路組成；其中，第五運算放大器的反相輸入端耦接第十四電阻的一端、第十五電阻的一端和第十八電阻的一端，第五運算放大器的同相輸入端耦接第十六電阻的一端、第十七電阻的一端和第十九電阻的一端，第五運算放大器的輸出端耦接第十八電阻的另一端和第二十電阻的一端，第十九電阻的另一端耦接地，第十六電阻的另一端耦接第六運算放大器的輸出端，第十五電阻的另一端耦接第三乘法器的輸出端，第十四電阻的另一端耦接第四運算放大器的輸出端，第十七電阻的另一端耦接第三直流電源的正極端，第三直流電源的負極端耦接地；第六運算放大器的同相輸入端耦接地，第六運算放大器的反相輸入端耦接第二十電阻的另一端和第三積分算子電路的輸入端，第三積分算子電路的輸出端耦接第六運算放大器的輸出端；第一乘法器的第一輸入端耦接第四運算放大器的輸出端，第一乘法器的第二輸入端耦接第六運算放大器的輸出端，第二乘法器的第一輸入端耦接第二運算運算放大器的輸出端，第二乘法器的第二輸入端耦接第六運算放大器的輸出端，第三乘法器的第一輸入端耦接第二運算放大器的輸出端，第三乘法器的第二輸入端耦接第四運算放大器的輸出端。
【文檔編號】H02M1/08GK103647435SQ201310594017
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】馬草原, 劉建華, 王崇林, 張棟梁, 李曉波, 李國欣, 梁睿, 董新偉 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)