文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)08-0065-03
混沌信號的偽隨機(jī)性使其在工程領(lǐng)域有很多創(chuàng)新的應(yīng)用，其中比較成功的是用于開關(guān)電源的EMI抑制。開關(guān)電源因其高效性得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于開關(guān)電源的功率器件工作在高頻的開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)致了電流與電壓的高頻變化，使得電磁干擾（EMI）成為開關(guān)電源亟待解決的一個重要問題?；煦缧盘柕念l譜連續(xù)，具有偽隨機(jī)性，這一特點(diǎn)使得應(yīng)用混沌可以有效地抑制電磁干擾。1995年，HAMILL首次將混沌頻率調(diào)制技術(shù)用于開關(guān)變換器[1]，緊接著MARRERO等闡述了混沌用于諧波尖峰抑制的原理[2]，至今，在開關(guān)電源中應(yīng)用混沌調(diào)制技術(shù)成為了研究的熱點(diǎn)[3-6]。
然而，研究多數(shù)集中在理想變換器的理論性模型研究，采用分立器件或者是高成本的DSP芯片等進(jìn)行控制電路的設(shè)計，這與商用開關(guān)電源選擇成本低廉的控制芯片作為控制核心相悖。為了探索混沌頻率調(diào)制技術(shù)的實用性，本文將基于最常見的開關(guān)電源芯片UC3842設(shè)計混沌頻率調(diào)制電路，用于控制一個商用的反激開關(guān)電源。最后，通過仿真和實驗結(jié)果來驗證該設(shè)計的可行性。
1 混沌頻率調(diào)制技術(shù)控制的反激開關(guān)電源
1.1 系統(tǒng)設(shè)計
該設(shè)計使用UC3842作為控制芯片實現(xiàn)了反激開關(guān)電源的控制[7-8]。交流輸入經(jīng)整流后得到高壓直流電壓，UC3842輸出的PWM信號使得功率開關(guān)進(jìn)行高頻的開關(guān)動作，將高壓直流電壓高頻地導(dǎo)通到高頻變壓器的初級再斷開，在開關(guān)截止時，能量傳遞至高頻變壓器的次級，經(jīng)整流得到穩(wěn)定的直流輸出，輸出的電壓經(jīng)反饋電路將反饋信號輸入至UC3842進(jìn)而用于控制PWM信號占空比。
通常，PWM信號為固定頻率，則系統(tǒng)輸入電流的頻譜將會離散化，在開關(guān)頻率及其倍頻處諧波分量很大，甚至可能會超過電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)。在該設(shè)計中，將會使用混沌電路實現(xiàn)混沌頻率調(diào)制，使得PWM信號的頻率在一個比較小的范圍內(nèi)抖動。因此，在總能量不變的情況下，輸入電流的頻率將會連續(xù)化，處于開關(guān)頻率及其倍頻處的諧波尖峰將會被削減，從而實現(xiàn)EMI抑制。
1.2 UC3895的振蕩器
如圖1所示，UC3842的時鐘由可編程振蕩器產(chǎn)生。VREF通過外置電阻RT給時間電容CT充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到峰值電壓Vupp時，則CT對地放電，直到其電壓等于或低于Vlow，開始下個充放電循環(huán)。CT的電壓呈鋸齒波形態(tài)，在充電時，時鐘為高電平，反之為低電平。充放電的時間依次為：
![$GWG~`3I9I$[{1_)]{VFF9R.png](http://files.chinaaet.com/images/2017/01/25/6362094406830600004099054.png "$GWG~`3I9I$[{1_)]{VFF9R.png")
1.3 混沌頻率調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)
通過為CT添加一個混沌充電電流，可實現(xiàn)混沌調(diào)制頻率。具體做法如圖2所示。讓一混沌變化的電壓Vchaos通過一個限流電阻Rchaos連至CT，CT的充電電流將會由混沌電流和VREF產(chǎn)生的充電電流疊加而成。在該設(shè)計中，采用簡單且成熟的Chua′s電路實現(xiàn)混沌頻率調(diào)制電路，用于產(chǎn)生Vchaos所設(shè)計的混沌頻率調(diào)制電路如圖3所示。限幅電路將混沌電壓信號Vchaos設(shè)置在一定的范圍內(nèi)，其計算公式如下：
電容CT的充放電時間將會變?yōu)椋?/p>
![6Y1VX8)YSHO[]4P%7XD){}O.png](http://files.chinaaet.com/images/2017/01/25/6362094420308400001551728.png "6Y1VX8)YSHO[]4P%7XD){}O.png")
鑒于Vchaos為偽隨機(jī)變化的電壓，若設(shè)Vchaos的最大、最小值分別為Vmax、Vmin，則開關(guān)頻率將會在某個范圍內(nèi)隨機(jī)變化，其最大及最小取值將會為：
其中Rchaos的大小將決定混沌電流注入的多少，混沌電流注入的越多，開關(guān)頻率的隨機(jī)性越強(qiáng)，當(dāng)Rchaos減小時，頻率的調(diào)制范圍將會增大。圖4給出了CT電壓在沒有混沌頻率調(diào)制和有混沌頻率調(diào)制兩種情況下的傅里葉變換的對比結(jié)果?？梢悦黠@地看出，在混沌頻率調(diào)制下，頻率圍繞中心頻率被擴(kuò)展到了一定的范圍。
2 仿真結(jié)果
本文使用了一個輸出1.8 A的基于flyback拓?fù)涞碾娫醋鳛閷嶒瀸ο?。在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，添加了圖3所示的混沌頻率調(diào)制電路。表1給出了不同的Rchaos對應(yīng)的輸出電流的紋波，沒有混沌頻率調(diào)制時，輸出電流的紋波大小為25 mA；頻率調(diào)制范圍越大，輸出的紋波越大；當(dāng)頻率調(diào)制范圍較小時，輸出紋波幾乎不會變化。但是總體來說，紋波的大小都在可以接受的范圍。圖5給出了不同情況下高頻變壓器初級輸入電壓的波形，表2給出了不同的Rchaos對應(yīng)的開關(guān)頻率及其倍頻處峰值的削減值。當(dāng)頻率調(diào)制范圍越大時，諧波越能有效地削減，EMI越能被有效地抑制。因此在實際的系統(tǒng)設(shè)計時，可以結(jié)合對紋波的要求和EMI抑制水平的要求進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的確定。
3 實驗結(jié)果
實物實驗采用線性負(fù)載，因此測量的輸出電壓的波形能直接反映輸出電流的波形，如圖6所示，圖中可見紋波并無明顯增加。圖7為高頻變壓器初級電壓的傅里葉變換波形，諧波的尖峰被有效地削減，尤其是高頻部分的抑制效果更加突出，實驗結(jié)果與仿真結(jié)果相一致。
本文應(yīng)用混沌頻率調(diào)制方法實現(xiàn)了在商用開關(guān)電源中的EMI抑制。該方法基于蔡氏電路設(shè)計了混沌頻率調(diào)制電路，在其工作電源正確連接的基礎(chǔ)上，只需要一個混沌輸出信號即可驅(qū)動PWM芯片的振蕩器，實現(xiàn)頻率調(diào)制，并且通過改變限流電阻的調(diào)節(jié)，可設(shè)定頻率調(diào)制的范圍。仿真和實驗結(jié)果表明，混沌頻率調(diào)制方法可有效用于商用開關(guān)電源的EMI抑制。
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