文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)08-0065-03
混沌信號的偽隨機性使其在工程領域有很多創新的應用，其中比較成功的是用于開關電源的EMI抑制。開關電源因其高效性得到了越來越廣泛的應用。由于開關電源的功率器件工作在高頻的開關狀態，導致了電流與電壓的高頻變化，使得電磁干擾（EMI）成為開關電源亟待解決的一個重要問題。混沌信號的頻譜連續，具有偽隨機性，這一特點使得應用混沌可以有效地抑制電磁干擾。1995年，HAMILL首次將混沌頻率調制技術用于開關變換器[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，在開關電源中應用混沌調制技術成為了研究的熱點[3-6]。
然而，研究多數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芯片等進行控制電路的設計，這與商用開關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制技術的實用性，本文將基于最常見的開關電源芯片UC3842設計混沌頻率調制電路，用于控制一個商用的反激開關電源。最后，通過仿真和實驗結果來驗證該設計的可行性。
1 混沌頻率調制技術控制的反激開關電源
1.1 系統設計
該設計使用UC3842作為控制芯片實現了反激開關電源的控制[7-8]。交流輸入經整流后得到高壓直流電壓，UC3842輸出的PWM信號使得功率開關進行高頻的開關動作，將高壓直流電壓高頻地導通到高頻變壓器的初級再斷開，在開關截止時，能量傳遞至高頻變壓器的次級，經整流得到穩定的直流輸出，輸出的電壓經反饋電路將反饋信號輸入至UC3842進而用于控制PWM信號占空比。
通常，PWM信號為固定頻率，則系統輸入電流的頻譜將會離散化，在開關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準。在該設計中，將會使用混沌電路實現混沌頻率調制，使得PWM信號的頻率在一個比較小的范圍內抖動。因此，在總能量不變的情況下，輸入電流的頻率將會連續化，處于開關頻率及其倍頻處的諧波尖峰將會被削減，從而實現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生。VREF通過外置電阻RT給時間電容CT充電，當充電電壓達到峰值電壓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。CT的電壓呈鋸齒波形態，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 混沌頻率調制技術的實現
通過為CT添加一個混沌充電電流，可實現混沌調制頻率。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產生的充電電流疊加而成。在該設計中，采用簡單且成熟的Chua′s電路實現混沌頻率調制電路，用于產生Vchaos所設計的混沌頻率調制電路如圖3所示。限幅電路將混沌電壓信號Vchaos設置在一定的范圍內，其計算公式如下：
電容CT的充放電時間將會變為：
![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為偽隨機變化的電壓，若設Vchaos的最大、最小值分別為Vmax、Vmin，則開關頻率將會在某個范圍內隨機變化，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，開關頻率的隨機性越強，當Rchaos減小時，頻率的調制范圍將會增大。圖4給出了CT電壓在沒有混沌頻率調制和有混沌頻率調制兩種情況下的傅里葉變換的對比結果。可以明顯地看出，在混沌頻率調制下，頻率圍繞中心頻率被擴展到了一定的范圍。
2 仿真結果
本文使用了一個輸出1.8 A的基于flyback拓撲的電源作為實驗對象。在原有設計的基礎上，添加了圖3所示的混沌頻率調制電路。表1給出了不同的Rchaos對應的輸出電流的紋波，沒有混沌頻率調制時，輸出電流的紋波大小為25 mA；頻率調制范圍越大，輸出的紋波越大；當頻率調制范圍較小時，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對應的開關頻率及其倍頻處峰值的削減值。當頻率調制范圍越大時，諧波越能有效地削減，EMI越能被有效地抑制。因此在實際的系統設計時，可以結合對紋波的要求和EMI抑制水平的要求進行系統參數的確定。
3 實驗結果
實物實驗采用線性負載，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，實驗結果與仿真結果相一致。
本文應用混沌頻率調制方法實現了在商用開關電源中的EMI抑制。該方法基于蔡氏電路設計了混沌頻率調制電路，在其工作電源正確連接的基礎上，只需要一個混沌輸出信號即可驅動PWM芯片的振蕩器，實現頻率調制，并且通過改變限流電阻的調節，可設定頻率調制的范圍。仿真和實驗結果表明，混沌頻率調制方法可有效用于商用開關電源的EMI抑制。
參考文獻
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