文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2014)08-0065-03
混沌信号的伪随机性使其在工程领域有很多创新的应用，其中比较成功的是用于开关电源的EMI抑制。开关电源因其高效性得到了越来越广泛的应用。由于开关电源的功率器件工作在高频的开关状态，导致了电流与电压的高频变化，使得电磁干扰（EMI）成为开关电源亟待解决的一个重要问题。混沌信号的频谱连续，具有伪随机性，这一特点使得应用混沌可以有效地抑制电磁干扰。1995年，HAMILL首次将混沌频率调制技术用于开关变换器[1]，紧接着MARRERO等阐述了混沌用于谐波尖峰抑制的原理[2]，至今，在开关电源中应用混沌调制技术成为了研究的热点[3-6]。
然而，研究多数集中在理想变换器的理论性模型研究，采用分立器件或者是高成本的DSP芯片等进行控制电路的设计，这与商用开关电源选择成本低廉的控制芯片作为控制核心相悖。为了探索混沌频率调制技术的实用性，本文将基于最常见的开关电源芯片UC3842设计混沌频率调制电路，用于控制一个商用的反激开关电源。最后，通过仿真和实验结果来验证该设计的可行性。
1 混沌频率调制技术控制的反激开关电源
1.1 系统设计
该设计使用UC3842作为控制芯片实现了反激开关电源的控制[7-8]。交流输入经整流后得到高压直流电压，UC3842输出的PWM信号使得功率开关进行高频的开关动作，将高压直流电压高频地导通到高频变压器的初级再断开，在开关截止时，能量传递至高频变压器的次级，经整流得到稳定的直流输出，输出的电压经反馈电路将反馈信号输入至UC3842进而用于控制PWM信号占空比。
通常，PWM信号为固定频率，则系统输入电流的频谱将会离散化，在开关频率及其倍频处谐波分量很大，甚至可能会超过电磁干扰的标准。在该设计中，将会使用混沌电路实现混沌频率调制，使得PWM信号的频率在一个比较小的范围内抖动。因此，在总能量不变的情况下，输入电流的频率将会连续化，处于开关频率及其倍频处的谐波尖峰将会被削减，从而实现EMI抑制。
1.2 UC3895的振荡器
如图1所示，UC3842的时钟由可编程振荡器产生。VREF通过外置电阻RT给时间电容CT充电，当充电电压达到峰值电压Vupp时，则CT对地放电，直到其电压等于或低于Vlow，开始下个充放电循环。CT的电压呈锯齿波形态，在充电时，时钟为高电平，反之为低电平。充放电的时间依次为：
![$GWG~`3I9I$[{1_)]{VFF9R.png](http://files.chinaaet.com/images/2017/01/25/6362094406830600004099054.png "$GWG~`3I9I$[{1_)]{VFF9R.png")
1.3 混沌频率调制技术的实现
通过为CT添加一个混沌充电电流，可实现混沌调制频率。具体做法如图2所示。让一混沌变化的电压Vchaos通过一个限流电阻Rchaos连至CT，CT的充电电流将会由混沌电流和VREF产生的充电电流叠加而成。在该设计中，采用简单且成熟的Chua′s电路实现混沌频率调制电路，用于产生Vchaos所设计的混沌频率调制电路如图3所示。限幅电路将混沌电压信号Vchaos设置在一定的范围内，其计算公式如下：
电容CT的充放电时间将会变为：
![6Y1VX8)YSHO[]4P%7XD){}O.png](http://files.chinaaet.com/images/2017/01/25/6362094420308400001551728.png "6Y1VX8)YSHO[]4P%7XD){}O.png")
鉴于Vchaos为伪随机变化的电压，若设Vchaos的最大、最小值分别为Vmax、Vmin，则开关频率将会在某个范围内随机变化，其最大及最小取值将会为：
其中Rchaos的大小将决定混沌电流注入的多少，混沌电流注入的越多，开关频率的随机性越强，当Rchaos减小时，频率的调制范围将会增大。图4给出了CT电压在没有混沌频率调制和有混沌频率调制两种情况下的傅里叶变换的对比结果。可以明显地看出，在混沌频率调制下，频率围绕中心频率被扩展到了一定的范围。
2 仿真结果
本文使用了一个输出1.8 A的基于flyback拓扑的电源作为实验对象。在原有设计的基础上，添加了图3所示的混沌频率调制电路。表1给出了不同的Rchaos对应的输出电流的纹波，没有混沌频率调制时，输出电流的纹波大小为25 mA；频率调制范围越大，输出的纹波越大；当频率调制范围较小时，输出纹波几乎不会变化。但是总体来说，纹波的大小都在可以接受的范围。图5给出了不同情况下高频变压器初级输入电压的波形，表2给出了不同的Rchaos对应的开关频率及其倍频处峰值的削减值。当频率调制范围越大时，谐波越能有效地削减，EMI越能被有效地抑制。因此在实际的系统设计时，可以结合对纹波的要求和EMI抑制水平的要求进行系统参数的确定。
3 实验结果
实物实验采用线性负载，因此测量的输出电压的波形能直接反映输出电流的波形，如图6所示，图中可见纹波并无明显增加。图7为高频变压器初级电压的傅里叶变换波形，谐波的尖峰被有效地削减，尤其是高频部分的抑制效果更加突出，实验结果与仿真结果相一致。
本文应用混沌频率调制方法实现了在商用开关电源中的EMI抑制。该方法基于蔡氏电路设计了混沌频率调制电路，在其工作电源正确连接的基础上，只需要一个混沌输出信号即可驱动PWM芯片的振荡器，实现频率调制，并且通过改变限流电阻的调节，可设定频率调制的范围。仿真和实验结果表明，混沌频率调制方法可有效用于商用开关电源的EMI抑制。
参考文献
[1] HAMILL D C.Power electronics：A field rich in nonlineardynamics[C].Proc.3rd Int.Specialists Workshop on NonlinearDynamics of Electronic Systems NDES′95.1995：165-178.
[2] RODRIGUEZ MARRERO J L，FONT J M，VERGHESE G C.Analysis of the chaotic regime for DC-DC converters undercurrentmode control[C].Power Electronics Specialists Confer-ence，1996.PESC′96 Record.，27th Annual IEEE，IEEE(VOLUME：2)，1996：1477-1483.
[3] BALESTRA M，LAZZARINI M，SETTI G，et al.Experimentalperformance evaluation of a low-EMI chaos-based current-programmed DC/DC boost converter[C].Circuits and Systems，2005，ISCAS 2005，IEEE International Symposium on，IEEE，2005：1489-1492.
[4] BANERJEE S，BARANOVSKI A L，MARRERO J L R，etal.Minimizing electromagnetic interference problems withchaos[J].IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics，Communications and Computer Sciences，2004，87(8)：2100-2109.
[5] BANERJEE S，KASTHA D，SENGUPTA S.Minimising EMIproblems with chaos[C].Electromagnetic Interference andCompatibility，2001/02，Proceedings of the InternationalConference on，IEEE，2002：162-167.
[6] BARANOVSKI A L，MOGEL A，SCHWARZ W，et al.Chaoticcontrol of a DC-DC-converter[C].Circuits and Systems，2000，ISCAS 2000 Geneva，the 2000 IEEE InternationalSymposium on，IEEE，2000：108-111.
[7] 岳中哲.反激式开关电源的环路分析与设计[J].电子技术应用，2012，38(6)：61-64.
[8] 张国平，王维俊，王海龙，等.基于Saber的单级Flyback电路的仿真研究[J].微型机与应用，2012，31(18)：23-26.