反激變換器的原邊非線性電流控制方法

摘要： 反激變換器是LED驅(qū)動(dòng)的常用拓?fù)洌瑸榱私档统杀荆瑴p小光耦對(duì)于LED電源可靠性的影響，提高系統(tǒng)的控制性能，同時(shí)避免線性控制方式在啟動(dòng)時(shí)的輸出過(guò)沖造成LED損壞，提出了一種通過(guò)控制原邊電流間接控制輸出恒流的非線性控制策略。根據(jù)無(wú)源性控制理論建立了反激變換器的歐拉?拉格朗日模型，驗(yàn)證了系統(tǒng)的無(wú)源性，獲得反激變換器原副邊電流關(guān)系，然后基于無(wú)源性理論和Layapunov穩(wěn)定性理論，推導(dǎo)出系統(tǒng)的無(wú)源性控制規(guī)律。這里所提出的控制方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，控制性能良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制方法的正確性，采用原邊非線性電流控制方法的反激變換器具有穩(wěn)定的輸出電流，恒流精度高，啟動(dòng)無(wú)過(guò)沖并且具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 反激變換器； 原邊電流控制； 無(wú)源性； 非線性控制

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）06?0164?03

0 引 言

LED是一種節(jié)能環(huán)保，壽命長(zhǎng)的光源，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。反激變換器由于具有原副邊隔離，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為了LED驅(qū)動(dòng)的首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的反激變換器采用光耦隔離的方式進(jìn)行反饋控制，然而光耦反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；并且由于光耦的CTR會(huì)隨著時(shí)間不斷衰減，降低了LED驅(qū)動(dòng)的可靠性。因此，反激變換器的原邊反饋控制方法引起了廣泛的關(guān)注。目前常用的控制方式是通過(guò)對(duì)輔助繞組的控制間接實(shí)現(xiàn)輸出恒流控制，但由于輔助繞組與副邊輸出繞組存在漏感等雜散因素，不能真實(shí)反映輸出情況，并且一般采用線性PID補(bǔ)償，系統(tǒng)的魯棒性及控制性能較差。

文獻(xiàn)[1]提出了通過(guò)控制原邊峰值電流實(shí)現(xiàn)輸出恒流的控制方式，這種方式易于實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)輸入或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)輸出電流的精確控制。并且在啟動(dòng)過(guò)程中，輸出容易產(chǎn)生過(guò)沖而造成LED損壞。文獻(xiàn)[2]提出了通過(guò)對(duì)輔助繞組信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，控制輸出電流的方式，這種方式控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且由于輔助繞組不能真實(shí)反映輸出狀況，因此也難以實(shí)現(xiàn)輸出電流的精確控制。

非線性控制策略能夠極大地提高開(kāi)關(guān)變換器的控制性能，其中基于能量耗散理論的無(wú)源性控制策略能通過(guò)控制系統(tǒng)能量特性從而從本質(zhì)上滿足功率開(kāi)關(guān)變換器的控制特性，獲得精確而良好的輸出特性，并憑借其優(yōu)秀的控制性能得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。因此本文基于無(wú)源性控制策略，針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)負(fù)載為恒壓源的特點(diǎn)，提出了一種新型的反激變換器的恒流控制策略，通過(guò)控制反激變換器原邊電流間接控制輸出電流，實(shí)現(xiàn)副邊的精確恒流控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此控制方式的控制精度高，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，輸出啟動(dòng)無(wú)過(guò)沖。

1 反激變換器的數(shù)學(xué)模型

4 結(jié) 語(yǔ)

為了降低成本，提高LED隔離驅(qū)動(dòng)的可靠性，原邊控制反激變換器已經(jīng)成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)的主要控制方式；針對(duì)基于線性PID控制理論的原邊控制反激變換器存在啟動(dòng)時(shí)輸出過(guò)沖大，控制精度不高等缺點(diǎn)，本文采用無(wú)源性控制策略，提出了一種通過(guò)直接控制原邊電感電流間接控制輸出電流的反激變換器原邊無(wú)源性電流控制策略。首先根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間平均模型建立了系統(tǒng)的歐拉?拉格朗日能量模型，構(gòu)造了系統(tǒng)的能量函數(shù)；利用“注入阻尼加速系統(tǒng)穩(wěn)定”的無(wú)源性控制理論及Layapunov穩(wěn)定性理論，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)源性電流控制器，使得系統(tǒng)全局漸進(jìn)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差為零。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制方法輸出電流精確穩(wěn)定，啟動(dòng)過(guò)程輸出沒(méi)有過(guò)沖。同時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于線性控制的原邊反饋方法具有更好的控制性能。

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