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)動的常用拓?fù)?，為了降低成本，減小光耦對于LED電源可靠性的影響，提高系統(tǒng)的控制性能，同時避免線性控制方式在啟動時的輸出過沖造成LED損壞，提出了一種通過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)無源性控制理論建立了反激變換器的歐拉?拉格朗日模型，驗證了系統(tǒng)的無源性，獲得反激變換器原副邊電流關(guān)系，然后基于無源性理論和Layapunov穩(wěn)定性理論，推導(dǎo)出系統(tǒng)的無源性控制規(guī)律。這里所提出的控制方法結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，控制性能良好。實驗結(jié)果驗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，啟動無過沖并且具有良好的動態(tài)響應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 反激變換器； 原邊電流控制； 無源性； 非線性控制

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

0 引 言

LED是一種節(jié)能環(huán)保，壽命長的光源，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)簡單等優(yōu)點，成為了LED驅(qū)動的首選拓?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會隨著時間不斷衰減，降低了LED驅(qū)動的可靠性。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對輔助繞組的控制間接實現(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，不能真實反映輸出情況，并且一般采用線性PID補償，系統(tǒng)的魯棒性及控制性能較差。

文獻(xiàn)[1]提出了通過控制原邊峰值電流實現(xiàn)輸出恒流的控制方式，這種方式易于實現(xiàn)，但是當(dāng)輸入或負(fù)載發(fā)生變化時，難以實現(xiàn)輸出電流的精確控制。并且在啟動過程中，輸出容易產(chǎn)生過沖而造成LED損壞。文獻(xiàn)[2]提出了通過對輔助繞組信號進(jìn)行觀測，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反映輸出狀況，因此也難以實現(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關(guān)變換器的控制性能，其中基于能量耗散理論的無源性控制策略能通過控制系統(tǒng)能量特性從而從本質(zhì)上滿足功率開關(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。因此本文基于無源性控制策略，針對LED驅(qū)動負(fù)載為恒壓源的特點，提出了一種新型的反激變換器的恒流控制策略，通過控制反激變換器原邊電流間接控制輸出電流，實現(xiàn)副邊的精確恒流控制。實驗結(jié)果表明此控制方式的控制精度高，系統(tǒng)魯棒性強，輸出啟動無過沖。

1 反激變換器的數(shù)學(xué)模型

4 結(jié) 語

為了降低成本，提高LED隔離驅(qū)動的可靠性，原邊控制反激變換器已經(jīng)成為LED驅(qū)動的主要控制方式；針對基于線性PID控制理論的原邊控制反激變換器存在啟動時輸出過沖大，控制精度不高等缺點，本文采用無源性控制策略，提出了一種通過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”的無源性控制理論及Layapunov穩(wěn)定性理論，設(shè)計一個無源性電流控制器，使得系統(tǒng)全局漸進(jìn)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差為零。實驗結(jié)果表明該控制方法輸出電流精確穩(wěn)定，啟動過程輸出沒有過沖。同時控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，相對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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