一種ac-dc變換器輸出電流的控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種AC-DC變換器輸出電流的控制方法，在變換器中開(kāi)關(guān)管的每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，分別實(shí)時(shí)采集輔助繞組兩端和初級(jí)電路中采樣電阻上的電壓信號(hào)，根據(jù)輔助繞組兩端的電壓信號(hào)，運(yùn)用拐點(diǎn)檢測(cè)法找到輔助繞組電壓下降的拐點(diǎn)，進(jìn)而得到次級(jí)電路當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis，根據(jù)輸出電流的設(shè)定值Iout和當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis，計(jì)算得到一個(gè)開(kāi)關(guān)周期初級(jí)采樣電阻上峰值電壓限定值Vpp，如此循環(huán)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的穩(wěn)定、精確控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種AC-DC變換器輸出電流的控制方法及其控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及AC-DC變換器，具體涉及一種AC-DC變換器輸出電流的控制方法及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著LED照明技術(shù)的普及和不斷發(fā)展，LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片也得到了快速的發(fā)展。傳統(tǒng)的基于副邊反饋的AC-DC變換器采用光耦隔離反饋方式，該反饋方式需要增加一個(gè)光耦進(jìn)行有效隔離，這增大了變換器的體積和系統(tǒng)在硬件上的開(kāi)銷(xiāo)。
[0003]為了解決這個(gè)問(wèn)題，如圖1所示的基于原邊反饋的AC-DC變換器開(kāi)始被廣泛采用，控制輸出電流無(wú)需直接從負(fù)載電阻上采樣，只需要對(duì)輔助繞組兩端的電壓和初級(jí)電路中的采樣電阻兩端的電壓進(jìn)行采樣。在這種控制方式中，為了精確控制輸出電流的大小，需要對(duì)電路的次級(jí)放電時(shí)間精確測(cè)量，次級(jí)放電時(shí)間為輔助繞組開(kāi)始上升時(shí)刻到出現(xiàn)下降拐點(diǎn)時(shí)亥IJ，實(shí)際情況中，對(duì)于拐點(diǎn)的檢測(cè)，經(jīng)常用輔助繞組的過(guò)零電壓點(diǎn)前推四分之一的諧振周期對(duì)應(yīng)的電壓點(diǎn)代替拐點(diǎn)，這種拐點(diǎn)檢測(cè)的方法存在一定誤差。除此之外，對(duì)輸出電流值的大小一般通過(guò)改變電路中的局部參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，不能在電路工作時(shí)改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種AC-DC變換器輸出電流的控制方法及其控制系統(tǒng)，能夠精確地測(cè)量到次級(jí)放電時(shí)間，并根據(jù)輸出電流的設(shè)定值來(lái)控制初級(jí)電路中的采樣電阻兩端的峰值電壓。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種AC-DC變換器輸出電流的控制方法，基于原邊反饋的AC-DC變換器，其特征在于，在變換器中開(kāi)關(guān)管的每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期(即開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM波的周期)，分別實(shí)時(shí)采集輔助繞組兩端和初級(jí)電路中采樣電阻兩端的電壓信號(hào)，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)刻，將開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM波置為高電平，在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中，如果采集到的初級(jí)電路中采樣電阻兩端的電壓信號(hào)值達(dá)到上一個(gè)開(kāi)關(guān)周期計(jì)算得到的初級(jí)電路中采樣電阻兩端的峰值電壓限定值Vpp，則將開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM波置為低電平，直到當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期結(jié)束，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始前；在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中PWM波置為低電平的時(shí)間段中，根據(jù)輔助繞組兩端的電壓信號(hào)的采樣值，運(yùn)用拐點(diǎn)檢測(cè)法找到在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中的輔助繞組電壓下降拐點(diǎn)，進(jìn)而得到當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis，根據(jù)輸出電流的設(shè)定值Iwt和當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis，計(jì)算得到下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期初級(jí)電路中采樣電阻兩端的峰值電壓限定值Vpp。如此循環(huán)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的穩(wěn)定、精確控制；
[0007]具體步驟如下:
[0008](I)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，實(shí)時(shí)采集輔助繞組電壓信號(hào)，并對(duì)采集到的輔助繞組兩端電壓的采樣值中最新的η個(gè)采樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，η的大小至少為50 ；
[0009](2)分析最新的η個(gè)采樣值，在開(kāi)關(guān)管的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，次級(jí)繞組上的電流Is迅速上升至峰值電流ISP，記電流Is迅速上升至峰值電流Isp對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為to, t0時(shí)刻為當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電的開(kāi)始時(shí)刻；
[0010](3)根據(jù)輔助繞組兩端電壓的最新的η個(gè)采樣值，運(yùn)用拐點(diǎn)檢測(cè)法測(cè)得變換器在當(dāng)前開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis:
[0011]I)記輔助繞組兩端電壓的最新的η個(gè)采樣值為Vl、Vf vn，為這η個(gè)采樣值構(gòu)成的散點(diǎn)圖，其中縱軸為采樣值大小，橫軸為時(shí)間，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在η個(gè)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的斜率為V Iv-1v1，該斜率反映了相鄰的兩個(gè)輔助繞組兩端電壓的采樣值之間的變化大小，由于采樣為等時(shí)間間隔采樣，所以斜率計(jì)算公式為Ici=Vw-Vi, i=l, 2...η-1 ；
[0012]2)計(jì)算當(dāng)前平均斜率
【權(quán)利要求】
1.一種AC-DC變換器輸出電流的控制方法，基于原邊反饋的AC-DC變換器，其特征在于，在變換器中開(kāi)關(guān)管的每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，分別實(shí)時(shí)采集輔助繞組兩端和初級(jí)電路中采樣電阻兩端的電壓信號(hào)，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)刻，將開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM波置為高電平，在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中，如果采集到的初級(jí)電路中采樣電阻兩端的電壓信號(hào)值達(dá)到上一個(gè)開(kāi)關(guān)周期計(jì)算得到的初級(jí)電路中采樣電阻兩端的峰值電壓限定值Vpp，則將開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM波置為低電平，直到當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期結(jié)束，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始前；在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中PWM波置為低電平的時(shí)間段中，根據(jù)輔助繞組兩端的電壓信號(hào)的采樣值，運(yùn)用拐點(diǎn)檢測(cè)法找到在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中的輔助繞組電壓下降拐點(diǎn)，進(jìn)而得到當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis，根據(jù)輸出電流的設(shè)定值Itjut和當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis，計(jì)算得到下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期初級(jí)電路中采樣電阻兩端的峰值電壓限定值Vpp。如此循環(huán)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的穩(wěn)定、精確控制； 具體步驟如下: (1)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，實(shí)時(shí)采集輔助繞組電壓信號(hào)，并對(duì)采集到的輔助繞組兩端電壓的采樣值中最新的η個(gè)采樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，η的大小至少為50 ； (2)分析最新的η個(gè)采樣值，在開(kāi)關(guān)管的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，次級(jí)繞組上的電流Is迅速上升至峰值電流ISP，記電流Is迅速上升至峰值電流Isp對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為V t0時(shí)刻為當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)電路放電的開(kāi)始時(shí)刻； (3)根據(jù)輔助繞組兩端電壓的最新的η個(gè)采樣值，運(yùn)用拐點(diǎn)檢測(cè)法測(cè)得變換器在當(dāng)前開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的次級(jí)電路放電時(shí)間tdis: 1)記輔助繞組兩端電壓的最新的η個(gè)采樣值為VpVfvn,為這η個(gè)采樣值構(gòu)成的散點(diǎn)圖，其中縱軸為采樣值大小，橫軸為時(shí)間，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在η個(gè)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的斜率為W-1v1，該斜率反映了相鄰的兩個(gè)輔助繞組兩端電壓的采樣值之間的變化大小，由于采樣為等時(shí)間間隔采樣，所以斜率計(jì)算公式為I^i=Vw-Vi, i=l, 2-n-1 ； 2)計(jì)算當(dāng)前平均斜率
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括輔助繞組電壓信號(hào)采樣單元、初級(jí)采樣電阻電壓信號(hào)采樣單元、次級(jí)放電時(shí)間測(cè)量單元、初級(jí)采樣電阻峰值電壓限定值Vpp計(jì)算單元、PWM波輸出單元和輸出電流設(shè)定單元；初級(jí)電路中采樣電阻的電壓信號(hào)輸出連接初級(jí)采樣電阻電壓信號(hào)采樣單元，初級(jí)采樣電阻電壓信號(hào)采樣單元輸出連接PWM波輸出單元，輔助繞組電壓信號(hào)輸出連接輔助繞組電壓信號(hào)采樣單元，輔助繞組電壓信號(hào)采樣單元輸出連接次級(jí)放電時(shí)間測(cè)量單元，次級(jí)放電時(shí)間測(cè)量單元輸出和輸出電流設(shè)定單元輸出均連接初級(jí)采樣電阻峰值電壓限定值計(jì)算單元，初級(jí)采樣電阻峰值電壓限定值計(jì)算單元輸出連接PWM波輸出單元，PWM波輸出單元的輸出連接AC-DC變換器中開(kāi)關(guān)管的柵極;其中: 輔助繞組電壓信號(hào)采樣單元和初級(jí)采樣電阻電壓信號(hào)采樣單元，采用采樣頻率> 30M的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9226，分別用于采集輔助繞組電壓信號(hào)和初級(jí)電路中采樣電阻的電壓信號(hào)，并分別根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)計(jì)算次級(jí)放電時(shí)間tdis和控制流經(jīng)初級(jí)電路中采樣電阻的電流的峰值Ipp ; 次級(jí)放電時(shí)間測(cè)量單元，用于根據(jù)輔助繞組電壓信號(hào)采樣單元測(cè)得的輔助繞組兩端電壓，通過(guò)可編程邏輯器件FPGA，運(yùn)用拐點(diǎn)檢測(cè)法，實(shí)時(shí)檢測(cè)次級(jí)放電時(shí)間tdis ； 初級(jí)電路采樣電阻峰值電壓限定值計(jì)算單元，用于根據(jù)輸出電流設(shè)定單元設(shè)定的輸出電流值Itjut和次級(jí)放電時(shí)間測(cè)量單元測(cè)量的次級(jí)放電時(shí)間tdis，通過(guò)可編程邏輯器件FPGA計(jì)算得出初級(jí)電路中采樣電阻兩端的峰值電壓限定值Vpp; PWM波輸出單元，用于比較初級(jí)采樣電阻峰值電壓限定值Vpp和實(shí)際測(cè)得的初級(jí)采樣電阻電壓V' pp，生成控制開(kāi)關(guān)管通斷的PWM波，若V' pp小于Vpp，則輸出PWM波為高電平；若Vi _大于等于Vpp，輸 出PWM波為低電平，通過(guò)可編程邏輯器件FPGA中實(shí)現(xiàn)； 輸出電流設(shè)定單元，用于在變換器工作時(shí)設(shè)定輸出電流Itjut的大小，通過(guò)外置鍵盤(pán)和可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)； 系統(tǒng)的控制過(guò)程: (1)通過(guò)外置鍵盤(pán)，在輸出電流設(shè)定單元里設(shè)定電路的輸出電流值Itjut; (2)在電路輸入端接通市電； (3)每個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)管柵極的控制信號(hào)PWM波置為高電平，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，電壓采樣單元實(shí)時(shí)采樣初級(jí)電路采樣電阻上的電壓，在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中，若初級(jí)電路中的采樣電阻兩端的電壓達(dá)到上一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中計(jì)算得出的初級(jí)電路中采樣電阻兩端的峰值電壓限定值Vpp時(shí)，PWM波輸出單元將PWM波置為低電平，開(kāi)關(guān)管柵極受低電平控制，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，直至當(dāng)前周期結(jié)束，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始前； (4)在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中PWM被置為低電平的對(duì)應(yīng)時(shí)間段，次級(jí)放電時(shí)間測(cè)量單元測(cè)量當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中電路的次級(jí)放電時(shí)間tdis ;初級(jí)電路采樣電阻峰值電壓限定值計(jì)算單元計(jì)算下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的初級(jí)電路采樣電阻峰值電壓限定值Vpp ； (5)下一個(gè)周期從步驟(3)開(kāi)始循環(huán)進(jìn)行控制。
【文檔編號(hào)】H02M7/217GK103944427SQ201410196904
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】顧星煜, 徐申, 孫偉鋒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)