一种基于原边反馈的AC-DC反激式数字恒流控制器的设计

摘要

LED驱动器作为LED灯重要组成部分，它的恒流性能直接关系到LED灯的性能、安全和寿命。反激式变换器，因其结构简单，体积小，成本低而被广泛应用于小功率照明驱动器中。随着集成电路工艺条件的发展，芯片生产成本下降，数字控制技术在电源管理领域渐渐体现了优势。数字控制技术具有模拟技术所不具备的特点，包括可编程性，更强的抗噪声干扰能力，更好的可移植性等。
　　本文设计了一种用于原边反馈反激式恒流变换器的数字控制器。该数字控制器通过采样电阻Rs采样反激式主拓扑电路中原边电流的变化情况，并用ADC模块量化。数字控制器中设定的原边峰值阈值和原边电流采样值进行比较，使得每一个开关周期内原边峰值电流相等。运用两点比较法将辅助绕组端的电压和零电压比较，得到一个高低电平信号。数字控制器的有限状态机采样该高低电平信号，得到去磁时间。同时，通过双向计数器模块控制调节去磁时间和开关周期的比例在每个开关周期内恒定，实现数字恒流控制。为了提高系统输出电流的精度，本文设计的数字控制器用去磁时间补偿技术，减小因不精确采样去磁时间对开关周期造成的影响。通过查找表的方式获得不同负载下的补偿量，提高系统的负载调整率;系统在获取导通控制信号过程中会产生△t延迟，使实际的原边峰值电流偏大。采用原边峰值电流补偿技术，通过采样得到当前输入电压下原边电流的变化信息，计算得到△t延迟时间所需的原边峰值补偿量，从而得到更符合系统实际变化情形的原边峰值电流参考阈值，提高系统线性调整率。
　　本文利用Matlab/Simulink和Modelsim联合仿真软件实现系统仿真。最后，基于FPGA搭建数字控制恒流反激式变换器的验证平台，对本文设计的数字控制器进行验证。测试结果表明在交流输入电压为110V～220V，输出电压负载为2V～7V的测试验证条件下，系统输出电流为2A，本文所设计的数字控制器可以使系统的最大工作频率达到86KHz，最大工作效率达到84％，系统的线性调整率和负载调整率的误差都控制在1％以内。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数字电源管理技术研究现状

1．2．2 AC-DC恒流控制技术研究现状

1．3 研究内容和设计指标

1．4 论文组织结构

第二章 反激式AC-DC变换器恒流技术分析

2．1 反激式变换器工作原理

2．2 反激式变换器反馈技术

2．3 基于原边反馈的·匡流控制方式

2．3．1 PWM恒流控制

2．3．2 PFM恒流控制

2．3．3 固定去磁占空比恒流控制

2．4 本章小结

第三章 基于固定去磁占空比数字恒流控制器的原理分析

3．1 数字恒流系统分析

3．1．1 恒流系统结构

3．1．2 系统恒流原理

3．2 数字恒流控制器设计原理分析

3．2．1 软启动电路原理分析

3．2．2 前沿消隐原理分析

3．2．3 采样电路原理分析

3．2．4 双向计数器工作原理分析

3．2．5 原边电流去抖比较方案分析

3．3 数字补偿技术分析

3．3．1 去磁时间补偿

3．3．2 原边峰值电流补偿

3．4 本章小结

第四章 数字控制器模块设计与仿真验证

4．1 数字控制器分析

4．1．1 数字控制器工作流程

4．1．2 状态间切换

4．2 数字控制器各功能模块分析验证

4．2．1 原边峰值电流阈值设置模块

4．2．2 开关信号控制模块

4．2．3 辅助绕组输出电压采样状态机

4．2．4 双向计数器模块

4．2．5 去磁时间补偿模块

4．2．6 原边峰值电流补偿模块

4．3 基于Matlab的系统验证

4．3．1 反激式主拓扑的开环仿真

4．3．2 Matlab和Modelsim联合仿真

4．4 补偿电路仿真结果分析

4．4．1 去磁时间补偿技术

4．4．2 原边峰值电流补偿技术

4．5 本章小结

第五章 基于FPGA平台的系统测试及验证

5．1 测试平台搭建

5．1．1 FPGA应用简介

5．1．2 本系统典型测试拓扑电路

5．1．3 ADC电路原理

5．1．4 UCC27524驱动电路

5．1．5 LM311P比较器电路

5．2 系统测试与分析

5．2．1 FPGA内部信号分析

5．2．2 系统关键波形分析

5．2．3 系统的工作效率

5．3 系统测试结果对比分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果