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Boost型LED恒流驱动电路逆系统解耦控制

龚翌凡  
【摘要】:LED由于寿命长、耗能少、绿色无污染等优点在照明领域得到广泛应用。LED是一种低压直流非线性半导体器件,当它导通时,其两端电压的微小变化会使得流过它的电流变化显著,因而需要有相匹配的恒流驱动电路才能使其稳定可靠地发光,但是由于其线性化模型难以建立而无法用线性系统理论设计控制器。针对DC-DC LED恒流驱动电路的特点,本文以Boost型LED驱动电路为例,提出了一种逆系统解耦双电流环控制方法。首先建立了Boost型LED恒流驱动电路主电路的大信号平均模型。在此基础上,为了精确地控制LED输出电流,采用双电流环控制结构。为降低解耦难度本文提出将模型划分为输入扰动模块、负载扰动模块、内电流环模块和外电流环模块四个子模块后再分别解耦。通过前馈解耦,消除输入扰动和负载扰动的影响,基于逆系统理论对内电流环和外电流环进行解耦,消除内电流环和外电流环之间的交叉耦合关系,并分别将它们补偿为一阶积分伪线性系统。这使得Boost型LED恒流驱动电路的输入扰动控制、负载扰动控制、外电流环动态特性控制以及内电流环动态特性控制成为相互独立的过程,从而可以应用线性系统理论设计内电流环和外电流环的线性反馈控制器。解耦补偿后的控制对象是一阶积分系统,采用最优控制理论对一阶积分系统设计了线性反馈控制器,实现跟踪给定值的最优控制。最后,在MATLAB平台中搭建了Boost型LED恒流驱动电路逆系统解耦控制系统模型进行仿真,并和采用PI控制器的常规双电流环控制系统进行了比较,仿真结果表明,所提控制策略能使Boost型LED恒流驱动电路具有良好的稳态和动态性能。与此同时,搭建了一台实验样机从电学和光学两个角度进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性。


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