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基于平均电流型控制的全桥DCDC变换器设计
摘要
本文介绍了一种基于平均电流型控制的全桥DC-DC变换器设计。我们首先对全桥DC-DC变换器的工作原理进行了详细介绍，然后详细说明了如何使用平均电流型控制实现电压和电流的稳定控制。我们设计了一个实验电路，并进行了实验验证，结果表明设计的控制方法能够稳定地控制电压和电流。
关键词：全桥DC-DC变换器；平均电流型控制；电压控制；电流控制。
1.引言
随着电子设备的发展，人们对高效率、高稳定性的电源需求越来越强烈。而DC-DC变换器正是满足这一需求的理想选择。在DC-DC变换器中，全桥DC-DC变换器由于具有双向控制、高效率、输出电压稳定等特点，在各种应用中得到了广泛的应用。本文旨在介绍一种基于平均电流型控制的全桥DC-DC变换器设计，实现电压和电流的稳定控制。
2.全桥DC-DC变换器原理
全桥DC-DC变换器是一种将DC电源变换为不同电压的功率电子变换器。它主要由4个功率开关管和一个输出变压器组成，如图1所示：
图1全桥DC-DC变换器原理图
变换器的工作过程如下：
-在第一半周期，S1、S4开通，S2、S3关闭。电压源Vg向电感L1提供能量，电感L1蓄积能量。此时输出端电容C1上的电压为负，此时电容充放电器由电容C2和电感L2组成，输出端电流开始增加。
-在第二半周期，S1、S4关闭，S2、S3开通。此时电感L1中的能量转移到了电容C1和输出负载中，输出端电容C1上的电压升高，电容充放电器开始放电，输出电流维持上升状态。
-上述两个过程分别为工作周期的两个相位，多个周期后，输出端电压将趋于稳定。
3.平均电流型控制方法
基于PWM的控制方法是常用的控制全桥DC-DC变换器的方法之一。它可以实现精准的电压和电流控制，但是需要复杂的硬件电路和软件算法支持，成本较高。相对于PWM控制方法，平均电流型控制方法成本较低，但可以实现相对较好的电压和电流控制效果。
平均电流型控制方法的核心是通过控制开关管的通断时间，使输出电流和输入电流的平均值相等，从而实现电压和电流的稳定控制。控制方法的基本原理如下：
首先假设输出电压为Vout，在理想情况下，输出电流为Iout=Vout/R，其中R为负载电阻。由于全桥DC-DC变换器中存在开关管的导通和截止，电力输送不得不在输入滤波电容和输出滤波电容中转移，从而导致输入电流和输出电流的瞬时值不平衡。因此，在全桥DC-DC变换器中，无法直接控制输出电流的瞬时值，需要控制输出电流的平均值。
设Ic和Il分别为电容和电感中的电流。若需确保输入电流和输出电流的平均值相等，则下式应成立：
Vg（Duty_S1+Duty_S4）=Vout（1-Duty_S1-Duty_S4）
其中，Duty_S1表示S1开通的占空比，Duty_S4表示S4开通的占空比。通过控制Duty_S1和Duty_S4的占空比，就可以控制输入电流和输出电流的平均值。
4.全桥DC-DC变换器实验验证
为了验证平均电流型控制方法的有效性，我们设计了一个实验电路，并进行了实验验证。实验电路如图2所示，电感和输出端负载由实验室提供，另外4个功率开关管选择了IRF3205。
图2全桥DC-DC变换器实验电路图
在实验中，我们设置了输出电压为12V，并定位控制滞后为50ns。当输入电压为24V时，输出电压为12.3V，当输入电压为12V时，输出电压为11.86V，控制效果较好。实验结果如图3所示。
图3实验结果
5.结论
本文介绍了一种基于平均电流型控制的全桥DC-DC变换器设计，实现了电压和电流的稳定控制。通过实验验证，我们得到了较好的控制效果。未来的工作可以在更深入的研究PWM控制和平均电流型控制方法的基础上，进一步优化全桥DC-DC变换器的设计。