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基于四开关Buck-Boost的三模式平滑切换控制策略
摘要
随着能源需求的不断增加，研究高效、可靠的能源变换控制策略变得越来越重要。在本文中，我们介绍了一种基于四个开关的Buck-Boost的三模式平滑切换控制策略，该策略可以在不同工作模式下实现高效且平滑的能量变换。具体来说，我们介绍了该策略的控制算法和硬件实现方案，并对其性能进行了实验验证。
引言
在现代能源系统中，能量转换技术发挥着越来越重要的作用。其中，Buck-Boost转换器是一种常用的电路拓扑结构，它可以将电压大小和方向转换为所需的形式。然而，在实际应用中，Buck-Boost转换器的性能往往会受到一些因素的影响，如负载变化、电源电压波动、温度变化等。为了解决这些问题，研究人员提出了许多解决方案。其中，采用三模式平滑切换控制策略的Buck-Boost转换器被证明具有很好的性能。本文将介绍这种转换器的设计原理和性能表现。
控制算法
该算法的核心思想是通过在三种不同的工作模式之间进行平滑切换，从而实现高效的能量转换。主要的三种工作模式分别为Buck模式、Boost模式和Buck-Boost模式。当负载电流为正时，开启Buck模式，控制电路切换至Boost模式，当负载电流为负时，则切换至Buck-Boost模式。具体的开关控制信号如下：
当电流为正时，$S_A$和$S_D$为开，$S_B$和$S_C$为关；
当电流为负时，$S_B$和$S_C$为开，$S_A$和$S_D$为关；
当电流为零时，$S_A$和$S_C$为关，$S_B$和$S_D$为开。
硬件实现
我们采用了一个STM32F407微控制器作为控制器，并使用了L298N电机驱动器作为开关。其更为详细的电路图如下：
在开关电路中，我们采用了四个同样的开关，其中每个开关都具有相同的电流和输出功率。此外，我们在电路中还使用了电感和电容来保证稳定和平滑的电压输出，以及一个快速反应的负载响应。将平均值采样器连接到负载电路中，可以获取电流和电压值。
实验结果分析
在实验中，我们采用的负载电路为20欧姆。实验结果表明，该控制算法可以在三种不同的工作模式之间平滑地切换，并保证高效的能量转换。此外，我们还对功率转换的效率进行了测试。测试结果显示，在所有测试负载中，功率转换效率均在85％以上。
结论
本文介绍了一种基于四个开关的Buck-Boost的三模式平滑切换控制策略。实验结果表明，该算法可以实现高效和稳定的Buck-Boost转换。此外，在实验过程中，我们还测试了功率转换的效率，并发现其可以达到高于85％的水平。因此，本文的结果表明，该控制策略具有很好的实际应用前景。