移相全橋拓撲原理圖,移相全橋電路-KIA MOS管

移相全橋拓撲

移相全橋拓撲是一種用移相控制方式的DC-DC變換器拓撲結構。它利用功率器件的結電容和諧振電感的諧振，實現恒頻軟開關操作，從而有效降低開關損耗，提高轉換效率，減小裝置體積。

移相全橋拓撲主要通過調節對角兩個開關管的導通相位差（即移相角）來控制輸出電壓，具有控制簡單、適用范圍廣等優點。移相全橋有零電壓開關(ZVS)和零電壓零電流開關(ZVZCS)兩種實現方式。

移相全橋拓撲的基本電路包括原邊全橋電路、變壓器和副邊整流電路。原邊全橋電路由四個功率開關管（Q1-Q4）組成，通過輸入直流源Vin供電，并包含輸入電容Cin和諧振電感Lr。副邊電路則根據應用需求選擇全波整流電路或全橋整流電路，通常包含整流二極管（DR1~DR4）、濾波電感Lf、濾波電容Cf以及負載Rd。

ZVS移相全橋電路原理圖

ZVS移相全橋電路能夠有效降低功率管開關損耗，提高開關頻率，減小裝置體積。電路控制方式簡單，適用于多種輸入電源和負載類型。其基本電路包括：原邊全橋電路、變壓器和副邊整流電路，參見下圖。常用副邊電路有全波整流電路（下圖(a)）與全橋整流電路（下圖(b)）。

全橋整流多適用于大功率場合，小功率場合可采用全波整流。

原邊全橋電路包含：輸入直流源Vin 、輸入電容Cin、功率開關管器件（Q1~Q4）以及諧振電感Lr ，其中體二極管（D1~D4）以及寄生結電容（C1~C4） 為功率開關器件的自有部分。為抑制變壓器磁飽和，部分電路會在Lr 后串聯隔直電容。

副邊電路包含：整流二極管（DR1~DR4）、濾波電感（Lf）、濾波電容（Cf）以及負載（Rd）。

工作原理

1、PWM控制方式

移相全橋電路分為超前橋臂（Q1、Q2）與滯后橋臂（Q3、Q4），同一橋臂的上下兩個開關管輪流導通，實現控制。

移相角：對角兩個開關管的導通相位差（0°~180°）。可以通過控制移相角的大小改變原邊輸出電壓占空比，從而調節輸出電壓。

死區時間：同一臂上下兩管的開通與關斷之間的間隔時間。

為便于分析電路工作過程，我們做以下假設：

1.功率開關管的寄生電容應滿足C1=C2=Clead，C3=C4=Clag；

2.濾波電感足夠大，滿足Lf＞＞Lr/K2其中K為變壓器原副邊匝比；

3.輸出濾波電容足夠大，其電壓可認為是恒壓源。

2、工作模態分析

移相全橋的一個周期中包含12個工作模態，下面以半個周期（t0~t6）為例進行講解，電路副邊為全波整流電路。

工作模態1（t0~t1）：正半周期功率輸出模式

t0時刻Q1、Q4導通且VAB處于恒定狀態（VAB=Vin），原邊電流Ip經Q1、Lr、Q4向負載供電，同時給結電容C2、C3充電。

變壓器副邊DR1導通，DR2截止，DR1、Lf、Rd構成供電回路。

濾波電感Lf的電流在電壓VLf=Vin/n-V0的作用下線性增加。

工作模態2（t1~t2）：超前橋臂諧振模式

在t1時刻Q1關斷，由于諧振電感Lr的存在，電流Ip不會突變，仍維持正向(A→B)流動，Ip從Q1中轉移到C1和C2支路中，對C1充電并對C2放電，C1、C2與Lr發生諧振。

由于C1、C2的作用，Q1零電壓關斷。

由于諧振電感Lr和原邊等效濾波電感Lf串聯，因而電感很大，可認為原邊電流Ip近似不變，類似于一個恒流源。

工作模態3（t2~t3）：原邊電流鉗位續流模式

t2時刻C1與C2充放電結束。此時C2兩端電壓為0，電流經D2續流，并將開關管Q2漏源極的電壓箝位為０，此時便可實現Q2的零電壓開通。

此時VAB為0，原邊電流Ip仍按原方向繼續流動，但是在不斷減小。

工作模態4（t3~t4）：滯后橋臂諧振模式

t3時刻Q4關斷。Ip從Q4中轉移到C3和C4支路中，對C4充電并對C3放電，諧振電感Lr和C3、C4發生諧振。由于有C3和C4作用，Q4零電壓關斷。

此時AB之間電壓由0變為負（VAB=-VC4），副邊變壓器感應電動勢反向，使得整流二極管DR2導通，DR1和DR2同時導通后將變壓器的副邊線圈短路。在此過程中DR1中電流不斷減小，DR2中電流不斷增大。

工作模態5（t4~t5）：諧振能量回饋電源模式

t4時刻C3與C4充放電結束。此時VAB=-VC4=-Vin,D3導通續流，將開關管Q3漏源極的電壓箝位為０，此時便可實現Q3的零電壓開通。

體二極管D2、D3續流，將諧振電感Lr所儲存的能量回饋給電源，變壓器原邊電流Ip線性減小。

工作模態6（t5~t6）：原邊電流緩變模式

t5時刻Ip將為零后向負向增大。此時D2與D3關斷，Q2和Q3為原邊電流提供通路。

此時原邊電流仍不足以提供負載電流，副邊繞組還處于短接狀態。

因此原邊繞組電壓仍為零，電壓Vin全部施加在Lr兩端，反向線性上升。

直到t6時刻，DR1與DR2換流結束,DR1截止，隨后進入負半周期的功率輸出模式（Q2、Q3穩定導通）。

負半周的工作過程與正半周期類似。

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