移相全橋?qū)W習(xí)筆記

 

在早期的大功率電源（輸出功率大于1KW）應(yīng)用中，硬開關(guān)全橋(Full-Bridge)拓?fù)涫菓?yīng)用最為廣泛的一種，其特點(diǎn)是開關(guān)頻率固定，開關(guān)管承受的電壓與電流應(yīng)力小，便于控制，特別是適合于低壓大電流，以及輸出電壓與電流變化較大的場(chǎng)合。但受制于開關(guān)器件的損耗，無法將開關(guān)頻率提升以獲得更高的功率密度。例如：一個(gè)5KW的電源，采用硬開關(guān)全橋，即使效率做到92%，那么依然還有400W的損耗，那么每提升一個(gè)點(diǎn)的效率，就可以減少50W的損耗，特別在多臺(tái)并機(jī)以及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的系統(tǒng)中，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

 

隨后，人們?cè)谟查_關(guān)全橋的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一種軟開關(guān)的全橋拓?fù)?mdash;—移相全橋(Phase-Shifting Full-Bridge Converter，簡(jiǎn)稱PS FB)，利用功率器件的結(jié)電容與變壓器的漏感作為諧振元件，使全橋電源的4個(gè)開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通(Zero voltage Switching，簡(jiǎn)稱ZVS)，來實(shí)現(xiàn)恒頻軟開關(guān)，提升電源的整體效率與EMI性能，當(dāng)然還可以提高電源的功率密度。

 

 

上圖是移相全橋的拓?fù)鋱D，各個(gè)元件的意義如下：

 

Vin：輸入的直流電源

T1-T4：4個(gè)主開關(guān)管，一般是MOSFET或IGBT

T1,T2稱為超前臂開關(guān)管，T3,T4稱為滯后臂開關(guān)管

C1-C4：4個(gè)開關(guān)管的寄生電容或外加諧振電容

D1-D4：4個(gè)開關(guān)管的寄生二極管或外加續(xù)流二極管

VD1,VD2:電源次級(jí)高頻整流二極管

TR：移相全橋電源變壓器

Lp：變壓器原邊繞組電感量

Ls1,Ls2:變壓器副邊電感量

Lr：變壓器原邊漏感或原邊漏感與外加電感的和

Lf：移相全橋電源次級(jí)輸出續(xù)流電感

Cf: 移相全橋電源次級(jí)輸出電容

RL: 移相全橋電源次級(jí)負(fù)載

 

因?yàn)槭亲隼碚摲治?，所以要將一些器件的特性理想化，具體如下：

 

1、 假設(shè)所有的開關(guān)管為理想元件，開通與關(guān)斷不存在延遲，導(dǎo)通電阻無窮小；開關(guān)管的體二極管或者外部的二極管也為理想元件，其開通與關(guān)斷不存在延遲，正向壓降為0。

 

2、 所有的電感，電容都為理想元件，不存在寄生參數(shù)，變壓器也為理想變壓器，不存在漏感與分布參數(shù)的影響，勵(lì)磁電感無窮大，勵(lì)磁電流可以忽略，諧振電感是外加的。

 

3、 超前橋臂與滯后的諧振電容都相等，即C1=C2=Clead，C3=C4=Clag。

 

次級(jí)續(xù)流電感通過匝比折算到初級(jí)的電感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lr即LS=Lr*n2》Lr。

 

PS FB一個(gè)周期可以分為12中工作模態(tài)，其中正負(fù)半周期是對(duì)應(yīng)的關(guān)系，只不過改變的是電流在橋臂上的流向，下面我們首先來分析這12個(gè)工作模態(tài)的情況，揭開移相全橋的神秘面紗。

 

 

工作模態(tài)一：正半周期功率輸出過程

 

如上圖,此時(shí)T1與T4同時(shí)導(dǎo)通，T2與T3同時(shí)關(guān)斷，原邊電流的流向是T1—Lp—Lk—T4,如圖所示。

 

此時(shí)的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的A,B兩點(diǎn)上，即UAB=Vin, 此時(shí)AB兩點(diǎn)的電感量除了圖上標(biāo)示出的Lp與Lk之外，應(yīng)該還有次級(jí)反射回來的電感LS`（因?yàn)榇藭r(shí)次級(jí)二極管VD1是導(dǎo)通的），即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來，所以LS`會(huì)比Lk大很多，導(dǎo)致Ip上升緩慢，上升電流△Ip為△ Ip=(Vin-n*Uo)*(t1-t0)/( Lk+ LS`)

 

Vin-n*UO  是諧振電感兩端的電壓，就是用輸入電壓減去次級(jí)反射回來的電壓。

 

此過程中，根據(jù)變壓器的同名端關(guān)系，次級(jí)二極管VD1導(dǎo)通，VD2關(guān)斷，變壓器原邊向負(fù)載提供能量，同時(shí)給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲(chǔ)能。（圖中未畫出）

 

此時(shí)， UC2=UC3=UA=UAB=Vin    UB=0V

 

 

工作模態(tài)二：超前臂諧振過程

 

如上圖，此時(shí)超前橋臂上管T1在t1時(shí)刻關(guān)斷，但由于電感兩端電流不能突變的特性，變壓器原邊的電流仍然需要維持原來的方向，故電流被轉(zhuǎn)移到C1與C2中，C1被充電，電壓很快會(huì)上升到輸入電壓Vin，而C2開始放電，電壓很快就下降到0，即將A點(diǎn)的電位鉗位到0V。

 

由于次級(jí)折算過來的感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lk，故基本可以認(rèn)為此是的原邊類似一個(gè)恒流源，此時(shí)的ip基本不變，或下降很小。

C1兩端的電壓由下式給出

Vc1=Ip*(t2-t1)/(C1+C3)= Ip*(t2-t1)/2 Clead

 

C2兩端的電壓由下式給出

Vc1= Vin- 【Ip*(t2-t1)/2 Clead】

 

其中Ip是在模態(tài)2流過原邊電感的電流，在T2時(shí)刻C1上的電壓很快上升到Vin，C2上的電壓很快變成0V，D2開始導(dǎo)通。

 

在t2時(shí)刻之前，C1充滿電，C2放完電，即 VC1= VC3= Vin VC2=VA=VB= 0V

模態(tài)2的時(shí)間為△t= t2-t1=2 Clead * Vin/ Ip

 

 

工作模態(tài)三：原邊電流正半周期鉗位續(xù)流過程

 

如上圖，此時(shí)二極管D2已經(jīng)完全導(dǎo)通續(xù)流，將超前臂下管T2兩端的電壓鉗位到0V，此時(shí)將T2打開，就實(shí)現(xiàn)了超前臂下管T2的ZVS開通；但此時(shí)的原邊電流仍然是從D2走，而不是T2。

 

此時(shí)流過原邊的電流仍然較大，等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流即 ip(t)= iLf(t)/n

 

此時(shí)電流的下降速度跟電感量有關(guān)。

 

從超前臂T1關(guān)斷到T2打開這段時(shí)間td，稱為超前臂死區(qū)時(shí)間，為保證滿足T2的ZVS開通條件，就必須讓C3放電到0V，即

 

td ≥△t= t2-t1=2 Clead * Vin/ Ip

  此時(shí)， UC1=UC3=Vin ， UA=UB=UAB=0V

 

 

工作模態(tài)四：正半周期滯后臂諧振過程

 

如圖所示:在T3時(shí)刻將滯后臂下管T4關(guān)斷，在T4關(guān)斷前，C4兩端的電壓為0，所以T4是零電壓關(guān)斷。

 

由于T4的關(guān)斷，原邊電流ip突然失去通路，但由電感的原理我們知道，原邊電流不允許突變，需要維持原來的方向，以一定的速率減少。所以，原邊電流ip會(huì)對(duì)C4充電，使C4兩端的電壓慢慢往上升，同時(shí)抽走C3兩端的電荷。

即 ip(t)=I2sinω(t-t3)

vc4(t)=ZpI2sinω(t-t3)

vc3(t)=Vin-ZpI2sinω(t-t3)

 

其中，I2：t3時(shí)刻，原邊電流下降之后的電流值

Zp：滯后臂的諧振阻抗，Zp= )0.5

ω：滯后臂的諧振角頻率，ω=1/(2Lr*Clag)0.5

 

可能有人會(huì)感到奇怪，電流怎么出現(xiàn)了正弦函數(shù)關(guān)系呢，沒錯(cuò)，因?yàn)榇藭r(shí)是原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個(gè)電容C3,C4諧振，其關(guān)系就是正弦關(guān)系。

 

為何我上面提到只有原邊的諧振電感Lr參加諧振呢，那么次級(jí)的儲(chǔ)能電感是否有參加諧振呢？下面我們來分析一下：

 

由于滯后臂下管T4的關(guān)斷，C4慢慢建立起電壓，而最終等于電源電壓，即UC4=Vin,從圖紙上我們可以看到，UC4其實(shí)就是B點(diǎn)的電壓，C4兩端電壓的上升就是B點(diǎn)電壓由0V慢慢的上升過程，而此時(shí)A點(diǎn)電壓被鉗位到0V，所以這會(huì)導(dǎo)致UAB<0V，也就是說這個(gè)時(shí)候原邊繞組的電壓已經(jīng)開始反向。

 

由于原邊電壓的反向，根據(jù)同名端的關(guān)系，LS1，LS2同時(shí)出現(xiàn)下正上負(fù)的關(guān)系，此時(shí)VD2開始導(dǎo)通并流過電流；而由于LS1與Lf的關(guān)系，流過LS1與VD1的電流不能馬上減少到0，只能慢慢的減少；而且通過VD2的電流也只能慢慢的增加，所以出現(xiàn)了VD1與VD2同時(shí)導(dǎo)通的情況，即副邊繞組LS1，LS2同時(shí)出現(xiàn)了短路。

 

而副邊繞組的短路，導(dǎo)致Lf反射到原邊去的通路被切斷，也就是說會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來的（Lf*n2+ Lr）迅速減少到只剩Lr，由于Lr比（Lf*n2+ Lr）小很多，所以原邊電流會(huì)迅速減少。

 

此時(shí)，原邊的UAB=ULr=-Vin，UA=0V, UB= Vin

 

 

開關(guān)模態(tài)五：諧振結(jié)束，原邊電感向電網(wǎng)饋能

 

如圖所示，當(dāng)C4充電到Vin之后，諧振結(jié)束，就不再有電流流過C3,C4,轉(zhuǎn)而D3自然導(dǎo)通，原邊電流通過D2—Lr—D3向電網(wǎng)饋能，其實(shí)能量來源于儲(chǔ)存在Lr中的能量，此時(shí)原邊電流迅速減少，

ip(t)= Ip4- (t-t4)

     其中 Ip4是t4時(shí)刻的原邊電流值

在t5時(shí)刻減少到0。

 

此時(shí)T3兩端的電壓降為0V，只要在這個(gè)時(shí)間將T3開啟，那么T3就達(dá)到了零電壓開啟的效果。

 

在這里有幾個(gè)概念需要介紹下：

死區(qū)時(shí)間：超前臂或滯后臂的上下兩管，開通或關(guān)閉的間隔時(shí)間，移相全橋電源每個(gè)周期有4個(gè)死區(qū)時(shí)間。

 

諧振周期：滯后臂兩個(gè)管子關(guān)斷之后到超前臂兩個(gè)管子開通之前，次級(jí)電感通過匝比反射回來的電感與諧振電感之和與各自的諧振電容的2個(gè)諧振時(shí)間；還有就是超前臂已經(jīng)開通，滯后臂兩個(gè)管子換流之前，諧振電感與各自的諧振電容的2個(gè)諧振時(shí)間。

 

移相角度：指的是超前臂上管開通到滯后臂下管的開通的時(shí)間間隔或超前臂下管開通到滯后臂上管的開通的時(shí)間間隔，再轉(zhuǎn)換成角頻率ω

ω=2∏f=2∏/T.

 

對(duì)于開關(guān)模態(tài)5來說，諧振周期一定要小于死區(qū)時(shí)間，否則就不能達(dá)到滯后臂的ZVS效果了。但此時(shí)的諧振電感是沒有次級(jí)電感通過匝比反射回來的，所以只有諧振電感參與了諧振，在設(shè)計(jì)的時(shí)候小心了，諧振電感一定要足夠大，否則諧振能量不夠的話，原邊電流就會(huì)畸變。

 

在t5時(shí)刻，UAB=ULr=-Vin，UA=0V, UB= UC1= Vin

 

 

開關(guān)模態(tài)六：原邊電流從0反向增大

 

如圖所示，在t5時(shí)刻之前，T3已經(jīng)導(dǎo)通，在t5時(shí)刻原邊電流ip已經(jīng)下降到0，由于沒有了電流，所以D2，D3自然關(guān)斷。

 

在t5-t6的時(shí)間內(nèi)，副邊的二極管D1，D2還是同時(shí)導(dǎo)通流過電流，將副邊繞組短路，阻斷輸出電感反射到初級(jí)的途徑，此時(shí)的負(fù)載電流還是由次級(jí)電感與輸出電容提供；同時(shí)，由于原邊的T2，T3已經(jīng)導(dǎo)通，原邊電流ip流過T3--Lr--T2,又因?yàn)長(zhǎng)r很小，所以原邊電流ip就會(huì)反向急劇增大。

 

即 ip(t)= - (t-t5)

在t6時(shí)刻，ip達(dá)到最大，等于副邊的電感電流折算到初級(jí)的電流

即 ip(t6)= - ILf(t6)/n

在這個(gè)開關(guān)模態(tài)，原邊電流是不傳遞能量的，但副邊卻存在著一個(gè)劇烈的換流過程，通過副邊二極管VD1的電流迅速減少，VD2的電流迅速增大，在t6時(shí)刻，通過VD1的電流減少到0，通過VD2的電流等于電感電流ILf。

 

在t6時(shí)刻之前，原邊的UAB= ULr=-Vin，UA=0V, UB= Vin

 

達(dá)到t6時(shí)刻之后，移相全橋的正半周期工作結(jié)束；并開始負(fù)半周期工          作，其工作原理與正半周期相似，下面來做進(jìn)一步的分析：

 

 

開關(guān)模態(tài)七：負(fù)半周期功率輸出過程

 

如上圖,此時(shí)T2與T3同時(shí)導(dǎo)通，T1與T4同時(shí)關(guān)斷，原邊電流ip的流向是T3—Lk—Lp—T2,如圖所示。

 

此時(shí)的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的B,A兩點(diǎn)上，即UAB=-Vin,此時(shí)AB兩點(diǎn)的電感量除了圖上標(biāo)示出的Lp與Lk之外，應(yīng)該還有次級(jí)反射回來的電感LS`（因?yàn)榇藭r(shí)次級(jí)二極管VD2是導(dǎo)通的），即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來，所以LS`會(huì)比Lk大很多，導(dǎo)致Ip上升緩慢，上升電流△Ip為-△Ip=-【 (Vin-n*Uo)*(t7-t6)/( Lk+ LS`)】

 

此過程中，根據(jù)變壓器的同名端關(guān)系，次級(jí)二極管VD2導(dǎo)通，VD1關(guān)斷，變壓器原邊向負(fù)載提供能量，同時(shí)給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲(chǔ)能。（圖中未畫出）

 

此時(shí)， UC1 =UC4=UB =Vin UAB=-Vin  UA=0V

 

 

開關(guān)模態(tài)八：負(fù)半周期超前臂諧振過程

 

如上圖，此時(shí)超前橋臂下管T2在t7時(shí)刻關(guān)斷，但由于電感兩端電流不能突變的特性，變壓器原邊的電流仍然需要維持原來的方向，故電流被轉(zhuǎn)移到C1與C2中，C2被充電，電壓很快會(huì)上升到輸入電壓Vin，而C1的電荷很快就被抽走，C1兩端電壓很快就下降到0V，即將A點(diǎn)的電位鉗位到Vin。

 

由于次級(jí)折算過來的感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lk，故基本可以認(rèn)為此是的原邊類似一個(gè)恒流源，此時(shí)的ip基本不變，或下降很小。

C2兩端的電壓由下式給出

Vc2=︱-Ip︱*(t8-t7)/(C1+C2)= Ip*(t8-t7)/2 Clead

 

C1兩端的電壓由下式給出

Vc1= Vin- 【︱-Ip︱*(t8-t7)/2 Clead】

 

其中Ip是在模態(tài)8流過原邊電感的電流，在t8時(shí)刻之前，C2上的電壓很快上升到Vin，C1上的電壓很快變成0V，D1開始導(dǎo)通。

 

在t8時(shí)刻之前，C2充滿電，C1放完電，即 VC2= VC4=VA=VB = Vin VC1=VAB= 0V

模態(tài)8的時(shí)間為

△t= t8-t7=2 Clead * Vin/ Ip

 

注意：此△t時(shí)間要小于死區(qū)時(shí)間，否則將影響ZVS效果。

 

第4、8種工作模式分別是滯后臂與超前臂的諧振模式，稍后上詳細(xì)的分析過程

 

 

開關(guān)模態(tài)九：原邊電流負(fù)半周期鉗位續(xù)流過程

 

如上圖，在t8時(shí)刻二極管D1已經(jīng)完全導(dǎo)通續(xù)流，將超前臂上管T1兩端的電壓鉗位到0V，此時(shí)將T1打開，就實(shí)現(xiàn)了超前臂上管T1的ZVS開通；但此時(shí)的原邊電流仍然是從D1走，而不是T1。

 

此時(shí)流過原邊的電流仍然較大，等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流即 ip(t)= iLf(t)/n

 

此時(shí)電流的下降速度跟副邊電感的電感量有關(guān)。

 

從超前臂T2關(guān)斷到T1打開這段時(shí)間td，稱為超前臂死區(qū)時(shí)間，為保證滿足T1的ZVS開通條件，就必須讓C1放電到0V，即

td ≥△t= t9-t8=2 Clead * Vin/ Ip

此時(shí)， UC2=UC4=UA=UB =Vin ， UAB=0V

 

 

開關(guān)模態(tài)十：負(fù)半周期滯后臂諧振過程

 

如圖所示:在T9時(shí)刻將滯后臂上管T3關(guān)斷，在T3關(guān)斷前，C3兩端的電壓為0，所以T3屬于零電壓關(guān)斷。

 

由于T3的關(guān)斷，原邊電流ip突然失去通路，但由電感的原理我們知道，原邊電流不允許突變，需要維持原來的方向，以一定的速率減少。所以，原邊電流ip會(huì)對(duì)C3充電，使C3兩端的電壓慢慢往上升，同時(shí)C4開始放電。即 ip(t)=-I2sinω(t-t9)

vc3(t)=Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)

vc4(t)=Vin-Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)

 

其中，-I2：t9時(shí)刻，原邊電流下降之后的電流值

Zp：滯后臂的諧振阻抗，Zp= )0.5

ω：滯后臂的諧振角頻率，ω=1/(2Lr*Clag)0.5

 

同理，原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個(gè)電容C3,C4諧振，其電壓與電流的關(guān)系就是正弦關(guān)系。

 

同開關(guān)模態(tài)四分析一樣的道理，由于原邊電壓的反向，根據(jù)同名端的關(guān)系，LS1，LS2同時(shí)出現(xiàn)上正下負(fù)的關(guān)系，此時(shí)VD1開始導(dǎo)通并流過電流；而由于LS2與Lf的關(guān)系，流過LS2與VD2的電流不能馬上減少到0，只能慢慢的減少；而且通過VD1的電流也只能慢慢的增加，所以出現(xiàn)了VD1與VD2同時(shí)導(dǎo)通的情況，即副邊繞組LS1，LS2同時(shí)出現(xiàn)了短路。

 

而副邊繞組的短路，導(dǎo)致Lf反射到原邊去的通路被切斷，也就是說會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來的（Lf*n2+ Lr）迅速減少到只剩Lr，由于Lr比（Lf*n2+ Lr）小很多，所以原邊電流會(huì)迅速減少。

 

在t10時(shí)刻，原邊的UAB=ULr=Vin，UB=UC4=0V, UA=UC2=UC3=Vin

 

 

開關(guān)模態(tài)十一：諧振結(jié)束，原邊電感向電網(wǎng)饋能

 

如圖所示，當(dāng)C3充電到Vin之后，諧振結(jié)束，就不再有電流流過C3,C4,轉(zhuǎn)而D4自然導(dǎo)通，原邊電流通過D4—Lr—D1向電網(wǎng)饋能，其能量來源于儲(chǔ)存在Lr中的能量，此時(shí)原邊電流迅速減少，

ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】

      

其中 Ip10是t10時(shí)刻的原邊電流值

在t11時(shí)刻減少到0。

 

此時(shí)T4兩端的電壓降為0V，只要在這個(gè)時(shí)間將T4開啟，那么T4就達(dá)到了零電壓開啟的效果。

 

對(duì)于開關(guān)模態(tài)11來說，諧振周期一定要小于死區(qū)時(shí)間，否則就不能達(dá)到滯后臂的ZVS效果了。但此時(shí)的諧振電感是沒有次級(jí)電感通過匝比反射回來的，所以只有諧振電感參與了諧振，在設(shè)計(jì)的時(shí)候小心了，諧振電感一定要足夠大，否則諧振能量不夠的話，原邊電流就會(huì)畸變。

     

在t11時(shí)刻，UAB=ULr= UC3=UA=Vin，UB=0V

 

 

開關(guān)模態(tài)十二：原邊電流從0正向增大

 

如圖所示，在t11時(shí)刻之前，T4已經(jīng)導(dǎo)通，在t11時(shí)刻原邊電流ip已經(jīng)上升到0，由于沒有了電流，所以D1，D4自然關(guān)斷。

在t11-t12的時(shí)間內(nèi)，副邊的二極管D1，D2還是同時(shí)導(dǎo)通流過電流，將副邊繞組短路，阻斷輸出電感反射到初級(jí)的途徑，此時(shí)的負(fù)載電流還是由次級(jí)電感與輸出電容提供；同時(shí)，由于原邊的T1，T4已經(jīng)導(dǎo)通，原邊電流ip流過T1--Lr—T4,又因?yàn)長(zhǎng)r很小，所以原邊電流ip就會(huì)正向急劇增大。

即 ip(t)= - (t-t11)

在t12時(shí)刻，ip達(dá)到最大，等于副邊的電感電流折算到初級(jí)的電流

即 ip(t12)= - ILf(t12)/n

在這個(gè)開關(guān)模態(tài)，原邊電流是不傳遞能量的，但副邊卻存在著一個(gè)劇烈的換流過程，通過副邊二極管VD2的電流迅速減少，VD1的電流迅速增大，在t12時(shí)刻，通過VD2的電流減少到0，通過VD1的電流等于電感電流ILf。

    

在t12時(shí)刻，原邊的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V

至此，一個(gè)完整的移相全橋工作周期分析已經(jīng)完成。

 

其中有一些地方可能有點(diǎn)小小錯(cuò)誤（歡迎指正），但不影響總體的工作原理分析12個(gè)工作模態(tài)我先用用圖紙的方式呈現(xiàn)出來了，為了便于分析，我省略了次級(jí)繞組的回路分析 。

 

12個(gè)工作過程包括：2個(gè)正負(fù)半周期的功率輸出過程，2個(gè)正負(fù)半周期的鉗位續(xù)流過程，4個(gè)諧振過程（包括2個(gè)橋臂的諧振過程與2個(gè)換流過程），2個(gè)原邊電感儲(chǔ)能返回電網(wǎng)過程，最后還有2個(gè)變壓器原邊電流上沖或下沖過零結(jié)束急變過程。這12個(gè)過程就構(gòu)成了移相全橋的一個(gè)完整的工作周期，只要有任何一個(gè)過程發(fā)生偏離或異常，將會(huì)影響到移相全橋的ZVS效果，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電源不能正常工作。

 

接下來說說移相全橋存在的問題

 

問題一：滯后臂較難實(shí)現(xiàn)ZVS

n 原因：

滯后臂諧振的時(shí)候，次級(jí)繞組短路被鉗位，所以副邊電感無法反射到原邊參加諧振，導(dǎo)致諧振的能量只能由諧振電感提供，如果能量不夠，就會(huì)出現(xiàn)無法將滯后臂管子并聯(lián)的諧振電容電壓諧振到0V.

n 解決方法：

①、增大勵(lì)磁電流。但會(huì)增大器件與變壓器損耗。 

②、增大諧振電感。但會(huì)造成副邊占空比丟失更嚴(yán)重。 

③、增加輔助諧振網(wǎng)絡(luò)。但會(huì)增加成本與體積。

n 問題二：

副邊占空比的丟失 

n 原因：

移相全橋的原邊電流存在著一個(gè)劇烈的換流過程，此時(shí)原邊電流不足以提供副邊的負(fù)載電流，因此副邊電感就會(huì)導(dǎo)通另一個(gè)二極管續(xù)流，即副邊處于近似短路狀態(tài)；

Dloss與諧振電感量大小以及負(fù)載RL大小成正比，與輸入電壓大小成反比。 

n 解決方法：

①、減少原副邊的匝比。但會(huì)造成次級(jí)整流管的耐壓增大的后果。 

②、將諧振電感改為可飽和電感。因?yàn)樵诔跫?jí)換流的過程中，一旦進(jìn)入電感的飽和狀態(tài)，那么流過電感的電流馬上就會(huì)變?yōu)轱柡碗娏鳎皇蔷€性的減少，這就意味著減少了換流時(shí)間，等效于減少了占空比丟失時(shí)間。當(dāng)然我這么解釋看起來有點(diǎn)不好理解，要結(jié)合移相全橋的工作過程來理解，還是可以慢慢去體會(huì)的

 

將PSFB的磁性器件計(jì)算方法貼出來。

n 輸出儲(chǔ)能電感設(shè)計(jì)：

移相全橋的輸出儲(chǔ)能電感其實(shí)可以看做一個(gè)單純的BUCK電感，由于其正負(fù)半周期各工作一次，所以其工作頻率等于2倍開關(guān)頻率，其計(jì)算公式為： 

Lf = Vo *(1-Dmin)/(4*fs* △I)

上式中的Lf是最小電感，實(shí)際取值要大于此值，以保證電流的連續(xù)性，如果需要輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的話，則Vo要取Vo（min),即 

Lf = Vo(min) *(1-Dmin)/(4*fs* △I)

上式Dmin是為了便于理解，實(shí)際上移相全橋占空比是不變的，不存在最小占空比的說法：即 

Dmin= Vo(min)/(Vin(max)/n-VLf-VD)

 

n 主變壓器設(shè)計(jì)：

首先計(jì)算出移相全橋的次級(jí)輸出最低電壓： 

Vsec(min)=( Vo(max)+VLf+VD)/ Dsec(max)

初次級(jí)的變壓器匝比為:

n=Vin(min) /Vsec(min)

選擇變壓器，使用Ap法： 

Ap =Ae*Aw= Po*104 /(4*?*fs*△B*J*Ku*)

接下來計(jì)算變壓器原邊匝數(shù)： 

Np= Vin(min)*D(max)/(4*fs*Ae*Bmax)

那么次級(jí)繞組匝數(shù)為： 

Ns= Np/n

 

n 諧振電感設(shè)計(jì)：

附加諧振電感的目的就是為了實(shí)現(xiàn)滯后臂開關(guān)管的ZVS，如前面的分析，滯后臂諧振時(shí)次級(jí)電感不能通過變壓器反射到初級(jí)，為了保證滯后臂的開關(guān)管ZVS，那么諧振電感的能量必須滿足下式： 

LrIp2/2=( Vin2*C上管)/2+( Vin2*C下管)/2= Vin2*Clag 

即 Lr= 2* Vin2*Clag /Ip2

其中 Lr：諧振電感值 

Vin：輸入電壓

Clag：滯后橋臂電容(外加電容與MOSFET結(jié)電容)

Ip：滯后橋臂關(guān)斷時(shí)刻原邊電流大小 

計(jì)算還要考慮以下幾點(diǎn)因素： 

①、Vin應(yīng)取最高輸入電壓值，保證任意輸入電壓下,滯后橋臂均能實(shí)現(xiàn)ZVS。 

②、考慮在輕載Ip1（10%-20%負(fù)載）時(shí)刻，需要滯后橋臂仍然需要工作在ZVS狀態(tài)。 

③、輸出電流iLf在某個(gè)值（比如2A）時(shí)刻，輸出儲(chǔ)能電感電流任然連續(xù)或處在臨界點(diǎn)。 

 

也就是說，輸出儲(chǔ)能電感的脈動(dòng)電流等于2倍此值 

即 △ iLf = 2 *2A=4A

那么 Ip=(Ip1+ △iLf /2)/n