10全桥变换器

今天要给大家介绍的是一个全桥的一个拓扑

全桥拓扑呢它也是一个隔离的一个变换器

那么它跟我们之前的一个 Push Pull 还有半桥不一样的地方

就是说它能够传递的一个最大的一个功率范围

可能会更大 那么它比较适用于一个400W到几千W的应用

所以说我们在一些大功率的场合

基本上看都是一个全桥的拓扑

全桥拓扑呢

一个主要特点就是说它是由四个管子构成的

四个管子会构成两对的一个上下桥臂

每个上下桥臂呢 它都会有相应的有一个浮驱来驱动

那么每个上下桥臂它们之间的开关节点

它的电压都最大只会是一个输入的电压

那么同时呢但是呢就是说

它加到就是说当我们主管开通的时候

加到我们变压器上一个有效的电压值呢

却会是一个整个的一个输入电压

这个就是我们跟一个半桥的一个主要的区别所在

那么就像我刚刚提到的

就是说为了驱动这四个管子

我们需要有两个独立的一个浮驱

来对我们的这四个管子驱动 那么同样呢

对于我们的控制器来说

为了能够单独地驱动我们每路的一个管子

那么可能我们控制器呢

也会需要有四路单独驱动来输出这个信号

当然如果我们的控制器

只是为了实现一个简单的硬开关的一个全桥的话

那么两路的驱动也是可以的

对于这个我们的全桥变换器里面

它的磁以及那个绕组的利用来说

它的在所有的隔离拓扑里面

它的利用率是最高的

所以说我们可以看到

就是说全桥的那个拓扑 它的一个效率也是最高的

当然了为了实现我们这个全桥变换器

里面磁芯呢 为了防止它饱和

我们一般会通常会使用两种方式来实现它的控制

一种呢就是会使用一种峰值电流控制

因为峰值电流呢在全桥的变换器里面呢

峰值电流就代表了它们那个我们那个电感的

我们这个变压器上的一个最大的一个伏秒值

也就是说我们只要控制这个峰值的那个电流值

也就是我们可以控制

这个变压器的一个最大的一个幅秒值

从而避免我们的那个变压器出现饱和情况

那么另外一种方法呢

就是说我们可以让它

用一个电压模式来控制我们的这个全桥变换器

但是呢这个时候

我们需要串一个隔直电容在我们的这个变压器的输入端

这样子就可以把我们的一些直流的偏置量给阻挡住

然后那个把它加在我们的这个隔直电容上

那么输出端的那个滤波器依然是一个 LC 的电路

那么这个 LC 电路上依然可以看到一个两倍于

我们的开关频率的一个纹波

这个跟我们的半桥跟推挽都是很类似的

同时呢我们在我们的开关全桥的那个开关节点上

是看不到有振铃的

因为所有的振铃它的能量

它都会通过我们的半桥变换器的上管体二极管回馈给输入端

好 我们这里看呢这个是一个全桥变换器的一个功率电流图

这里的话 我们可以看到 Q3 跟 Q1 是一个对管

它们会同时导通 那么 Q2 跟 Q4 是另外一个对管

它们会在另外的半个周期导通

所以说我们只需要分析 Q1 跟 Q3 在半个周期导通的话

就可以得到 Q2、Q4 在另外半个周期的导通情况

它们的情况都是对称的

所以说我们先分析 Q1 跟 Q3 导通的情况

当 Q1、Q3 导通的时候

我们的输入电压它会直接加到原边的绕组 Np 上

那么这个原边绕组 Np 呢

这个 这里会有一个输入电压

在这里会有一个输入电压

那么这个输入电压的话会通过变压器耦合到副边

就是与它同名端的这个绕组上 也就是 Ns1 上

那么就是在 Ns1 上它会产生一个电压

那么这个电压呢

就是等于我们的输入电压

乘以 Np 与 Ns1 的一个绕组的一个匝比

那么这个时候呢这个电压是一个上正下负的一个值

那么这个时候呢 这个上正下负的一个电压呢

就会迫使 D1 导通 然后呢

这个电压会对 L1 进行充电

那么会形成这个由 D1 向 L1 向输出

然后返回 Ns1 的一个充电回路

那么我们 L1 上的电流也会是一个成斜率上升的一个状态

这个时候呢如果是 Q1 跟 Q3 关断了

然后 Q2 跟 Q4 还没有导通

也就是说我们还在前半个周期之内

但是 Q1 跟 Q3 已经截止了

那么这个时候呢我们副边会进入一个续流的状态

续流的状态的时候呢

我们的 L1 上会产生一个反向的一个感应电动势

也就是会变成一个右边为正左边为负的一个电压

但是呢我们流过 L1 上的电流

依然还是会有有一个由左边流向右边的一个方向

那么这个电流呢

依然会流向输出 Co

然后流到我们那个全波整流的中心节点

然后在中心节点之后呢

会分成对半 分成两份

也就是会有一半的电流流过 Ns2

有一半的电流会流过Ns1 然后呢分别

通过 D1 和 D2 流回来最终流回我们 L1 的左边

那么就是说在这个时候呢我们可以认为啊

我们这个变压器因为流过 Ns1 跟 Ns2 的一个电流呢

它都是电流相等但是极性但是方向相反

所以说我们可以认为这个时候变压器它是被短路的情况

今天要给大家介绍的是一个全桥的一个拓扑

全桥拓扑呢它也是一个隔离的一个变换器

那么它跟我们之前的一个 Push Pull 还有半桥不一样的地方

就是说它能够传递的一个最大的一个功率范围

可能会更大 那么它比较适用于一个400W到几千W的应用

所以说我们在一些大功率的场合

基本上看都是一个全桥的拓扑

全桥拓扑呢

一个主要特点就是说它是由四个管子构成的

四个管子会构成两对的一个上下桥臂

每个上下桥臂呢 它都会有相应的有一个浮驱来驱动

那么每个上下桥臂它们之间的开关节点

它的电压都最大只会是一个输入的电压

那么同时呢但是呢就是说

它加到就是说当我们主管开通的时候

加到我们变压器上一个有效的电压值呢

却会是一个整个的一个输入电压

这个就是我们跟一个半桥的一个主要的区别所在

那么就像我刚刚提到的

就是说为了驱动这四个管子

我们需要有两个独立的一个浮驱

来对我们的这四个管子驱动 那么同样呢

对于我们的控制器来说

为了能够单独地驱动我们每路的一个管子

那么可能我们控制器呢

也会需要有四路单独驱动来输出这个信号

当然如果我们的控制器

只是为了实现一个简单的硬开关的一个全桥的话

那么两路的驱动也是可以的

对于这个我们的全桥变换器里面

它的磁以及那个绕组的利用来说

它的在所有的隔离拓扑里面

它的利用率是最高的

所以说我们可以看到

就是说全桥的那个拓扑 它的一个效率也是最高的

当然了为了实现我们这个全桥变换器

里面磁芯呢 为了防止它饱和

我们一般会通常会使用两种方式来实现它的控制

一种呢就是会使用一种峰值电流控制

因为峰值电流呢在全桥的变换器里面呢

峰值电流就代表了它们那个我们那个电感的

我们这个变压器上的一个最大的一个伏秒值

也就是说我们只要控制这个峰值的那个电流值

也就是我们可以控制

这个变压器的一个最大的一个幅秒值

从而避免我们的那个变压器出现饱和情况

那么另外一种方法呢

就是说我们可以让它

用一个电压模式来控制我们的这个全桥变换器

但是呢这个时候

我们需要串一个隔直电容在我们的这个变压器的输入端

这样子就可以把我们的一些直流的偏置量给阻挡住

然后那个把它加在我们的这个隔直电容上

那么输出端的那个滤波器依然是一个 LC 的电路

那么这个 LC 电路上依然可以看到一个两倍于

我们的开关频率的一个纹波

这个跟我们的半桥跟推挽都是很类似的

同时呢我们在我们的开关全桥的那个开关节点上

是看不到有振铃的

因为所有的振铃它的能量

它都会通过我们的半桥变换器的上管体二极管回馈给输入端

好 我们这里看呢这个是一个全桥变换器的一个功率电流图

这里的话 我们可以看到 Q3 跟 Q1 是一个对管

它们会同时导通 那么 Q2 跟 Q4 是另外一个对管

它们会在另外的半个周期导通

所以说我们只需要分析 Q1 跟 Q3 在半个周期导通的话

就可以得到 Q2、Q4 在另外半个周期的导通情况

它们的情况都是对称的

所以说我们先分析 Q1 跟 Q3 导通的情况

当 Q1、Q3 导通的时候

我们的输入电压它会直接加到原边的绕组 Np 上

那么这个原边绕组 Np 呢

这个 这里会有一个输入电压

在这里会有一个输入电压

那么这个输入电压的话会通过变压器耦合到副边

就是与它同名端的这个绕组上 也就是 Ns1 上

那么就是在 Ns1 上它会产生一个电压

那么这个电压呢

就是等于我们的输入电压

乘以 Np 与 Ns1 的一个绕组的一个匝比

那么这个时候呢这个电压是一个上正下负的一个值

那么这个时候呢 这个上正下负的一个电压呢

就会迫使 D1 导通 然后呢

这个电压会对 L1 进行充电

那么会形成这个由 D1 向 L1 向输出

然后返回 Ns1 的一个充电回路

那么我们 L1 上的电流也会是一个成斜率上升的一个状态

这个时候呢如果是 Q1 跟 Q3 关断了

然后 Q2 跟 Q4 还没有导通

也就是说我们还在前半个周期之内

但是 Q1 跟 Q3 已经截止了

那么这个时候呢我们副边会进入一个续流的状态

续流的状态的时候呢

我们的 L1 上会产生一个反向的一个感应电动势

也就是会变成一个右边为正左边为负的一个电压

但是呢我们流过 L1 上的电流

依然还是会有有一个由左边流向右边的一个方向

那么这个电流呢

依然会流向输出 Co

然后流到我们那个全波整流的中心节点

然后在中心节点之后呢

会分成对半 分成两份

也就是会有一半的电流流过 Ns2

有一半的电流会流过Ns1 然后呢分别

通过 D1 和 D2 流回来最终流回我们 L1 的左边

那么就是说在这个时候呢我们可以认为啊

我们这个变压器因为流过 Ns1 跟 Ns2 的一个电流呢

它都是电流相等但是极性但是方向相反

所以说我们可以认为这个时候变压器它是被短路的情况