11移相全桥变换器

这一章节给大家介绍的是移相全桥

移相全桥呢它也是属于全桥的一种

从硬件电路上来说呢

它跟我们的前面介绍的那个全桥是基本上是一致的

首先呢就看它的那个应用的功率范围也是跟全桥一致

用于比较适用于这种几百W到几千W的应用

然后呢它的效率呢

也是会是在所有拓扑里面是可以做到最高的

同时呢它在这些管子的结构上

都是有四个管子 而且每个管子

在开关节点上的那个 Vds 的最大电压

都是不会超过输入的电压

同时呢在一个对管导通的时候

加到我们的变压器上一个有效电压

都会是一个整个的一个输入的电压

然后呢它同时会需要两个浮驱来驱动

这个四个管子组成了两个桥臂

但是呢它跟我们前面的

那个全桥的一个主要的区别就在于说

它会需要有四个独立的一个驱动信号

来分别驱动这四个管子

因为我们前面提到

就是说在有那个如果是硬开关的一个全桥的话

那么就是说我们可以用

只用两个信号来驱动这四个管子

分别由一个信号驱动一个对管就可以

那么在移相全桥里面这个是不行的

我们必须要有分别有四个独立的信号来控制这四个管子

那么对于这四个独立的信号呢

它的那个调制的方式也是不一样的

我们在之前的那个就是硬开关的全桥里面

它那个是通过调节每一个输出信号的一个宽度

也就是占空比来实现一个输出电压的调节

那么我们在移相全桥里面的话

它所有的四个管子的驱动

它都是以一个50%的那个导通时间来驱动的

那么如何来实现一个输出电压的调整呢

就是通过在不同的对管之间

它们这个每个驱动信号之间的一个相移的一个宽度

来实现我们最终加到我们电压上

加到我们变压器上一个有效电压的一个值

来实现我们输出电压的调整

那么通过这种控制方式呢

就可以比较容易地实现我们在这个四个管子上

一个开通的一个 ZVS 的一个特性

这也是我们的这个拓扑

为什么会说它的那个效率会相对来说会比较高一些

因为它在一些那个输入电压比较高的情况下

那么在开关损耗比较明显的场合

那么实现一个零电压的开关

对于提升整个系统的那个性能与效率是非常明显的

那么它呢跟全桥是类似的

关于它那个磁芯的一些利用啊

还有一些那个绕组的一些设计

以及它的控制的一个模式

这个都是一样的 都是可以用一个峰值电流控制

或者是用一个电压模式控制

但是要加一个隔直的电容

那么最后一个就是它的输出端的

一个看到的一个纹波

也是两倍于一个我们正常的开关频率

因为这个也是跟我们的全桥是一样的

同时呢啊我们在开关节点上也会看不到它的一个振铃

因为它的那个所有的振荡的一个能量

都可以通过每个桥臂的上管回馈到输入端

那么刚刚提到的它的就是说效率最好

因为是实现了一个 ZVS 一个控制方式

这个呢就是一个移相全桥的一个基本的一个电路结构图

它其实的话就是一个在硬件结构上就是一个全桥

那么我们要注意到的是

我们要如何来实现这四个管子

Q1 到 Q4 的一个控制的方式

我们如果来分析它的那个控制结构的话

就可以看到 Q1、Q2 组成一个桥臂

然后 Q3、Q4 组成一个桥臂 那么我们来分析

在加到变压器原边上两个点的一个电压

分别是A点的电压和B点的电压

那么对于A点的电压

A点的电压它会等于输入电压

当 Q3 是导通的时候 它是等于输入电压

那么A点电压它呢会接到地 会等于0

那么这个时候就是意味着 Q4 是导通

相同的话那么对于B点 B点电压

当它为输入电压的时候 那么意味着 Q2 是开通的

那么B点电压为0的时候呢

这个时候就意味着 Q1 它那个是开通的

所以说这个时候我们要分析A、B两点之间的一个压差的话

就可以对应于它四个管子不同的一个开关状态

我们先看这个第一个图

它的一个开关节点

在第一个图里面A点跟B点

它们之间这个电压呢它是有都是同向的

也就是它们的相位是等于0的

那么我们可以看到当A点的这个电压

在这个时间它输入电压为高的时候

那么就意味着 Q3 它是导通的

那么同样的在B点

它这个时候也是输入电压

那么这个时候就意味着 Q2 它是导通的

那么我们可以看到这个时候形成了一个环路

就是输入电压在这里会有两个点

会加到这个A、B两点

那么A、B两点之间因为都是等于输入电压

那么在这个时候呢 它们之间 VAB 是没有电压的

那么我们可以看到这个时候电压

在AB两点的压差是等于0

那么我们这时候副边这里

副边这也不会产生一个耦合的电压

那么整个变换器的话 虽然说有 Q2 跟 Q3 导通

但是呢我们是没有电压传到副边的

那么这个时候对于它们之间 A、B 之间的相移的话是零度

没有相移就是零度

那么进入另外一种情况

如果说A在这个时候 A 在 T0 到 T/2 的时候

它这里的导通电压是一个输入的电压

也就意味着 Q3 它是导通了一个50%

那么在这个时候呢 B 点它的那个

它对应于一个 Q2 导通

它跟我们的 Q3 导通 它并不是同向的

也就说 Q3 导通会比 Q2 导通会延时一个四分之一个周期

那么我们可以看到 就是说当B点的电压

也就是说当 Q2 没有导通的时候

那么 Q1 导通 那么这时候

就是B点电压就是为0 也就是说

这个时候我们看A、B之间的电压差

那么就会变成一个输入的一个电压

那么这时候这个输入电压呢

就会加到我们的整个的变压器绕组上

然后同时呢它会耦合到副边这里的绕组

那么就会有一个电压加到我们的输出端

那么这个时候呢就会有一个 pulse 的电压

出现在这里的开关节点上

同时呢我们可以看如果这个时候呢

在 B 点上 Q1 关断了之后

Q2 开通 那么 Q1 关断之后呢

就意味着这个 B 点电压不再是

地电位的一个电压

那么这个时候 Q2 开通 那么B点电压

就马上会变成一个输入电压

那么这个时候呢在这一段时间

输入电压 那么 B 点电压是变成了输入电压

那么这个时候 A 点电压依然也是输入电压

那么 A、B 之间呢又会变得没有一个电压差

所以我们可以看到在这个时间之内 A、B 上的电压是为0的

那么就是说这半个周期在 A 点导通这半个周期之内呢

我们只会有一个50%的一个脉冲

加到我们的那个 A、B 上

那么同样这个电压呢

也会有50%脉冲加到我们的副边绕组上

在后半个周期当 A 点

就是说 A 点电压为0就意味着

这个时候呢 Q4 点是开通

那么 Q3 是已经关断了

这个时候呢我们另外一个这个桥臂 Q1 跟 Q2

就工作的这个模式

就跟我们之前这个模式是类似的

比如说像这里当 A 点电压为0的时候

也就是说 Q4 开通 那么这个时候

B 点的电压依然还是为输入电压

那么就是说这个时候呢 Q2 依然是导通的

那么在这个时候呢就会有一个电压

输入电压会通过 Q2 加到一个B点

然后呢 最终呢 A 点接到地

那么就是说这个时候输入电压会变成 VBA

那么这个时候会有一个负向的一个输入电压

加在我们的 A、B 两点上 那么就是说

这个时候就是一个负电压加到上面

那么同样的它会在它相应的一个副边的绕组同名端上

产生一个跟我们之前的一个

在这一点的那个产生电压相反的一个电压

那么通过我们副边这个全波整流之后呢

就是会把它这个

交流的一个正一个负的一个电压脉冲

会整成一个都是一个同向的一个电压脉冲

然后最后再经过一个 LC 的滤波 最终在我们

输入端就看到一个平整的一个输出的直流电压

那么第三种情况就是说如果 A、B 两点

它们的那个相位刚好是差个180度

比如说当 A 点完全开通的时候

就是在这里 Q3 跟 Q4 那么 Q3 完全导通的时候

那么 B 点这个时候是没有电没有电压加过来

就是说 B 点电压依然是 Q1 是一直导通

那么在这时候呢 我们可以看到

在 A、B 上它一直是会有一个正向的一个输入电压

而且是接近于50%

也就是说跟我们 A 点的那个开关

开通的时间是一致的

也就是说会有一个50%的一个正向电压脉冲在VAB上

那么进入了下半个周期

那么这个时候呢 A 点电压会变成0

也就是意味着这个时候呢

Q4 是开通 Q4 开通的话

那么就是同时呢 在 B 点上 Q1 关断

Q2 开通 那么就是这里会有一个有一个输入的电压

那么在这一点也就是说

会有一个负向电压加到 VAB 上

那么就是我们可以看到在这里会有一个负电平电压

那么这个电平电压它的宽度

会跟我们之前在前半个周期的时候的宽度是一致

同时电压幅值也是一致

所以说我们在这个时候呢

就可以是认为达到了一个相移的一个最大值

达到了一个180度相移值

百分之一百的占空比

那么我们这可以看到在这种

如果是在这种180度相移的情况下

我们这个正负脉冲的一个方波之后呢

我们如果是把它经过了副边这个全波整流之后

在副边我们可以看到在这个点

就是说在电感前面的点 我们可以看到

就是说这里的点 这个电压脉冲呢

经过整流之后会变成一个接近于一个非常直流的一个点

所以说这个我们可以认为

这是一个100%的占空比的一个情况

这一章节给大家介绍的是移相全桥

移相全桥呢它也是属于全桥的一种

从硬件电路上来说呢

它跟我们的前面介绍的那个全桥是基本上是一致的

首先呢就看它的那个应用的功率范围也是跟全桥一致

用于比较适用于这种几百W到几千W的应用

然后呢它的效率呢

也是会是在所有拓扑里面是可以做到最高的

同时呢它在这些管子的结构上

都是有四个管子 而且每个管子

在开关节点上的那个 Vds 的最大电压

都是不会超过输入的电压

同时呢在一个对管导通的时候

加到我们的变压器上一个有效电压

都会是一个整个的一个输入的电压

然后呢它同时会需要两个浮驱来驱动

这个四个管子组成了两个桥臂

但是呢它跟我们前面的

那个全桥的一个主要的区别就在于说

它会需要有四个独立的一个驱动信号

来分别驱动这四个管子

因为我们前面提到

就是说在有那个如果是硬开关的一个全桥的话

那么就是说我们可以用

只用两个信号来驱动这四个管子

分别由一个信号驱动一个对管就可以

那么在移相全桥里面这个是不行的

我们必须要有分别有四个独立的信号来控制这四个管子

那么对于这四个独立的信号呢

它的那个调制的方式也是不一样的

我们在之前的那个就是硬开关的全桥里面

它那个是通过调节每一个输出信号的一个宽度

也就是占空比来实现一个输出电压的调节

那么我们在移相全桥里面的话

它所有的四个管子的驱动

它都是以一个50%的那个导通时间来驱动的

那么如何来实现一个输出电压的调整呢

就是通过在不同的对管之间

它们这个每个驱动信号之间的一个相移的一个宽度

来实现我们最终加到我们电压上

加到我们变压器上一个有效电压的一个值

来实现我们输出电压的调整

那么通过这种控制方式呢

就可以比较容易地实现我们在这个四个管子上

一个开通的一个 ZVS 的一个特性

这也是我们的这个拓扑

为什么会说它的那个效率会相对来说会比较高一些

因为它在一些那个输入电压比较高的情况下

那么在开关损耗比较明显的场合

那么实现一个零电压的开关

对于提升整个系统的那个性能与效率是非常明显的

那么它呢跟全桥是类似的

关于它那个磁芯的一些利用啊

还有一些那个绕组的一些设计

以及它的控制的一个模式

这个都是一样的 都是可以用一个峰值电流控制

或者是用一个电压模式控制

但是要加一个隔直的电容

那么最后一个就是它的输出端的

一个看到的一个纹波

也是两倍于一个我们正常的开关频率

因为这个也是跟我们的全桥是一样的

同时呢啊我们在开关节点上也会看不到它的一个振铃

因为它的那个所有的振荡的一个能量

都可以通过每个桥臂的上管回馈到输入端

那么刚刚提到的它的就是说效率最好

因为是实现了一个 ZVS 一个控制方式

这个呢就是一个移相全桥的一个基本的一个电路结构图

它其实的话就是一个在硬件结构上就是一个全桥

那么我们要注意到的是

我们要如何来实现这四个管子

Q1 到 Q4 的一个控制的方式

我们如果来分析它的那个控制结构的话

就可以看到 Q1、Q2 组成一个桥臂

然后 Q3、Q4 组成一个桥臂 那么我们来分析

在加到变压器原边上两个点的一个电压

分别是A点的电压和B点的电压

那么对于A点的电压

A点的电压它会等于输入电压

当 Q3 是导通的时候 它是等于输入电压

那么A点电压它呢会接到地 会等于0

那么这个时候就是意味着 Q4 是导通

相同的话那么对于B点 B点电压

当它为输入电压的时候 那么意味着 Q2 是开通的

那么B点电压为0的时候呢

这个时候就意味着 Q1 它那个是开通的

所以说这个时候我们要分析A、B两点之间的一个压差的话

就可以对应于它四个管子不同的一个开关状态

我们先看这个第一个图

它的一个开关节点

在第一个图里面A点跟B点

它们之间这个电压呢它是有都是同向的

也就是它们的相位是等于0的

那么我们可以看到当A点的这个电压

在这个时间它输入电压为高的时候

那么就意味着 Q3 它是导通的

那么同样的在B点

它这个时候也是输入电压

那么这个时候就意味着 Q2 它是导通的

那么我们可以看到这个时候形成了一个环路

就是输入电压在这里会有两个点

会加到这个A、B两点

那么A、B两点之间因为都是等于输入电压

那么在这个时候呢 它们之间 VAB 是没有电压的

那么我们可以看到这个时候电压

在AB两点的压差是等于0

那么我们这时候副边这里

副边这也不会产生一个耦合的电压

那么整个变换器的话 虽然说有 Q2 跟 Q3 导通

但是呢我们是没有电压传到副边的

那么这个时候对于它们之间 A、B 之间的相移的话是零度

没有相移就是零度

那么进入另外一种情况

如果说A在这个时候 A 在 T0 到 T/2 的时候

它这里的导通电压是一个输入的电压

也就意味着 Q3 它是导通了一个50%

那么在这个时候呢 B 点它的那个

它对应于一个 Q2 导通

它跟我们的 Q3 导通 它并不是同向的

也就说 Q3 导通会比 Q2 导通会延时一个四分之一个周期

那么我们可以看到 就是说当B点的电压

也就是说当 Q2 没有导通的时候

那么 Q1 导通 那么这时候

就是B点电压就是为0 也就是说

这个时候我们看A、B之间的电压差

那么就会变成一个输入的一个电压

那么这时候这个输入电压呢

就会加到我们的整个的变压器绕组上

然后同时呢它会耦合到副边这里的绕组

那么就会有一个电压加到我们的输出端

那么这个时候呢就会有一个 pulse 的电压

出现在这里的开关节点上

同时呢我们可以看如果这个时候呢

在 B 点上 Q1 关断了之后

Q2 开通 那么 Q1 关断之后呢

就意味着这个 B 点电压不再是

地电位的一个电压

那么这个时候 Q2 开通 那么B点电压

就马上会变成一个输入电压

那么这个时候呢在这一段时间

输入电压 那么 B 点电压是变成了输入电压

那么这个时候 A 点电压依然也是输入电压

那么 A、B 之间呢又会变得没有一个电压差

所以我们可以看到在这个时间之内 A、B 上的电压是为0的

那么就是说这半个周期在 A 点导通这半个周期之内呢

我们只会有一个50%的一个脉冲

加到我们的那个 A、B 上

那么同样这个电压呢

也会有50%脉冲加到我们的副边绕组上

在后半个周期当 A 点

就是说 A 点电压为0就意味着

这个时候呢 Q4 点是开通

那么 Q3 是已经关断了

这个时候呢我们另外一个这个桥臂 Q1 跟 Q2

就工作的这个模式

就跟我们之前这个模式是类似的

比如说像这里当 A 点电压为0的时候

也就是说 Q4 开通 那么这个时候

B 点的电压依然还是为输入电压

那么就是说这个时候呢 Q2 依然是导通的

那么在这个时候呢就会有一个电压

输入电压会通过 Q2 加到一个B点

然后呢 最终呢 A 点接到地

那么就是说这个时候输入电压会变成 VBA

那么这个时候会有一个负向的一个输入电压

加在我们的 A、B 两点上 那么就是说

这个时候就是一个负电压加到上面

那么同样的它会在它相应的一个副边的绕组同名端上

产生一个跟我们之前的一个

在这一点的那个产生电压相反的一个电压

那么通过我们副边这个全波整流之后呢

就是会把它这个

交流的一个正一个负的一个电压脉冲

会整成一个都是一个同向的一个电压脉冲

然后最后再经过一个 LC 的滤波 最终在我们

输入端就看到一个平整的一个输出的直流电压

那么第三种情况就是说如果 A、B 两点

它们的那个相位刚好是差个180度

比如说当 A 点完全开通的时候

就是在这里 Q3 跟 Q4 那么 Q3 完全导通的时候

那么 B 点这个时候是没有电没有电压加过来

就是说 B 点电压依然是 Q1 是一直导通

那么在这时候呢 我们可以看到

在 A、B 上它一直是会有一个正向的一个输入电压

而且是接近于50%

也就是说跟我们 A 点的那个开关

开通的时间是一致的

也就是说会有一个50%的一个正向电压脉冲在VAB上

那么进入了下半个周期

那么这个时候呢 A 点电压会变成0

也就是意味着这个时候呢

Q4 是开通 Q4 开通的话

那么就是同时呢 在 B 点上 Q1 关断

Q2 开通 那么就是这里会有一个有一个输入的电压

那么在这一点也就是说

会有一个负向电压加到 VAB 上

那么就是我们可以看到在这里会有一个负电平电压

那么这个电平电压它的宽度

会跟我们之前在前半个周期的时候的宽度是一致

同时电压幅值也是一致

所以说我们在这个时候呢

就可以是认为达到了一个相移的一个最大值

达到了一个180度相移值

百分之一百的占空比

那么我们这可以看到在这种

如果是在这种180度相移的情况下

我们这个正负脉冲的一个方波之后呢

我们如果是把它经过了副边这个全波整流之后

在副边我们可以看到在这个点

就是说在电感前面的点 我们可以看到

就是说这里的点 这个电压脉冲呢

经过整流之后会变成一个接近于一个非常直流的一个点

所以说这个我们可以认为

这是一个100%的占空比的一个情况