5 相移全桥

[音乐播放]

现在是该系列的 第 5 部分，

在该部分中， 我们将介绍

相移全桥。

这种拓扑非常 适合电池充电器

应用，尤其是那些

输入电压很高的应用。

相移全桥拓扑

是这类功率水平和 电压电平条件下的不错选择，

因为它实现了零电压 开关，而这显著

减少了开关损耗。

这在高输入电压 条件下尤其重要。

它使用变压器 磁芯的全磁通振幅，

因此能够使用 更小的变压器。

变压器初级侧由

全输入电压驱动， 从而尽可能降低初级电流。

通过精心设计，

可以实现 99% 以上的效率。

主要缺点是 变压器初级侧

需要四个有源开关。

但是，在高功率水平条件下 复杂性增加是合理的，

因为变压器 利用率有所

提升。

这是相移全桥电路的

原理图。

QA、B、C 和 D 是初级侧开关。

QE 和 F 是次级 复位整流器。

可以使用其他 次级整流电路，

我们后面会介绍这些电路。

但现在，我将 重点介绍中上方

全桥整流器。

相移全桥是 一种双端拓扑，

这意味着 变压器初级侧的两端

会在 Vin 和零伏 之间交替切换。

这允许变压器 磁芯中在电气

正负磁通，因此 磁芯复位不是问题。

变压器初级侧 会看到全输入电压，

因此电流小于 其他拓扑中的电流。

相移全桥是 一种降压拓扑，

因此输入到 输出转换比

与占空比成正比。

每个开关周期具有 两种有源电源传输状态、

两种无源或 续流状态以及四个

ZVS 转换。

我们将在该 系列的第 6 部分中

更详细介绍地这些内容。

在介绍该拓扑时， 人们会使用不同的术语

来称呼全桥的桥臂。

我会简单地将它们 称为左桥臂和右桥臂，

尽管也使用了 PA 和 AP 一词，

因此需要做下澄清。

左桥臂也称为 无源至有源 (PA) 桥臂，

因为它会在能量 传输间隔开始时

进行切换。

电桥从这个时候开始 主动传输来自

脉冲的能量。

右桥臂也称为 有源至无源 (AP) 桥臂，

因为它会终止 从输入到输出

主动能量传输。

随后，电桥会 进入无源状态，

在此期间，输出 电感提供输出电流。

重复一下， 相移全桥非常

适合高输入 电压、高功率

应用，因为它 具有出色的变压器磁芯

利用率并能够实现 ZVS。

相移全桥可以实现 ZVS，

但并不能保证。

ZVS 转换是 一种谐振转换，

其频率由开关 节点 A 和 B 处的电容和电感

设置。要实现 ZVS，

系统设计必须具有 足够的能量存储，

并且开关事件之间 必须存在适当的延迟，

以便可以 进行转换。

此图以红蓝色 显示了 QA 和 QB 的

栅极驱动器，以及--

以及 QC 和 QD， 中间的红蓝色部分。

底部以棕色显示了

变压器上的电压。

开关波形全部 处于 50% 占空比，

并减小 1% 或 2%，以便 有时间进行 ZVS 转换。

OUTA 和 OUTB 是 参考对，并且它们不会改变。

控制会相对于参考对

移动 OUTC 和 OUTD 的相位，

以控制变压器 看到的占空比。

当模拟开关对 位于 QA 和 QB 或

QB 和 QC 时， 就会发生从初级侧

到次级侧的能量传输。

占空比与变压器上

所施加电压的 开关周期直接

成比例。

控制器会相对于参考对

移动 OUTC 和 OUTD 的相位，

以控制变压器 看到的占空比。

当对角开关对 位于 QA 和 QD 或

QB 和 QC 上时， 就会发生从初级侧

到次级侧的能量传输。

占空比与变压器上

所施加电压的 开关周期直接

成比例。

第 5 部分到此结束。

现在，让我们来 看看第 6 部分，

其中更详细地 介绍了相移全桥的

工作原理。

[音乐播放]

现在是该系列的 第 5 部分，

在该部分中， 我们将介绍

相移全桥。

这种拓扑非常 适合电池充电器

应用，尤其是那些

输入电压很高的应用。

相移全桥拓扑

是这类功率水平和 电压电平条件下的不错选择，

因为它实现了零电压 开关，而这显著

减少了开关损耗。

这在高输入电压 条件下尤其重要。

它使用变压器 磁芯的全磁通振幅，

因此能够使用 更小的变压器。

变压器初级侧由

全输入电压驱动， 从而尽可能降低初级电流。

通过精心设计，

可以实现 99% 以上的效率。

主要缺点是 变压器初级侧

需要四个有源开关。

但是，在高功率水平条件下 复杂性增加是合理的，

因为变压器 利用率有所

提升。

这是相移全桥电路的

原理图。

QA、B、C 和 D 是初级侧开关。

QE 和 F 是次级 复位整流器。

可以使用其他 次级整流电路，

我们后面会介绍这些电路。

但现在，我将 重点介绍中上方

全桥整流器。

相移全桥是 一种双端拓扑，

这意味着 变压器初级侧的两端

会在 Vin 和零伏 之间交替切换。

这允许变压器 磁芯中在电气

正负磁通，因此 磁芯复位不是问题。

变压器初级侧 会看到全输入电压，

因此电流小于 其他拓扑中的电流。

相移全桥是 一种降压拓扑，

因此输入到 输出转换比

与占空比成正比。

每个开关周期具有 两种有源电源传输状态、

两种无源或 续流状态以及四个

ZVS 转换。

我们将在该 系列的第 6 部分中

更详细介绍地这些内容。

在介绍该拓扑时， 人们会使用不同的术语

来称呼全桥的桥臂。

我会简单地将它们 称为左桥臂和右桥臂，

尽管也使用了 PA 和 AP 一词，

因此需要做下澄清。

左桥臂也称为 无源至有源 (PA) 桥臂，

因为它会在能量 传输间隔开始时

进行切换。

电桥从这个时候开始 主动传输来自

脉冲的能量。

右桥臂也称为 有源至无源 (AP) 桥臂，

因为它会终止 从输入到输出

主动能量传输。

随后，电桥会 进入无源状态，

在此期间，输出 电感提供输出电流。

重复一下， 相移全桥非常

适合高输入 电压、高功率

应用，因为它 具有出色的变压器磁芯

利用率并能够实现 ZVS。

相移全桥可以实现 ZVS，

但并不能保证。

ZVS 转换是 一种谐振转换，

其频率由开关 节点 A 和 B 处的电容和电感

设置。要实现 ZVS，

系统设计必须具有 足够的能量存储，

并且开关事件之间 必须存在适当的延迟，

以便可以 进行转换。

此图以红蓝色 显示了 QA 和 QB 的

栅极驱动器，以及--

以及 QC 和 QD， 中间的红蓝色部分。

底部以棕色显示了

变压器上的电压。

开关波形全部 处于 50% 占空比，

并减小 1% 或 2%，以便 有时间进行 ZVS 转换。

OUTA 和 OUTB 是 参考对，并且它们不会改变。

控制会相对于参考对

移动 OUTC 和 OUTD 的相位，

以控制变压器 看到的占空比。

当模拟开关对 位于 QA 和 QB 或

QB 和 QC 时， 就会发生从初级侧

到次级侧的能量传输。

占空比与变压器上

所施加电压的 开关周期直接

成比例。

控制器会相对于参考对

移动 OUTC 和 OUTD 的相位，

以控制变压器 看到的占空比。

当对角开关对 位于 QA 和 QD 或

QB 和 QC 上时， 就会发生从初级侧

到次级侧的能量传输。

占空比与变压器上

所施加电压的 开关周期直接

成比例。

第 5 部分到此结束。

现在，让我们来 看看第 6 部分，

其中更详细地 介绍了相移全桥的

工作原理。