【原創】移相全橋學習筆記

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由于工作關系，最近開始接觸移相全橋電源，由于以前沒有接觸過這個方面的電源，所以對于原理與實踐經驗全部是一片空白，開這個帖子的目的是將我的學習過程與體會跟大家一起分享，在這個過程中，也許會存在著一些錯誤的理解或偏激的觀點，到時要請大家不吝指出，并幫我加以改正，總之，這將是一個跟大家共同提高的過程。

我在網上搜索過，有關于移相全橋的工作原理闡述的文章很少，這也是我開這個帖子的另一個原因。

需要說明的一點，所有的圖紙我都是自己親手用PROTEL99畫的，跟專業的軟件可能有些出入，大家將就著看吧

在早期的大功率電源（輸出功率大于1KW）應用中，硬開關全橋(Full-Bridge)拓撲是應用最為廣泛的一種，其特點是開關頻率固定，開關管承受的電壓與電流應力小，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合。但受制于開關器件的損耗，無法將開關頻率提升以獲得更高的功率密度。例如：一個5KW的電源，采用硬開關全橋，即使效率做到92%，那么依然還有400W的損耗，那么每提升一個點的效率，就可以減少50W的損耗，特別在多臺并機以及長時間運行的系統中，其經濟效益相當可觀。

小生來遲了，不過，還是來得及的，因為我是來學習的，并沒有資格參與討論。

分析的有道理，小弟認真向各位前輩學習，小弟對電源有濃厚的興趣！

軟開關技術很有價值

好東西要贊！

不錯，學習了

上圖是移相全橋的拓撲圖，各個元件的意義如下：

Vin：輸入的直流電源

T1-T4：4個主開關管，一般是MOSFET或IGBT

        T1,T2稱為超前臂開關管，T3,T4稱為滯后臂開關管

C1-C4：4個開關管的寄生電容或外加諧振電容

D1-D4：4個開關管的寄生二極管或外加續流二極管

VD1,VD2:電源次級高頻整流二極管

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：移相全橋電源次級輸出續流電感

Cf: 移相全橋電源次級輸出電容

     R_L: 移相全橋電源次級負載

冰版加油哦

因為是做理論分析，所以要將一些器件的特性理想化，具體如下：

1、    假設所有的開關管為理想元件，開通與關斷不存在延遲，導通電阻無窮小；開關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，變壓器也為理想變壓器，不存在漏感與分布參數的影響，勵磁電感無窮大，勵磁電流可以忽略，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=C_lead，C3=C4=C_lag。

最后一個應該是Ls=Lf*n^2>>Lr吧？

請問，次級續流電感為什么要折算到初級？難道續流電感也同繞在主變壓器的磁心上？

謝謝

我想做個1500電源，參數如下：

輸入： AC220V（150VAC-260VAC）

輸出：75V/20A

效率：95以上%（滿負載情況下）

空載損耗：5W-8W

PF值：0.99（在全功率下）

請冰版幫忙推薦個方案，謝謝。

說的是，一般情況下T1,T2為超前臂，T3,T4為滯后臂

T1-T4：4個主開關管，一般是MOSFET或IGBT

        T1,T2稱為超前臂開關管，T3,T4稱為滯后臂開關管

為什么T1,T2是一組橋臂，T3,T4是一組橋臂？

是不是打錯字了？

T1通了后到變壓器再到T4嘛，然后T3通了以后再到T2,這么看應該是T1,T4是一組橋臂，T2,T3是一組橋臂

這么理解對不對？

弱弱的問一句，Lk哪來的?知道了，諧振電感的感量L_k

工作模態一：正半周期功率輸出過程

如上圖,此時T1與T4同時導通，T2與T3同時關斷，原邊電流的流向是T1—Lp—Lk—T4,如圖所示。

此時的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的A,B兩點上，即U_AB=V_in, 此時AB兩點的電感量除了圖上標示出的Lp與Lk之外，應該還有次級反射回來的電感L_S`（因為此時次級二極管VD1是導通的），即L<sub>S</sub>`=n²* L_f,由于是按照匝比平方折算回來，所以L_S`會比Lk大很多，導致Ip上升緩慢，上升電流△Ip為

                 △Ip=(Vin-n*Uo)*(t1-t0)/( Lk+ L_S`)

此過程中，根據變壓器的同名端關系，次級二極管VD1導通，VD2關斷，變壓器原邊向負載提供能量，同時給輸出電感L_f與輸出電容C_f儲能。（圖中未畫出）

此時，               U_C2 =U_C3=U_A=U_AB=V_in

                     U_B=0V

冰版主，△Ip=(Vin-n*Uo)*(t1-t0)/( Lk+ L_S`)

中Vin-n*UO，是什么得到的？

△Ip=(Vin-n*Uo)*(t1-t0)/( Lk+ L_S`)

Lk+Ls  ？ 為什么不是Lp+Lk+Ls？Lp不需要計算上去嗎？

還有幾個問題：

初級為什么會有次級這算回來的電感？是根據什么依據得出的？這個折算電壓在電源工作的任何時候都是有的嗎？

反射電壓的問題也是一樣的？

小弟只是知道在計算的時候會加上這個這算電壓或者電感，但是不是太明白為什么要加上？理論依據是什么？

多謝！多謝！ 

請問版主：

1、Lp是指變壓器原邊的激磁電感嗎？如果是的話，前面你不是假設Lp為無窮大嗎？這里應該如何分析呢？

2、副邊反射電感Ls與Lp及Lk的連接關系是怎樣的呢？是與二者串聯的嗎？

謝謝！

空白，請刪除。

Ip=原邊勵磁電感電流+副邊Lf電流/n

可以很容易推導出下列式子：

△Ip=（t1-t0）Vin/[1/Ls（1-D）+1/Lp]

Ls=n^2*Lf

所以Lf折算到原邊的電感乘以一個系數后得到一個電感然后與Lp并聯。

又因為實際應用中，通常Lp>>Lf,所以原邊電感也可以近似為Lf(1-D)+Lr,

同時，Lf>>Lr,所以原邊點此時原邊電感可以近似為Lf(1-D)。

工作模態二：超前臂諧振過程

如上圖，此時超前橋臂上管T1在t1時刻關斷，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，故電流被轉移到C1與C2中，C1被充電，電壓很快會上升到輸入電壓Vin，而C2開始放電，電壓很快就下降到0，即將A點的電位鉗位到0V。

由于次級折算過來的感量L_S`遠遠大于諧振電感的感量L_k，故基本可以認為此是的原邊類似一個恒流源，此時的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 C_lead

      C2兩端的電壓由下式給出

              Vc1= Vin- 【Ip*(t2-t1)/2 C_lead】

其中Ip是在模態2流過原邊電感的電流，在T2時刻C1上的電壓很快上升到Vin，C2上的電壓很快變成0V，D2開始導通。

在t2時刻之前，C1充滿電，C2放完電，即 V_C1= V_C3= Vin  V_C2=V_A=V_B= 0V

模態2的時間為

          △t= t2-t1=2 C_lead * Vin/ Ip

嚴格說這個模態并非是LC諧振，而是一個橫流的等效電感（電感大小見212貼）對C1+C3充放電

（也是推導得出副邊整流管的寄生電容等效到原邊為Cs_p=Coss/n^2，

Cs_p<<C1+C2

根據這個模態時的工作分析，可以推導出電流近似為

Ip=ILf/n

可以這樣來推導：

設流過C1的電流為i1，流過C2的電流為i2

最終C1兩端的電壓為VC1，C2兩端的電壓為VC2

這里有

i1+i2=ip

VC1+VC2=VIN

VC1=i1*(t2-t1)/C1

VC2=VIN-i2*(t2-t1)/C2

由于

VC2=VIN-VC1

所以有

i1*(t2-t1)/C1=i2*(t2-t1)/C2

又由于前面設定C1=C2

所以

i1=i2=ip/2

這樣

VC1=i1*(t2-t1)/C1=ip*(t2-t1)/(2*C1)=ip*(t2-t1)/(2*Clead)

工作模態三：原邊電流正半周期鉗位續流過程

如上圖，此時二極管D2已經完全導通續流，將超前臂下管T2兩端的電壓鉗位到0V，此時將T2打開，就實現了超前臂下管T2的ZVS開通；但此時的原邊電流仍然是從D2走，而不是T2。

此時流過原邊的電流仍然較大，等與副邊電感L_f的電流折算到原邊的電流

        即      i_p(t)= i_Lf(t)/n

此時電流的下降速度跟電感量有關。

從超前臂T1關斷到T2打開這段時間t_d，稱為超前臂死區時間，為保證滿足T2的ZVS開通條件，就必須讓C3放電到0V，即

           t_d ≥△t= t2-t1=2 C_lead * Vin/ Ip

此時電流的下降速度跟電感量有關。

從超前臂T1關斷到T2打開這段時間t_d，稱為超前臂死區時間，為保證滿足T2的ZVS開通條件，就必須讓C3放電到0V，即

--------------------------------------------

應該是必須讓C2放電到0V

冰，能否解釋下為什么電流只流過D2，而不流過T2,？

此時的Ip=ILf/n是怎么推導出來的？

MOS管是單向導通器件，根據電流流向，D2提供續流通路。

在此狀態，原邊電流由副邊電流控制，根據變壓器變比關系，得Ip=ILf/n

最近又來做這個東西，對于這個模態，忽然有點以前沒想，現在想不明白的問題。懇請各位前輩，如有空閑，能予指導！

VAB肯定沒有電壓，但是為什么這段時間上主變在工作（副邊尚沒有短路），為什么主變上沒有電壓，副邊Vrect上也沒有電壓？

冰版，這個t3<t<t4時刻，是否C3需要在t3時刻前先向電網回饋，然后放完電之后再由IP給他反向充電，然后充到一定電壓的時候會導通D3呢。否則C3的電壓極性就突變了，可以如此嗎。電容電壓不會突變的吧

C3的極性并沒有突變，在T4關斷前C3的電壓就等于原邊的輸入電壓，因為此時B點電壓為0V，當T4關斷的時刻，可以認為是ip通過Lk與Vin通過C3同時給C4充電

而沒有你說的先向電網饋能，然后再充電

稍后我會將這個過程的詳細分析放上來

冰版，這個階段中,C3上的電荷也必須放掉，如何在您畫的圖中理解C3釋放電荷的回路呢。我的理解是t3-t4階段，LK上的儲能和C3，向電網回饋能量。同時LK上的儲能向C4存儲電荷。懇請予以指正！

工作模態四：正半周期滯后臂諧振過程

如圖所示:在T3時刻將滯后臂下管T4關斷，在T4關斷前，C4兩端的電壓為0，所以T4是零電壓關斷。

由于T4的關斷，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會對C4充電，使C4兩端的電壓慢慢往上升，同時抽走C3兩端的電荷。

即               ip(t)=I₂sinω(t-t3)

                v_c4(t)=ZpI₂sinω(t-t3)

                 v_c3(t)=Vin-ZpI₂sinω(t-t3)

其中，I₂：t3時刻，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*C_lag)^0.5

可能有人會感到奇怪，電流怎么出現了正弦函數關系呢，沒錯，因為此時是原邊的諧振電感L_r與滯后臂的兩個電容C3,C4諧振，其關系就是正弦關系。

為何我上面提到只有原邊的諧振電感Lr參加諧振呢，那么次級的儲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的關斷，C4慢慢建立起電壓，而最終等于電源電壓，即U_C4=Vin,從圖紙上我們可以看到，U_C4其實就是B點的電壓，C4兩端電壓的上升就是B點電壓由0V慢慢的上升過程，而此時A點電壓被鉗位到0V，所以這會導致U_AB<0V，也就是說這個時候原邊繞組的電壓已經開始反向。

由于原邊電壓的反向，根據同名端的關系，L_S1，L_S2同時出現下正上負的關系，此時VD2開始導通并流過電流；而由于L_S1與L_f的關系，流過L_S1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，所以出現了VD1與VD2同時導通的情況，即副邊繞組L_S1，L_S2同時出現了短路。

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