詳細(xì)解讀移相全橋的十二種工作模態(tài)
[導(dǎo)讀]在早期的大功率電源（輸出功率大于1KW）應(yīng)用中，硬開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率固定，開(kāi)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(kāi)關(guān)器件的損耗，無(wú)法將開(kāi)關(guān)頻率提升以獲得更...
在早期的大功率電源（輸出功率大于1KW）應(yīng)用中，硬開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率固定，開(kāi)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(kāi)關(guān)器件的損耗，無(wú)法將開(kāi)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(kāi)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_(kāi)關(guān)全橋的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了一種軟開(kāi)關(guān)的全橋拓?fù)洹?a href="/tags/移相全橋" target="_blank">移相全橋(Phase-Shifting Full-Bridge Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)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(kāi)關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通(Zero voltage Switching，簡(jiǎn)稱(chēng)ZVS)，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒頻軟開(kāi)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：
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(wú)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(guò)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(guò)改變的是電流在橋臂上的流向，下面我們首先來(lái)分析這12個(gè)工作模態(tài)的情況，揭開(kāi)移相全橋的神秘面紗。
正半周期功率輸出過(guò)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(lái)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(lái)，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(lái)的電壓。
此過(guò)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(huà)出）
此時(shí)，?UC2=UC3=UA=UAB=Vin ? ?UB=0V
超前臂諧振過(guò)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(lái)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(kāi)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(guò)來(lái)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(lèi)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(guò)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(kāi)始導(dǎo)通。
在t2時(shí)刻之前，C1充滿(mǎn)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
原邊電流正半周期鉗位續(xù)流過(guò)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(kāi)，就實(shí)現(xiàn)了超前臂下管T2的ZVS開(kāi)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(guò)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(kāi)這段時(shí)間td，稱(chēng)為超前臂死區(qū)時(shí)間，為保證滿(mǎn)足T2的ZVS開(kāi)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
正半周期滯后臂諧振過(guò)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(lái)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=?)0.5ω：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(méi)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(lái)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(guò)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(shuō)這個(gè)時(shí)候原邊繞組的電壓已經(jīng)開(kāi)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(kāi)始導(dǎo)通并流過(guò)電流；而由于LS1與Lf的關(guān)系，流過(guò)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(guò)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(shuō)會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來(lái)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
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(guò)C3,C4,轉(zhuǎn)而D3自然導(dǎo)通，原邊電流通過(guò)D2—Lr—D3向電網(wǎng)饋能，其實(shí)能量來(lái)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(kāi)啟，那么T3就達(dá)到了零電壓開(kāi)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(kāi)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(kāi)通之前，次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)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(kāi)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(kāi)通到滯后臂下管的開(kāi)通的時(shí)間間隔或超前臂下管開(kāi)通到滯后臂上管的開(kāi)通的時(shí)間間隔，再轉(zhuǎn)換成角頻率ωω=2∏f=2∏/T.
對(duì)于開(kāi)關(guān)模態(tài)5來(lái)說(shuō)，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(méi)有次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)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
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(méi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)程，通過(guò)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(guò)VD1的電流減少到0，通過(guò)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(kāi)始負(fù)半周期工作，其工作原理與正半周期相似，下面來(lái)做進(jìn)一步的分析：
負(fù)半周期功率輸出過(guò)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(lái)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(lái)，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(guò)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(huà)出）
此時(shí)，?UC1?=UC4=UB?=Vin?UAB=-Vin ?UA=0V
負(fù)半周期超前臂諧振過(guò)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(lái)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(guò)來(lái)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(lèi)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(guò)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(kāi)始導(dǎo)通。
在t8時(shí)刻之前，C2充滿(mǎn)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(guò)程
原邊電流負(fù)半周期鉗位續(xù)流過(guò)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(kāi)，就實(shí)現(xiàn)了超前臂上管T1的ZVS開(kāi)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(guò)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(kāi)這段時(shí)間td，稱(chēng)為超前臂死區(qū)時(shí)間，為保證滿(mǎn)足T1的ZVS開(kāi)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
負(fù)半周期滯后臂諧振過(guò)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(lái)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(kāi)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=?)0.5ω：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(kāi)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(kāi)始導(dǎo)通并流過(guò)電流；而由于LS2與Lf的關(guān)系，流過(guò)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(guò)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(shuō)會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來(lái)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
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(guò)C3,C4,轉(zhuǎn)而D4自然導(dǎo)通，原邊電流通過(guò)D4—Lr—D1向電網(wǎng)饋能，其能量來(lái)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(kāi)啟，那么T4就達(dá)到了零電壓開(kāi)啟的效果。對(duì)于開(kāi)關(guān)模態(tài)11來(lái)說(shuō)，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(méi)有次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)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
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(méi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)程，通過(guò)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(guò)VD2的電流減少到0，通過(guò)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(lái)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(guò)程包括：2個(gè)正負(fù)半周期的功率輸出過(guò)程，2個(gè)正負(fù)半周期的鉗位續(xù)流過(guò)程，4個(gè)諧振過(guò)程（包括2個(gè)橋臂的諧振過(guò)程與2個(gè)換流過(guò)程），2個(gè)原邊電感儲(chǔ)能返回電網(wǎng)過(guò)程，最后還有2個(gè)變壓器原邊電流上沖或下沖過(guò)零結(jié)束急變過(guò)程。這12個(gè)過(guò)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(guò)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。
移相全橋存在的問(wèn)題
問(wèn)題一：滯后臂較難實(shí)現(xiàn)ZVSn 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(wú)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(wú)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(wèn)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(guò)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(guò)程中，一旦進(jìn)入電感的飽和狀態(tài)，那么流過(guò)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(lái)有點(diǎn)不好理解，要結(jié)合移相全橋的工作過(guò)程來(lái)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(lái)。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(kāi)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(shuō)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(lái)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(kāi)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(guò)變壓器反射到初級(jí)，為了保證滯后臂的開(kāi)關(guān)管ZVS，那么諧振電感的能量必須滿(mǎn)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(shuō)，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
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隨后，人們?cè)谟查_(kāi)關(guān)全橋的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了一種軟開(kāi)關(guān)的全橋拓?fù)洹?a href="/tags/移相全橋" target="_blank">移相全橋(Phase-Shifting Full-Bridge Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)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(kāi)關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通(Zero voltage Switching，簡(jiǎn)稱(chēng)ZVS)，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒頻軟開(kāi)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(kāi)關(guān)管，一般是MOSFET或IGBTT1,T2稱(chēng)為超前臂開(kāi)關(guān)管，T3,T4稱(chēng)為滯后臂開(kāi)關(guān)管C1-C4：4個(gè)開(kāi)關(guān)管的寄生電容或外加諧振電容D1-D4：4個(gè)開(kāi)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(kāi)關(guān)管為理想元件，開(kāi)通與關(guān)斷不存在延遲，導(dǎo)通電阻無(wú)窮??；開(kāi)關(guān)管的體二極管或者外部的二極管也為理想元件，其開(kāi)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(wú)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(guò)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(guò)改變的是電流在橋臂上的流向，下面我們首先來(lái)分析這12個(gè)工作模態(tài)的情況，揭開(kāi)移相全橋的神秘面紗。
正半周期功率輸出過(guò)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(lái)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(lái)，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(lái)的電壓。
此過(guò)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(huà)出）
此時(shí)，?UC2=UC3=UA=UAB=Vin ? ?UB=0V
超前臂諧振過(guò)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(lái)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(kāi)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(guò)來(lái)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(lèi)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(guò)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(kāi)始導(dǎo)通。
在t2時(shí)刻之前，C1充滿(mǎn)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
原邊電流正半周期鉗位續(xù)流過(guò)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(kāi)，就實(shí)現(xiàn)了超前臂下管T2的ZVS開(kāi)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(guò)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(kāi)這段時(shí)間td，稱(chēng)為超前臂死區(qū)時(shí)間，為保證滿(mǎn)足T2的ZVS開(kāi)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
正半周期滯后臂諧振過(guò)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(lái)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=?)0.5ω：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(méi)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(lái)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(guò)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(shuō)這個(gè)時(shí)候原邊繞組的電壓已經(jīng)開(kāi)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(kāi)始導(dǎo)通并流過(guò)電流；而由于LS1與Lf的關(guān)系，流過(guò)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(guò)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(shuō)會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來(lái)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
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(guò)C3,C4,轉(zhuǎn)而D3自然導(dǎo)通，原邊電流通過(guò)D2—Lr—D3向電網(wǎng)饋能，其實(shí)能量來(lái)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(kāi)啟，那么T3就達(dá)到了零電壓開(kāi)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(kāi)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(kāi)通之前，次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)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(kāi)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(kāi)通到滯后臂下管的開(kāi)通的時(shí)間間隔或超前臂下管開(kāi)通到滯后臂上管的開(kāi)通的時(shí)間間隔，再轉(zhuǎn)換成角頻率ωω=2∏f=2∏/T.
對(duì)于開(kāi)關(guān)模態(tài)5來(lái)說(shuō)，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(méi)有次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)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
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(méi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)程，通過(guò)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(guò)VD1的電流減少到0，通過(guò)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(kāi)始負(fù)半周期工作，其工作原理與正半周期相似，下面來(lái)做進(jìn)一步的分析：
負(fù)半周期功率輸出過(guò)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(lái)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(lái)，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(guò)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(huà)出）
此時(shí)，?UC1?=UC4=UB?=Vin?UAB=-Vin ?UA=0V
負(fù)半周期超前臂諧振過(guò)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(lái)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(guò)來(lái)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(lèi)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(guò)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(kāi)始導(dǎo)通。
在t8時(shí)刻之前，C2充滿(mǎn)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(guò)程
原邊電流負(fù)半周期鉗位續(xù)流過(guò)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(kāi)，就實(shí)現(xiàn)了超前臂上管T1的ZVS開(kāi)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(guò)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(kāi)這段時(shí)間td，稱(chēng)為超前臂死區(qū)時(shí)間，為保證滿(mǎn)足T1的ZVS開(kāi)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
負(fù)半周期滯后臂諧振過(guò)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(lái)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(kāi)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=?)0.5ω：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(kāi)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(kāi)始導(dǎo)通并流過(guò)電流；而由于LS2與Lf的關(guān)系，流過(guò)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(guò)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(shuō)會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來(lái)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
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(guò)C3,C4,轉(zhuǎn)而D4自然導(dǎo)通，原邊電流通過(guò)D4—Lr—D1向電網(wǎng)饋能，其能量來(lái)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(kāi)啟，那么T4就達(dá)到了零電壓開(kāi)啟的效果。對(duì)于開(kāi)關(guān)模態(tài)11來(lái)說(shuō)，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(méi)有次級(jí)電感通過(guò)匝比反射回來(lái)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
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(méi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)程，通過(guò)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(guò)VD2的電流減少到0，通過(guò)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(lái)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(guò)程包括：2個(gè)正負(fù)半周期的功率輸出過(guò)程，2個(gè)正負(fù)半周期的鉗位續(xù)流過(guò)程，4個(gè)諧振過(guò)程（包括2個(gè)橋臂的諧振過(guò)程與2個(gè)換流過(guò)程），2個(gè)原邊電感儲(chǔ)能返回電網(wǎng)過(guò)程，最后還有2個(gè)變壓器原邊電流上沖或下沖過(guò)零結(jié)束急變過(guò)程。這12個(gè)過(guò)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(guò)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。
移相全橋存在的問(wèn)題
問(wèn)題一：滯后臂較難實(shí)現(xiàn)ZVSn 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(wú)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(wú)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(wèn)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(guò)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(guò)程中，一旦進(jìn)入電感的飽和狀態(tài)，那么流過(guò)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(lái)有點(diǎn)不好理解，要結(jié)合移相全橋的工作過(guò)程來(lái)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(lái)。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(kāi)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(shuō)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(lái)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(kāi)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(guò)變壓器反射到初級(jí)，為了保證滯后臂的開(kāi)關(guān)管ZVS，那么諧振電感的能量必須滿(mǎn)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(shuō)，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
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