全面解析全橋DC-DC變換器的原理及應(yīng)用

首先，我們先來看一下全橋變換器的工作原理，全橋電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，

全橋變換器的基本工作原理是直流電壓Vin 經(jīng)過Q1、D1～Q4、D4組成的全橋開關(guān)變換器，在高頻變壓器初級(jí)得到高頻交流方波電壓，經(jīng)變壓器降壓，再全波整流變換成直流方波，最后通過電感L、電容C組成的濾波器，在R上得到平直的直流電壓。全橋直流變換器由全橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流濾波電路組成，也屬于直流-交流-直流變換器。

圖1

然后，我們再來了解一下全橋DC-DC變換器的控制方式，我們都知道，全橋變換器本質(zhì)上有三種基本的控制方式，分別是雙極性控制、有限雙極性控制和移相控制。下面來簡要說明幾種控制方式的區(qū)別。 我們先來學(xué)習(xí)一下雙極性控制方式，這種控制方式的開關(guān)管Q2和Q3、Q1和Q4同時(shí)開通和關(guān)斷，兩對開關(guān)管以PWM方式交替開通和關(guān)斷，其開通時(shí)間不超過半個(gè)開關(guān)周期，即它們的開通角小于180度。當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，Q2和Q3上的電壓為Vin，反之亦然。當(dāng)四個(gè)開關(guān)管全都處在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，每個(gè)開關(guān)管所承受的電壓為Vin/2。由高頻變壓器的漏感與開關(guān)管結(jié)電容在開關(guān)過程中產(chǎn)生高頻振蕩所引起的電壓尖峰，當(dāng)其超過輸入電壓時(shí)，鉗位二極管Dl～D4將導(dǎo)通，使開關(guān)管兩端的電壓被限制在輸入電壓上。這種控制方式是過去全橋電路最基本的方式。各開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形和工作波形如圖所示。

圖2

學(xué)習(xí)了雙極性控制方式，我們再來了解一下有限雙極性控制方式，它的電路中同一個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管(例如Q2，Q4)180度互補(bǔ)導(dǎo)通，另一個(gè)開關(guān)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通占空比可調(diào)。在正半周期中，Q4一直開通，Q1只開通一段時(shí)間。在負(fù)半周期中，Q2一直開通，Q3只開通一段時(shí)間。Q1和Q3分別在Q4 和Q2之前關(guān)斷，定義Q1和Q3組成的橋臂為超前橋臂，Q2和Q3組成的橋臂為滯后橋臂。 各開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形和工作波形如圖所示。

圖3

相比雙極性控制方式和有限雙極性控制方式，移相控制方式有些許的不同點(diǎn)，移相控制方式的每個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管180度互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通之間相差一個(gè)相位，即所謂移相角。通過調(diào)節(jié)移相角的大小來調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)相應(yīng)的輸出電壓的目的。Q1，Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別領(lǐng)先于Q4，Q2，可以定義Q1，Q3組成的橋臂為超前橋臂，Q2，Q4組成的橋臂為滯后橋臂。各開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形和工作波形如圖所示。

圖4