全面解析全橋DC-DC變換器的原理及應用

首先，我們先來看一下全橋變換器的工作原理，全橋電路結構如下圖所示，

全橋變換器的基本工作原理是直流電壓Vin 經過Q1、D1～Q4、D4組成的全橋開關變換器，在高頻變壓器初級得到高頻交流方波電壓，經變壓器降壓，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別。 我們先來學習一下雙極性控制方式，這種控制方式的開關管Q2和Q3、Q1和Q4同時開通和關斷，兩對開關管以PWM方式交替開通和關斷，其開通時間不超過半個開關周期，即它們的開通角小于180度。當Q1和Q4導通時，Q2和Q3上的電壓為Vin，反之亦然。當四個開關管全都處在截止狀態時，每個開關管所承受的電壓為Vin/2。由高頻變壓器的漏感與開關管結電容在開關過程中產生高頻振蕩所引起的電壓尖峰，當其超過輸入電壓時，鉗位二極管Dl～D4將導通，使開關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。各開關管的驅動波形和工作波形如圖所示。

圖2

學習了雙極性控制方式，我們再來了解一下有限雙極性控制方式，它的電路中同一個橋臂的兩個開關管(例如Q2，Q4)180度互補導通，另一個開關橋臂的兩個開關管的導通占空比可調。在正半周期中，Q4一直開通，Q1只開通一段時間。在負半周期中，Q2一直開通，Q3只開通一段時間。Q1和Q3分別在Q4 和Q2之前關斷，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。 各開關管的驅動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，移相控制方式的每個橋臂的兩個開關管180度互補導通，兩個橋臂的導通之間相差一個相位，即所謂移相角。通過調節移相角的大小來調節輸出脈沖寬度，從而達到調節相應的輸出電壓的目的。Q1，Q3的驅動信號分別領先于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。各開關管的驅動波形和工作波形如圖所示。

圖4