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移相全橋拓?fù)渥鳛橐环N重要的DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

移相全橋拓?fù)洳捎靡葡嗫刂品绞?，巧妙地利用功率器件的結(jié)電容與諧振電感產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了恒定頻率下的軟開(kāi)關(guān)操作模式。這一特性使其能夠顯著降低開(kāi)關(guān)損耗，在提升轉(zhuǎn)換效率方面表現(xiàn)出色，同時(shí)還有助于減小裝置的整體體積，滿足現(xiàn)代電力電子設(shè)備對(duì)于高效、緊湊的設(shè)計(jì)要求。

從控制角度來(lái)看，移相全橋拓?fù)渫ㄟ^(guò)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)對(duì)角線上兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通相位差，也就是移相角，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的有效控制。這種控制策略簡(jiǎn)單易行，具備廣泛的應(yīng)用適應(yīng)性。根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)方式，移相全橋拓?fù)淇煞譃榱汶妷洪_(kāi)關(guān)（ZVS）和零電壓零電流開(kāi)關(guān)（ZVZCS）兩種類(lèi)型。

一、基本電路構(gòu)成

移相全橋拓?fù)涞幕倦娐分饕稍吶珮螂娐?、變壓器以及副邊整流電路三部分組成。

原邊全橋電路包含四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管（Q1-Q4），連接輸入直流源Vin，并且電路中還包含輸入電容Cin以及諧振電感Lr。功率開(kāi)關(guān)器件自帶體二極管（D1-D4）和寄生結(jié)電容（C1-C4）。為了有效抑制變壓器出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，在部分電路設(shè)計(jì)中會(huì)在Lr后串聯(lián)隔直電容。

副邊電路則依據(jù)具體的應(yīng)用需求，可選擇全波整流電路或者全橋整流電路。其主要組成部分包括整流二極管（DR1-DR4）、濾波電感Lf、濾波電容Cf以及負(fù)載Rd。全橋整流電路通常適用于大功率的應(yīng)用場(chǎng)景，而在小功率場(chǎng)合則更多地采用全波整流電路。

以ZVS移相全橋電路為例，

它能夠有效降低功率管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的損耗，進(jìn)而提高開(kāi)關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)裝置體積的減小。其基本電路構(gòu)成與上述一致，參見(jiàn)相關(guān)電路圖可以更直觀地理解其布局。常用副邊電路有全波整流電路與全橋整流電路兩種形式。

二、工作原理剖析

（一）PWM控制方式

在移相全橋電路中，存在超前橋臂（Q1、Q2）與滯后橋臂（Q3、Q4）之分。同一橋臂上的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的有效控制。

移相角指的是對(duì)角線上兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通相位差，其取值范圍在0°到180°之間。通過(guò)改變移相角的大小，可以調(diào)節(jié)原邊輸出電壓的占空比，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。死區(qū)時(shí)間是指同一橋臂上下兩管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程之間的時(shí)間間隔，這是為了確保開(kāi)關(guān)管能夠安全可靠地進(jìn)行切換。

為了便于對(duì)電路的工作過(guò)程進(jìn)行分析，我們做出以下假設(shè)：

功率開(kāi)關(guān)管的寄生電容滿足C1=C2=Clead，C3=C4=Clag；

濾波電感足夠大，滿足Lf＞＞Lr/K²（其中K為變壓器原副邊匝比）；

輸出濾波電容足夠大，可近似認(rèn)為其電壓為恒壓源。

（二）工作模態(tài)分析

在一個(gè)完整的工作周期內(nèi)，移相全橋電路包含12種不同的工作模態(tài)。以下將以半個(gè)周期（t0～t6）為例進(jìn)行詳細(xì)闡述，并且假設(shè)電路副邊采用全波整流電路。

工作模態(tài)1（t0～t1）：正半周期功率輸出模式

在t0時(shí)刻，Q1和Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)VAB維持恒定（VAB=Vin）。原邊電流Ip通過(guò)Q1、Lr、Q4的路徑向負(fù)載供應(yīng)電能，同時(shí)對(duì)結(jié)電容C2、C3進(jìn)行充電。

變壓器副邊的DR1導(dǎo)通，而DR2截止，由DR1、Lf、Rd構(gòu)成供電回路。

濾波電感Lf在電壓VLf=Vin/n-V0的作用下，其電流呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

工作模態(tài)2（t1～t2）：超前橋臂諧振模式

當(dāng)?shù)竭_(dá)t1時(shí)刻，Q1關(guān)斷。由于諧振電感Lr的存在，電流Ip無(wú)法突變，繼續(xù)保持正向（A→B）流動(dòng)。Ip從Q1轉(zhuǎn)移到C1和C2支路中，對(duì)C1進(jìn)行充電，同時(shí)對(duì)C2放電，C1、C2與Lr之間發(fā)生諧振現(xiàn)象。

借助C1、C2的作用，Q1實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。

考慮到諧振電感Lr與原邊等效濾波電感Lf相串聯(lián)，整體電感量較大，因此可以認(rèn)為原邊電流Ip近似保持不變，類(lèi)似于一個(gè)恒流源。

工作模態(tài)3（t2～t3）：原邊電流鉗位續(xù)流模式

到了t2時(shí)刻，C1與C2的充放電過(guò)程結(jié)束。此時(shí)C2兩端電壓降為0，電流經(jīng)D2續(xù)流，將開(kāi)關(guān)管Q2漏源極的電壓箝位為0，從而實(shí)現(xiàn)Q2的零電壓開(kāi)通。

此時(shí)VAB=0，原邊電流Ip依舊按照原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，不過(guò)其數(shù)值在不斷減小。

工作模態(tài)4（t3～t4）：滯后橋臂諧振模式

在t3時(shí)刻，Q4關(guān)斷。Ip從Q4轉(zhuǎn)移到C3和C4支路中，對(duì)C4充電，對(duì)C3放電，諧振電感Lr與C3、C4發(fā)生諧振。

由于C3和C4的作用，Q4實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。

此時(shí)AB之間的電壓由0變?yōu)樨?fù)值（VAB=-VC4），導(dǎo)致副邊變壓器的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向，使得整流二極管DR2導(dǎo)通，DR1和DR2同時(shí)導(dǎo)通后將變壓器的副邊線圈短路。在這個(gè)過(guò)程中，DR1中的電流逐漸減小，而DR2中的電流則不斷增大。

工作模態(tài)5（t4～t5）：諧振能量回饋電源模式

t4時(shí)刻，C3與C4的充放電結(jié)束。此時(shí)VAB=-VC4=-Vin，D3導(dǎo)通續(xù)流，將開(kāi)關(guān)管Q3漏源極的電壓箝位為0，實(shí)現(xiàn)Q3的零電壓開(kāi)通。

體二極管D2、D3續(xù)流，將諧振電感Lr所儲(chǔ)存的能量回饋給電源，變壓器原邊電流Ip呈現(xiàn)線性減小的趨勢(shì)。

工作模態(tài)6（t5～t6）：原邊電流緩變模式

到達(dá)t5時(shí)刻，Ip變?yōu)榱愫箝_(kāi)始向負(fù)向增大。此時(shí)D2和D3關(guān)斷，Q2和Q3為原邊電流提供通路。

此時(shí)原邊電流尚不足以滿足負(fù)載電流的需求，副邊繞組仍處于短接狀態(tài)，因此原邊繞組電壓維持為零，電壓Vin全部施加在Lr兩端，反向線性上升，直至t6時(shí)刻，DR1與DR2完成換流，DR1截止，隨后進(jìn)入負(fù)半周期的功率輸出模式（Q2、Q3穩(wěn)定導(dǎo)通）。負(fù)半周的工作過(guò)程與正半周類(lèi)似，遵循相同的原理和規(guī)律。
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