【導(dǎo)讀】全橋DC-DC變換電路是常用電路拓?fù)涞男问街唬绕湓诖笾泄β蕬?yīng)用中是拓?fù)涞氖走x。本文涉及的電源系統(tǒng)就是采用全橋變換器拓?fù)?,并從工作原理和?yīng)用方面進(jìn)行了闡述。
首先,我們先來(lái)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(guò)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(guò)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?cè)賮?lái)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(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明幾種控制方式的區(qū)別。
我們先來(lái)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(duì)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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生高頻振蕩所引起的電壓尖峰,當(dāng)其超過(guò)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(guò)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?cè)賮?lái)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(guò)調(diào)節(jié)移相角的大小來(lái)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