在早期的大功率电源(输出功率大于1KW)应用中,硬开关全桥(Full-Bridge)拓扑是应用最为广泛的一种,其特点是开关频率固定,开关管承受的电压与电流应力小,便于控制,特别是适合于低压大电流,以及输出电压与电流变化较大的场合。但受制于开关器件的损耗,无法将开关频率提升以获得更高的功率密度。例如:一个5KW的电源,采用硬开关全桥,即使效率做到92%,那么依然还有400W的损耗,那么每提升一个点的效率,就可以减少50W的损耗,特别在多台并机以及长时间运行的系统中,其经济效益相当可观。
随后,人们在硬开关全桥的基础上,开发出了一种软开关的全桥拓扑——移相全桥(Phase-Shifting Full-Bridge Converter,简称PS FB),利用功率器件的结电容与变压器的漏感作为谐振元件,使全桥电源的4个开关管依次在零电压下导通(Zero voltage Switching,简称ZVS),来实现恒频软开关,提升电源的整体效率与EMI性能,当然还可以提高电源的功率密度。
上图是移相全桥的拓扑图,各个元件的意义如下:
Vin:输入的直流电源
T1-T4:4个主开关管,一般是MOSFET或IGBT
T1,T2称为超前臂开关管,T3,T4称为滞后臂开关管
C1-C4:4个开关管的寄生电容或外加谐振电容
D1-D4:4个开关管的寄生二极管或外加续流二极管
VD1,VD2:电源次级高频整流二极管
TR:移相全桥电源变压器
Lp:变压器原边绕组电感量
Ls1,Ls2:变压器副边电感量
Lr:变压器原边漏感或原边漏感与外加电感的和
Lf:移相全桥电源次级输出续流电感
Cf: 移相全桥电源次级输出电容
RL: 移相全桥电源次级负载