在中大功率電源中，現(xiàn)在市面上最流行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可謂是移相全橋和LLC了，工程師們也最喜歡將這它們放在一塊作比較，這是由于它們的原邊MOS管都可以實(shí)現(xiàn)ZVS，從而降低損耗，提高了功率密度。但它們也各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，這里我們來(lái)分析一下移相全橋的工作特點(diǎn)，而LLC在前段時(shí)間發(fā)的中已分析過(guò)，這里就不再詳細(xì)描述。
移相全橋，顧名思義，首先它的硬件拓?fù)涫且粋€(gè)全橋結(jié)構(gòu)，而“移相”的意思是控制方式采用移相方式。我們知道PWM和PFM的控制原理，那么“移相”控制的控制原理是什么呢？接下來(lái)，我們就此說(shuō)道說(shuō)道。
UCC2895是經(jīng)典的移相全橋控制芯片，圖1是它datasheet中的時(shí)序圖。CLOCK是芯片的時(shí)鐘，決定了芯片工作頻率；RAMP與環(huán)路輸出的COMP信號(hào)做比較，決定移相角度大小PWM SIGNGAL，PWM SIGNAL占空比為0時(shí)，移相角度為180°，占空比為100%時(shí)，移相角度為0。
圖1
圖2是驅(qū)動(dòng)的信號(hào)的接對(duì)應(yīng)MOS管的驅(qū)動(dòng)方法。在PWM驅(qū)動(dòng)方式控制中，一般是直接控制對(duì)管的Q1/Q4、Q2/Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比大小。而在移相方式中，不直接改變單個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)占空比，而是保持每個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)占空比為50%，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位的方式來(lái)改變對(duì)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)輸出。所以實(shí)際上“移相”也是一種特殊PWM控制方式。
圖1中，OUTPUTA/OUTPUTB相位超前于OUTPUTC/OUTPUTD，所以我們稱圖2中的Q1和Q2為超前橋臂，Q3和Q4為滯后橋臂。超前橋臂比滯后橋臂更容易實(shí)現(xiàn)ZVS，這是為什么呢，后面將會(huì)作出解釋。
圖2
圖3
圖3展示了移相全橋工作的實(shí)現(xiàn)波形圖，其中Ip為諧振腔的電流，Vrect為變壓器副邊電壓，其值等于VIN/N，N為變壓器匝比。Vrect波形的陰影部分是丟失的波形，即在實(shí)際中這部分時(shí)間沒有能量傳遞到輸出，相當(dāng)于這部分MOS管的占空比被間接丟失了，導(dǎo)致有效占空比變小，這在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮補(bǔ)償占空比。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間段的原邊電流較小，不足于提供輸出電流，而副邊電感維持輸出電流使得D1、D2均導(dǎo)通，相當(dāng)于副邊繞組短路。隨著下一組對(duì)管的同時(shí)導(dǎo)通，電流迅速增大到一定值才能將能能量傳遞到輸出。而此時(shí)原邊電流增大的速率與諧振電感Lr大小有關(guān)，Lr越大，電流增大的速率越小，使得丟失的占空比越大，所以Lr越小越好？討論這個(gè)問(wèn)題時(shí)，我們會(huì)涉及到前文提到的“超前橋臂比滯后橋臂更容易實(shí)現(xiàn)ZVS”的問(wèn)題。
首先我們要知道原邊MOS管是如何實(shí)現(xiàn)ZVS的，它是通過(guò)電感電流不能斷續(xù)的特性來(lái)抽取MOS管寄生電容Cds的電能，以此使得在MOS管開通前Vds降為0。例如，圖2中，Q1關(guān)斷后，Lr電流繼續(xù)流向變壓器，在Q2開通前，其電流回路只能通過(guò)C1和C2，此時(shí)，C1是充電，C2是放電。其實(shí)這個(gè)時(shí)候，不僅是Lr參與抽取電流，輸出電感Lo通過(guò)變壓器映射到原邊也參與抽取電流，但對(duì)于Q3、Q4的關(guān)斷時(shí)刻，由于丟失占空比，副邊繞組相當(dāng)于短路Lo不能映射到原邊，不參與抽取電流，所以Q3、Q4相比于Q1、Q2更難實(shí)現(xiàn)ZVS。
綜上，諧振電感Lr太大會(huì)導(dǎo)致丟失占空比嚴(yán)重，不利于調(diào)節(jié)控制；Lr太小不利于實(shí)現(xiàn)原邊MOS管的ZVS，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考量，選擇適合Lr。一般可以通過(guò)以下兩個(gè)方程選擇Lr的的大小。
其中，Dloss為丟失占空比，fsw為開關(guān)頻率，Io為輸出電流。
最后我們對(duì)比一下LLC和移相全橋的異同。
最后我們對(duì)比一下LLC和移相全橋的異同。
移相全橋仿真波形
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