全橋式開關(guān)電源

開關(guān)電源分析

這兩天有好多同學(xué)問能不能出一期關(guān)于全橋開關(guān)電源，那我們今天就簡單講一下全橋式開關(guān)電源。
下圖為簡易的全橋式開關(guān)電源原理圖：

圖中，Q1-Q4為電源的開關(guān)管，我們也可以稱為MOS管，他們被分為兩組，Q1和Q4為一組，由信號1控制，當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時，輸入電壓Vi被加至變壓器初級線圈N1的AB兩端，同時在電磁感應(yīng)的作用下，變壓器次級端會輸出一個和初級繞組成正比的電壓，并加到負(fù)載RL的兩端；Q2和Q3為一組，由信號2控制，當(dāng)Q1和Q4截止時，Q2和Q3導(dǎo)通，輸入電壓Vi被加到變壓器初級線圈BA兩端，由于磁感應(yīng)作用，變壓器次級端兩端也會輸出一個電壓，并加到負(fù)載RL兩端；在我們電源工作時，這兩組開關(guān)管會進行交替工作，T1為開關(guān)變壓器，N1為變壓器初級線圈，RL為負(fù)載電阻。
全橋式開關(guān)電源和推挽式開關(guān)電源的運作模式差不多，由于兩組開關(guān)管輪流交替工作，就相當(dāng)于兩個開關(guān)電源同時輸出功率，因此全橋式開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率也很高，所以全橋式開關(guān)電源使用在高功率的開關(guān)電源中，一般使用在1000W以上的場合。
全橋式開關(guān)電源最大的缺點是，當(dāng)兩組控制開關(guān)Q1、Q4和Q2、Q3處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時候，4個開關(guān)器件會同時出現(xiàn)一個很短時間的半導(dǎo)通區(qū)域，即兩組控制開關(guān)同時處于接通狀態(tài)。這是因為開關(guān)器件在開始導(dǎo)通的時候，相當(dāng)于對電容充電，它從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài)需要一個過渡過程；而開關(guān)器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的時候，相當(dāng)于對電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個過渡過程。
當(dāng)兩組開關(guān)器件分別處于導(dǎo)通和截止過渡過程時，即兩組開關(guān)器件都處于半導(dǎo)通狀態(tài)時，相當(dāng)于兩組控制開關(guān)同時接通，它們會造成對電源電壓產(chǎn)生短路；此時，在4個控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負(fù)載。因此，在4個控制開關(guān)Q1、Q4和Q2、Q3同時處于過渡過程期間，4個開關(guān)器件將會產(chǎn)生很大的功率損耗。為了降低控制開關(guān)過渡過程產(chǎn)生的損耗，一般在全橋式開關(guān)電源電路中，都有意讓兩組控制開關(guān)的接通和截止時間錯開一小段時間。
如果我們要設(shè)計一個全橋開關(guān)電源，可以按照如下步驟：
1. 確定電源的輸入輸出參數(shù)，如輸入電壓、輸出電壓和輸出電流等；
2. 選擇合適的變壓器和電感，確保足夠的儲能和轉(zhuǎn)換效率；
3. 選擇合適的開關(guān)管，確保足夠的導(dǎo)通和截止能力；
4. 設(shè)計合適的保護電路，如過電壓、過電流和過熱等保護；
5. 進行熱分析和優(yōu)化，確保電源在工作溫度范圍內(nèi)保持良好的性能。