全桥及推挽拓扑分析

iQ2,iQ 4
t
iD2,iD 4 iL iL/2
t
t iD1,iD 3 iL/2 t iL iL
t DISCON TINUE CURR ENT MODE
Full bridge topology analysis
LOAD再对电感L充电，电感L电流增长。 2、MOSFET Q1，Q2，Q3，Q4均处于截止状态 ，线圈W1中的电流为零,电感L通过二 极管D1,D2,D3,D4续流时段（ts1)，电感L的电流逐渐下降,并降到为零. 3、 MOSFET Q1，Q2，Q3，Q4仍处于截止状态 ，电感电流保持为零时段（ts2)，此 时,电容C向R LOAD充电. 4、MOSFET Q2，Q4导通时段(ton2), W2产生的电能经D1，D3，滤波电容C和R LOAD 再对电感L充电，电感L电流增长。 5、 MOSFET Q1，Q2，Q3，Q4均处于截止状态 ，电感L通过二极管D1,D2,D3,D4续流 时段（ts3),电感L的电流逐渐下降,并降到为零. 6、MOSFET Q1，Q2，Q3，Q4仍处于截止状态 ，电感电流保持为零时段（ts4)，此时, 电容C向R LOAD充电,并等待下一个周期导通. 故电路在一个开关周期内: T=ton1+ton2+ts1+ts2+ts3+ts4, D= (ton1+ton2)/T. 因此,电路处于连续和断续的临界条件为: ts2=0,ts4=0. 即:ts=ts1+ts3=(1-D)*T. 在所有MOSFET均处于截止时期，电感电流正好下降为零。
2、当MOSFET Q1进入截止状态 ，MOSFET Q2仍处于截止时，变压器线圈W1 此时无电流通过，电流为零。变压器次级线圈上的电压也相应为零.由于电感 L上的电流不能突变，因此电感L仍然通过D1，D2续流。每个二极管流过的 电流刚好是电感电流的一半。电感L上的电流逐渐减小 假若电路在理想工作状态下, 二极管压降忽略，变压器为理想变压器，电感L释 放的能量和储存的能量相同,根据伏特-秒原理,故有: (Vin*W4/W1-Vo) *ton1 =Vo*ts1--------(1) 3、 MOSFET Q1处于截止状态 ， MOSFET Q2导通时,输入电能经Q2对变压器一 次侧线圈W2充电，线圈W2电流增长。由于变压器能量传递，线圈W3上的 电能经D1,滤波电容C和R LOAD再对电感L充电，电感L电流增长. 4、 MOSFET Q1处于截止状态 ， MOSFET Q2进入截止时，变压器线圈W2此时 无电流通过，电流为零。变压器次级线圈上的电压也相应为零.由于电感L上 的电流不能突变，因此电感L仍然通过D1，D2续流。每个二极管流过的电流 刚好是电感电流的一半。电感L上的电流逐渐减小.
Full bridge topology
隔离型的大功率DC–DC拓 扑
Full briwk.baidu.comge topology analysis
Full bridge 电路是一种隔离型电路,典型的 DC-AC变换 topology。在UPS中常用于 大功率DC-DC变换的中间环节。此电 路具有的优点为：对相同的输出功率 而言，此topology中的变压器结构相对 简单，体积较小（因变压器 的初，次级只需用一组线圈，无需抽 头）。但此电路的MOSFET较多，且 上下管驱动线路必须隔离，因此电路 稍嫌复杂，成本相对较高。 Vin 该电路存在着两种工作模式,一种为电流连 续模式,另一种为电流断续模式. 一、工作原理：此topology中互为对角的两 个MOSFET同时导通,同一侧半桥上下 的两个MOSFET交替导通，输入的直 流电压逆变为幅值同输入电压相同的 交流电压,加在变压器一次侧线圈W1, 再通过变压器传递能量到二次侧线圈 W2，线圈W2上的交流电压经过四个
L
3 3
1
TOROID IRON D2 MUR860 Uo R R load
2
3
Q1 MOSFET 2
1
MOSFET
D1 Q2 MUR860 1 T1 5
1 1
3
DC
W1
1
W2 C 8
3
4
1
2
3
Q4 MOSFET 2 MOSFET
TRANSFORMER Q3
D4
3
CAPACITOR D3
MUR860 MUR860
电能，在二次侧线圈W3和W4产生相 Q1 应的电能。 在设计中，为求输出平衡，同时也是 Q2 为了让变压器结构对称以防止电流 偏于某一方向而导致变压器饱和,因 VQ1 此, VQ2 在设计时使： W1=W2,W3=W4. 根据电磁感应的原理(楞次定律),线圈 iQ1 W2的电压方向为:PIN4(同名端)为 正.因此,MOSFET Q2对地的电压为: iQ2 VQ2=Vw2+Vw1=2Vin, iD2 因此,对PUSH-PULL电路而言,在截止 时的MOSFET必须承受的耐压为两 倍的输入电压. iD1 线圈W3的电压方向为:PIN6(同名端)为 正,因此二极管D1截止. 线圈W4上的电能经D2,滤波电容C和R iL LOAD再对电感L充电，电感L电流 增长.
1 1
3
Full bridge topology analysis
二极管全桥整流为直流电压，直流电压再经电感L和电容C滤波输出。 二、电路的传输特性(连续模式)（设变压器1PIN和5PIN为同名端） 1、当MOSFET Q1，Q3 导通时,此时MOSFET Q2，Q4截止.输入电能经Q1，Q3 对变压器一次侧线圈W1充电，线圈W1电流增长。由于变压器能量传递，在 二次侧线圈W2产生相应的电能，W2产生的电能经D2，D4，滤波电容C和R LOAD再对电感L充电，电感L电流增长。 2、当MOSFET Q1，Q3进入截止状态 ，MOSFET Q2，Q4仍处于截止时，变压 器线圈W1此时无电流通过，电流为零。电感L上的电流由于不能突变，因 此电感L仍然通过D1，D2。D3，D4续流。每个二极管流过的电流刚好是电 感电流的一半。电感L上的电流逐渐减小. 假若电路在理想工作状态下, 二极管压降忽略，变压器为理想变压器，电感L释 放的能量和储存的能量相同,根据伏特-秒原理,故有: (Vin*W2/W1-Vo)*ton1 =Vo*ts1------（1） 3、 MOSFET Q1，Q3处于截止状态 ， MOSFET Q2，Q4导通时,输入电能经Q2， Q4对变压器一次侧线圈W1充电，线圈W1电流增长。由于变压器能量传递，
t
t iL iL/2 t iL iL/2 t
iL
t CONTIN UE CURRENT MODE
Full bridge topology analysis
Q1,Q3 toff=t on2+ts1+ts 2+ts3+ts4 ton1 ts1 ts2 Q2,Q4 ton2 VQ1,VQ 3 Vin Vin/2 VQ2,VQ 4 t Vin Vin/2 iQ1,iQ 3 t t ts3 ts4 t
L TRANSFORMER D1 MUR860 1 5 1 3 W1 W3 2 6 TOROID IRON W2 3 7 W4 4 8 1 3
1
Uo
Q2 2 MOSFET
TX
D2 MUR860 CAPACIT OR
R C R lo ad
3
Push-Pull topology
3
1
Push-Pull topology analysis
将（1）式+（2）式，有： (Vin*W2/W1-Vo) *（ton1+ton2)= Vo*(ts1+ts2) 因：T=ton1+ton2+ts1+ts2, D= (ton1+ton2)/T 因MOSFET Q1，Q3与Q2，Q4导通时间对 称，则输出电压有： Vo=Vin*D*W2/W1 每个二极管承受的反向电压为次级线圈W2 的电压： Ur=Vin*W2/W1=Vo/D. 为避免上下臂MOSFET同时导通而造成短路 损坏MOSFET，每个MOSFET的DUTY 不应超过50%，且留有裕量. 三、电路的传输特性(断续模式) 对于断续模式，电路在一个开关周期内相 继经历六个时段，其分别为: 1、 MOSFET Q1，Q3 导通时段(ton1), W2 产生的电能经D2，D4，滤波电容C和R
Push-Pull topology analysis
假若电路在理想工作状态下, 二极管压降忽略，变压器为理想变压器，电感L释放 的能量和储存的能量相同,根据伏特-秒原理,故有: (Vin*W3/W2-Vo) *ton2 =Vo*ts2--------(2) 因W3=W4,W1=W2, ton1=ton2,ts1=ts2，D= (ton1+ton2)/T 将（1）式+（2）式，则有： Vo=Vin*D*W4/W1 若两组MOSFET同时导通,就相当于变压器一次侧线圈短路.为避免两组MOSFET同时导 通而造成短路损坏，每组MOSFET的DUTY不应超过50%，且留有裕量. 三、电路的传输特性(断续模式) 对于断续模式，电路在一个开关周期内相继经历六个时段，其分别为: 1、 MOSFET Q1导通时段(ton1), 二次侧线圈W4上产生的电能经D2,滤波电容C和R LOAD再对电感L充电，电感L电流增长. 2、 MOSFET Q1进入截止状态 ，MOSFET Q2仍处于截止，线圈W1中的电流为零,变压 器次级线圈上的电压也相应为零.电感L通过二极管D1,D2续流时段（ts1),并降到为零. 3、 MOSFET Q1，Q2仍处于截止状态 ，电感电流保持为零时段（ts2)，此时,电容C向R LOAD充电.
toff=t on2+ts1+ts 2 ton1 ts1 ton2 t 2Vin Vin 2Vin Vin Vin t Vin t 2Vin ts2 t
t
t iL iL/2 t iL iL/2 t
t CONTIN UE CURRENT MODE
Push-Pull topology analysis
Push-Pull topology
隔离型的小功率DC-DC拓扑
Push-Pull topology analysis
Push-Pull topology,俗称推挽式DC-DC变换器， 是一种隔离型电路,因在输入回路中仅有 一个MOSFET的通态压降，产生的通态 损耗较小，因此在UPS中常用于低输入 的电池电压场合。 因其在工作时一次只有一个MOSFET在工作， 因此其驱动线路相对简单。 Push-Pull电路的输出形式有：1、变压器次 级线圈输出抽头+半桥全波整流（见图示 DC topology输出形式) 。2、输出无抽头+全 Q1 桥整流(见Full bridge topology 输出形 Vin 式）。 2 Push-Pull电路也存在着两种工作模式,一种为 电流连续模式,另一种为电流断续模式. MOSFET 一、电路的传输特性(连续模式) （设变压器 2PIN，6PIN，4PIN和8PIN为同名端） 1、当MOSFET Q1导通时, 输入电能经 Q1，对变压器一次侧线圈W1充电， 线圈W1电流增长。由于变压器能量 传递，在一次侧线圈W2产生相应的
Push-Pull topology analysis
toff=t on2+ts1+ts 2+ts3+ts4
4、MOSFET Q2导通时段(ton2), 二次侧线圈 W3上产生的电能经D1，滤波电容C和R Q2 LOAD再对电感L充电，电感L电流增长。 5、 MOSFET Q1处于截止状态 ， MOSFET VQ1 Q2进入截止时，电感L通过二极管D1,D2 VQ2 续流时段（ts3),并降到为零. 6、MOSFET Q1，Q2仍处于截止状态 ，电 感电流保持为零时段（ts4)，此时,电容C iQ1 向R LOAD充电,并等待下一个周期导通. iQ2 故电路在一个开关周期内: T=ton1+ton2+ts1+ts2+ts3+ts4, iD2 D= (ton1+ton2)/T. 因此,电路处于连续和断续的临界条件为: iD1 ts2=0,ts4=0. 即:ts=ts1+ts3=(1-D)*T. iL 在所有MOSFET均处于截止时期，电感电流 正好下降为零。
Full bridge topology analysis
Q1,Q3 在二次侧线圈W2产生相应的电能， W2产生的电能经D1，D3，滤波 电容C和R LOAD再对电感L充电， Q2,Q4 电感L电流增长。 VQ1,VQ 3 4、MOSFET Q1，Q3处于截止状态 ， MOSFET Q2，Q4再次进入截止 VQ2,VQ 4 时，变压器线圈W1此时无电流通 过，电流为零。电感L上的电流 iQ1,iQ 3 由于不能突变，因此电感L仍然 通过D1，D2,D3，D4续流。电感 iQ2,iQ 4 L上的电流逐渐减小。 同样，由于电感L释放的能量和储存 iD2,iD 4 的能量相同,根据伏特-秒原理,故 有： iD1,iD 3 (Vin*W2/W1-Vo)*ton2=Vo*ts2------（2） ton1 ts1 ton2 t Vin Vin/2 t Vin Vin/2 t ts2 t