移相全橋學習筆記（三）

開關模態十一：諧振結束，原邊電感向電網饋能
當C3充電到Vin之后，諧振結束，就不再有電流流過C3,C4,轉而D4自然導通，原邊電流通過D4—Lr—D1向電網饋能，其能量來源于儲存在Lr中的能量，此時原邊電流迅速減少，
ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】
其中 Ip10是t10時刻的原邊電流值
在t11時刻減少到0。
此時T4兩端的電壓降為0V，只要在這個時間將T4開啟，那么T4就達到了零電壓開啟的效果。
對于開關模態11來說，諧振周期一定要小于死區時間，否則就不能達到滯后臂的ZVS效果了。但此時的諧振電感是沒有次級電感通過匝比反射回來的，所以只有諧振電感參與了諧振，在設計的時候小心了，諧振電感一定要足夠大，否則諧振能量不夠的話，原邊電流就會畸變。

在t11時刻，UAB=ULr= UC3=UA=Vin，UB=0V

開關模態十二：原邊電流從0正向增大

在t11時刻之前，T4已經導通，在t11時刻原邊電流ip已經上升到0，由于沒有了電流，所以D1，D4自然關斷。
在t11-t12的時間內，副邊的二極管D1，D2還是同時導通流過電流，將副邊繞組短路，阻斷輸出電感反射到初級的途徑，此時的負載電流還是由次級電感與輸出電容提供；同時，由于原邊的T1，T4已經導通，原邊電流ip流過T1--Lr—T4,又因為Lr很小，所以原邊電流ip就會正向急劇增大。
即 ip(t)= - (t-t11)
在t12時刻，ip達到最大，等于副邊的電感電流折算到初級的電流
即 ip(t12)= - ILf(t12)/n
在這個開關模態，原邊電流是不傳遞能量的，但副邊卻存在著一個劇烈的換流過程，通過副邊二極管VD2的電流迅速減少，VD1的電流迅速增大，在t12時刻，通過VD2的電流減少到0，通過VD1的電流等于電感電流ILf。

在t12時刻，原邊的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V

至此，一個完整的移相全橋工作周期分析已經完成。
其中有一些地方可能有點小小錯誤（歡迎指正），但不影響總體的工作原理分析12個工作模態我先用用圖紙的方式呈現出來了，為了便于分析，我省略了次級繞組的回路分析
12個工作過程包括：2個正負半周期的功率輸出過程，2個正負半周期的鉗位續流過程，4個諧振過程（包括2個橋臂的諧振過程與2個換流過程），2個原邊電感儲能返回電網過程，最后還有2個變壓器原邊電流上沖或下沖過零結束急變過程。這12個過程就構成了移相全橋的一個完整的工作周期，只要有任何一個過程發生偏離或異常，將會影響到移相全橋的ZVS效果，甚至會導致整個電源不能正常工作。

接下來說說移相全橋存在的問題

問題一：滯后臂較難實現ZVS

n 原因：
滯后臂諧振的時候，次級繞組短路被鉗位，所以副邊電感無法反射到原邊參加諧振，導致諧振的能量只能由諧振電感提供，如果能量不夠，就會出現無法將滯后臂管子并聯的諧振電容電壓諧振到0V.

n 解決方法：

①、增大勵磁電流。但會增大器件與變壓器損耗。
②、增大諧振電感。但會造成副邊占空比丟失更嚴重。
③、增加輔助諧振網絡。但會增加成本與體積。

n 問題二：

副邊占空比的丟失
n 原因：
移相全橋的原邊電流存在著一個劇烈的換流過程，此時原邊電流不足以提供副邊的負載電流，因此副邊電感就會導通另一個二極管續流，即副邊處于近似短路狀態；
Dloss與諧振電感量大小以及負載RL大小成正比，與輸入電壓大小成反比。

n 解決方法：

①、減少原副邊的匝比。但會造成次級整流管的耐壓增大的后果。
②、將諧振電感改為可飽和電感。因為在初級換流的過程中，一旦進入電感的飽和狀態，那么流過電感的電流馬上就會變為飽和電流，而不是線性的減少，這就意味著減少了換流時間，等效于減少了占空比丟失時間。當然我這么解釋看起來有點不好理解，要結合移相全橋的工作過程來理解，還是可以慢慢去體會的

將PSFB的磁性器件計算方法貼出來。
n 輸出儲能電感設計：
移相全橋的輸出儲能電感其實可以看做一個單純的BUCK電感，由于其正負半周期各工作一次，所以其工作頻率等于2倍開關頻率，其計算公式為：
Lf = Vo *(1-Dmin)/(4*fs* △I)
上式中的Lf是最小電感，實際取值要大于此值，以保證電流的連續性，如果需要輸出電壓在一定范圍內連續可調的話，則Vo要取Vo（min),即
Lf = Vo(min) *(1-Dmin)/(4*fs* △I)
上式Dmin是為了便于理解，實際上移相全橋占空比是不變的，不存在最小占空比的說法：即
Dmin= Vo(min)/(Vin(max)/n-VLf-VD)

n 主變壓器設計：
首先計算出移相全橋的次級輸出最低電壓：
Vsec(min)=( Vo(max)+VLf+VD)/ Dsec(max)
初次級的變壓器匝比為:
n=Vin(min) /Vsec(min)
選擇變壓器，使用Ap法：
Ap =Ae*Aw= Po*104 /(4*ƞ*fs*△B*J*Ku*)
接下來計算變壓器原邊匝數：
Np= Vin(min)*D(max)/(4*fs*Ae*Bmax)
那么次級繞組匝數為：
Ns= Np/n

n 諧振電感設計：
附加諧振電感的目的就是為了實現滯后臂開關管的ZVS，如前面的分析，滯后臂諧振時次級電感不能通過變壓器反射到初級，為了保證滯后臂的開關管ZVS，那么諧振電感的能量必須滿足下式：
LrIp2/2=( Vin2*C上管)/2+( Vin2*C下管)/2= Vin2*Clag
即 Lr= 2* Vin2*Clag /Ip2
其中 Lr：諧振電感值
Vin：輸入電壓
Clag：滯后橋臂電容(外加電容與MOSFET結電容)
Ip：滯后橋臂關斷時刻原邊電流大小
計算還要考慮以下幾點因素：
①、Vin應取最高輸入電壓值，保證任意輸入電壓下,滯后橋臂均能實現ZVS。
②、考慮在輕載Ip1（10%-20%負載）時刻，需要滯后橋臂仍然需要工作在ZVS狀態。
③、輸出電流iLf在某個值（比如2A）時刻，輸出儲能電感電流任然連續或處在臨界點。

也就是說，輸出儲能電感的脈動電流等于2倍此值

即 △ iLf = 2 *2A=4A
那么 Ip=(Ip1+ △iLf /2)/n