全桥变换器

　　全桥转换器为隔离式电源转换提供了高效的解决方案（图 1）。在此拓扑中，控制方法的选择将影响转换器的整体性能。大多数工程师只考虑硬开关全桥 (HSFB) 或相移全桥 (PSFB)。在本电源技巧中，我将演示对脉宽调制 (PWM) 控制的全桥的简单修改，该修改可以通过实现零电压开关 (ZVS) 来提高效率并消除变压器绕组上的谐振振铃。

　　图 1同步 HSFB 转换器功率级示例。资料来源：德州仪器

　　HSFB 转器使用两个异相 180 度的输出信号（OUTA 和 OUTB）来控制初级侧电桥上的对角 FET 对，如图 1 所示。控制器允许初级侧 FET 处于三种状态： OUTA 高且 OUTB 低，OUTB 高且 OUTA 低，以及 OUTA 和 OUTB 均低。为了维持调节，控制器调节每个状态所花费的时间比率。

　　图 2（从下到上）显示了 OUTA 和 OUTB 信号、初级电桥每侧的开关节点电压以及初级绕组电流。当 OUTA 和 OUTB 均为低电平时，开关节点在死区时间内返回到输入电压的一半。
　　图 2用于驱动初级侧相反 FET 的传统配置 (1 ?s/div)。资料来源：德州仪器

　　当死区时间内没有初级侧 FET 导通时，次级电流将继续通过同步整流器续流。此时，存储在初级侧的泄漏能量与初级侧 FET 的输出电容谐振，从而在 OUTA 或 OUTB 变低时产生较大的泄漏尖峰。该谐振会影响初级侧的所有四个 FET。图 3显示了泄漏尖峰可以达到多大。实际上，大的漏电尖峰可能需要您使用更高电压的组件。

　　图 3采用传统配置 (400 ns/div) 的主交换节点。资料来源：德州仪器
　　具有互补逻辑的替代方法

　　另一种方法是通过桥的每一半上的互补逻辑来控制初级 FET。在此方法中，PWM 高电平打开高侧 FET，PWM 低电平打开低侧 FET。图 4显示了使用此方法的图表。

　　图 4同步 ZVS 全桥转换器功率级示例。资料来源：德州仪器

　　图 5显示了该方法的 PWM、开关节点电压和初级电流。由于主桥两侧都有互补信号，因此两个低侧 FET 在死区时间内都处于导通状态。这使得初级电流能够在传统方法中的死区时间内继续通过两个低侧 FET 续流。

　　图 5用于驱动初级侧 FET 的互补 PWM（1 ?s/div）。资料来源：德州仪器

　　初级侧的续流电流有很多好处。首先，初级侧 FET 实现 ZVS。图 6显示了 ZVS 事件期间全桥一侧的主开关节点和 PWM 逻辑。在引入栅极驱动信号之前，漏源电压降至零，这表示 ZVS。

　　图 6具有互补 PWM 配置 (400 ns/div) 的主开关节点。资料来源：德州仪器

　　另一个好处是整个转换器的噪声更低。当从图 3 中的初级开关节点波形转到图 6 时，大泄漏尖峰和谐振振铃被消除。在更改初级以获得 ZVS 后，次级整流器的噪声也降低了。

　　图 7比较了两种设计选项的次级整流器的漏源电压。 HSFB 变体具有明显更多的振铃，需要缓冲器来减轻压力，但代价是总体系统效率降低。在初级上更改为 ZVS 可减少次级 FET 上的振铃。仍然存在泄漏尖峰，但是对于这种情况，二极管钳位电路比缓冲器更合适。
　　图 7传统配置 (400 ns/div)（左）；使用互补 PWM 信号 (1.00 ?s/div)（右）。资料来源：德州仪器
　　修改后的 HSFB 参考设计
　　仅引入 ZVS 就可以提高整个负载条件下的效率。图 8比较了修改后的 HSFB 参考设计，即“适用于 100kRad 应用的 100W、5V 输出硬开关全桥转换器参考设计”，该设计在初级侧使用 ZVS 逻辑与 HSFB 的初始数据。初级 FET 的逻辑是的变化；对初级侧 FET 驱动器的优化以及对次级侧保护电路的改进将进一步增加该方法的优势。
　　使用互补逻辑
　　在全桥转换器上使用互补逻辑可以使初级 FET 实现 ZVS。这种方法对于系统效率有很多好处，并且该方法易于实现。