摘要：全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源也屬于雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源。它同時(shí)具有推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源電壓利用率高，又具有半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源耐壓高的特點(diǎn)。由于全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源經(jīng)常用于工作電壓高，輸出大功率大的場(chǎng)合，因此，本文主要是基于全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源設計進(jìn)行分析。

　　1 全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理

　　全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理與推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源以及半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理是很相似的，我下面先來(lái)了解全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理。如下圖1所示是全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理圖。圖中，K1、K2、K3、K4是4個(gè)控制開(kāi)關(guān)，它們被分成兩組；K1和K4為一組，K2和K3為另一組。開(kāi)關(guān)電源工作的時(shí)候，總是一組接通，另一組關(guān)斷，兩組控制開(kāi)關(guān)輪流交替工作；T為開(kāi)關(guān)變壓器，N1為變壓器的初級線(xiàn)圈，N2為變壓器的次級線(xiàn)圈；Ui為直流輸入電壓，R為負載電阻；uo為輸出電壓，io為流過(guò)負載的電流。

　　從上面的原理圖中可以看出，控制開(kāi)關(guān)K1和K4與控制開(kāi)關(guān)K2和K3正好組成一個(gè)電橋的兩臂，變壓器作為負載被跨接于電橋兩臂的中間。因此，我們把圖1的電路稱(chēng)為全橋式開(kāi)關(guān)電源電路。圖中，當控制開(kāi)關(guān)K1和K4接通時(shí)候，電源電壓Ui被加到變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的a、b兩端，同時(shí)，由于電磁感應的作用在變壓器次級線(xiàn)圈N2繞組的兩端也會(huì )輸出一個(gè)與N1繞組輸入電壓Ui成正比的電壓，并加到負載R的兩端，使開(kāi)關(guān)電源輸出一個(gè)正半周電壓。

　　當控制開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)K1和K4由接通轉為關(guān)斷的時(shí)候，控制開(kāi)關(guān)K2和K3則由關(guān)斷轉為接通，電源電壓Ui被加到變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的b、a兩端；同理，由于電磁感應的作用在變壓器次級線(xiàn)圈N2繞組的兩端也會(huì )輸出一個(gè)與N1繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負載R的兩端，使開(kāi)關(guān)電源輸出一個(gè)負半周電壓。

　　當控制開(kāi)關(guān)K1和K4接通時(shí)候，電源電壓Ui被加到變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的a、b兩端，在變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組中將有電流經(jīng)過(guò)，通過(guò)電磁感應會(huì )在變壓器的鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，并產(chǎn)生磁力線(xiàn)；同時(shí)，在初級線(xiàn)圈N1繞組的兩端要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢e1,在次級線(xiàn)圈N2繞組的兩端也會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢e2;感應電動(dòng)勢e2作用于負載R的兩端，從而產(chǎn)生負載電流。

　　2 全橋式開(kāi)關(guān)電源變壓器參數的計算

　　全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理與推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理是非常接近的，只是變壓器的激勵方式與工作電源的接入方式有點(diǎn)不同；因此，用于計算推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組匝數的數學(xué)表達式，同樣可以用于全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組匝數的計算。

　　2.1全式開(kāi)關(guān)電源變壓器初級線(xiàn)圈匝數的計算

　　全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源與推挽式開(kāi)關(guān)電源一樣，也屬于雙激式開(kāi)關(guān)電源，因此用于全橋式開(kāi)關(guān)電源的變壓器鐵心的磁感應強度B,可從負的最大值-Bm,變化到正的最大值+Bm,并且變壓器鐵心可以不用留氣隙。全橋式開(kāi)關(guān)電源變壓器的計算方法與前面推挽式開(kāi)關(guān)電源變壓器的計算方法基本相同，根據推挽式開(kāi)關(guān)電源變壓器初級線(xiàn)圈匝數計算公式：

　　由上面的公式看出，雖然是用來(lái)計算推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組匝數的公式，但對于全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源變壓器初級線(xiàn)圈匝數的計算同樣有效。

　　式中，N1為變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的最少匝數，S為變壓器鐵心的導磁面積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵心的最大磁感應強度（單位：高斯）；Ui為開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，即加到變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組兩端的電壓，單位為伏；τ = Ton,為控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間，簡(jiǎn)稱(chēng)脈沖寬度，或電源開(kāi)關(guān)管導通時(shí)間的寬度（單位：秒）； F為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器工作于正、反激輸出的情況下，其伏秒容量必須相等，因此，可以直接用工作頻率來(lái)計算變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的匝數；F和τ取值要預留20%左右的余量。式中的指數是統一單位用的，選用不同單位，指數的值也不一樣，這里選用CGS單位制，即：長(cháng)度為厘米（cm），磁感應強度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。

　　2.2交流輸出全橋式開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比的計算

　　全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源如果用于DC/AC或AC/AC逆變電源，即把直流逆變成交流，或把交流整流成直流后再逆變成交流，這種逆變電源一般輸出電壓都不需要調整，工作效率很高。

　　用于逆變的全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源一般輸出電壓uo都是占空比等于0.5的方波，由于方波的波形系數（有效值與半波平均值之比）等于1,因此，方波的有效值Uo與半波平均值Upa相等，并且方波的幅值Up與半波平均值Upa也相等。所以，只要知道輸出電壓的半波平均值就可以知道有效值，再根據半波平均值，就可以求得半橋式開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比。

　　2.3直流輸出電壓非調整式全橋開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比的計算

　　直流輸出電壓非調整式全橋開(kāi)關(guān)電源，就是在DC/AC逆變電源的交流輸出電路后面再接一級整流濾波電路，請參考1-48.這種直流輸出電壓非調整式全橋開(kāi)關(guān)電源的兩組控制開(kāi)關(guān)K1和K4、K2和K3的占空比與DC/AC逆變電源一樣，一般都是0.5,整流輸出電壓的有效值Uo與半波平均值Upa基本相等。因此，直流輸出電壓非調整式全橋開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比可直接利用如下公式來(lái)計算。即：

　　同樣，在低電壓、大電流輸出的情況下，一定要考慮變壓器的工作效率以及整流二極管的電壓降和4個(gè)開(kāi)關(guān)器件接通時(shí)的電壓降。

　　2.4直流輸出電壓可調整式全橋開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比的計算

　　直流輸出電壓可調整式全橋開(kāi)關(guān)電源的功能就要求輸出電壓可調，因此，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的兩組控制開(kāi)關(guān)K1、K4和K2、K3的占空比必須要小于0.5;因為全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源正反激兩種狀態(tài)都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩組控制開(kāi)關(guān)K1、K4和K2、K3的占空比相當于要小一倍。當要求輸出電壓可調范圍為最大時(shí)，占空比最好取值為0.25.如下公式：

　　上面的公式就是計算直流輸出電壓可調整式全橋開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比的公式。式中，N1為變壓器初級線(xiàn)圈的最少匝數，N2為變壓器次級線(xiàn)圈的匝數，Uo為直流輸出電壓，Ui為開(kāi)關(guān)電源的工作電壓。

　　3 全橋式開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)、劣勢

　　3.1全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高。

　　全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源與推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源一樣，由于兩組開(kāi)關(guān)器件輪流交替工作，相當于兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源同時(shí)輸出功率，其輸出功率約等于單一開(kāi)關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，其輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數Sv和電流脈動(dòng)系數Si都很小，僅需要一個(gè)很小值的儲能濾波電容或儲能濾波電感，就可以得到一個(gè)電壓紋波和電流紋波都很小的輸出電壓。

　　3.2全橋式開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓值特別的低。

　　全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源最大的優(yōu)點(diǎn)是，對4個(gè)開(kāi)關(guān)器件的耐壓要求比推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源對兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的耐壓要求可以降低一半。因為，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源4個(gè)開(kāi)關(guān)器件分成兩組，工作時(shí)2個(gè)開(kāi)關(guān)器件互相串聯(lián)，關(guān)斷時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓，只有單個(gè)開(kāi)關(guān)器件所承受電壓的一半。其最高耐壓等于工作電壓與反電動(dòng)勢之和的一半，這個(gè)結果正好是推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件耐壓的一半。

　　3.3全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源主要用于輸入電壓比較高的場(chǎng)合，在輸入電壓很高的情況下，

　　采用全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源，其輸出功率要比推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出功率大很多。因此，一般電網(wǎng)電壓為交流220伏供電的大功率開(kāi)關(guān)電源大部分都是使用全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源。而在輸入電壓較低的情況下，推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出功率又要比全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出功率大很多。

　　3.4全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電源利用率比推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電源利用率低一些，

　　因為2組開(kāi)關(guān)器件互相串聯(lián)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件接通時(shí)總的電壓降要比單個(gè)開(kāi)關(guān)器件接通時(shí)的電壓降大一倍；但比半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電源利用率高很多。因此，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源也可以用于工作電源電壓比較低的場(chǎng)合。

　　3.5與半橋式開(kāi)關(guān)電源一樣，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的變壓器初級線(xiàn)圈只需要一個(gè)繞組，這也是它的優(yōu)點(diǎn)，這對小功率開(kāi)關(guān)電源變壓器的線(xiàn)圈繞制多少帶來(lái)一些方便。但對于大功率開(kāi)關(guān)電源變壓器的線(xiàn)圈繞制沒(méi)有優(yōu)勢，因為，大功率開(kāi)關(guān)電源變壓器的線(xiàn)圈需要用多股線(xiàn)來(lái)繞。

　　3.6全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是功率損耗比較較大，因此，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源不適宜用于工作電壓較低的場(chǎng)合，否則工作效率會(huì )很低。另外，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的4個(gè)開(kāi)關(guān)器件連接沒(méi)有公共地，與驅動(dòng)信號連接比較麻煩。

　　3.7全橋式開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是會(huì )出現半導通區，損耗大。

　　全橋式開(kāi)關(guān)電源最大的缺點(diǎn)是，當兩組控制開(kāi)關(guān)K1、K4和K2、K3處于交替轉換工作狀態(tài)的時(shí)候，4個(gè)開(kāi)關(guān)器件會(huì )同時(shí)出現一個(gè)很短時(shí)間的半導通區域，即兩組控制開(kāi)關(guān)同時(shí)處于接通狀態(tài)。這是因為開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)始導通的時(shí)候，相當于對電容充電，它從截止狀態(tài)到完全導通狀態(tài)需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程；而開(kāi)關(guān)器件從導通狀態(tài)轉換到截止狀態(tài)的時(shí)候，相當于對電容放電，它從導通狀態(tài)到完全截止狀態(tài)也需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。

　　當兩組開(kāi)關(guān)器件分別處于導通和截止過(guò)渡過(guò)程時(shí)，即兩組開(kāi)關(guān)器件都處于半導通狀態(tài)時(shí)，相當于兩組控制開(kāi)關(guān)同時(shí)接通，它們會(huì )造成對電源電壓產(chǎn)生短路；此時(shí)，在4個(gè)控制開(kāi)關(guān)的串聯(lián)回路中將出現很大的電流，而這個(gè)電流并沒(méi)有通過(guò)變壓器負載。因此，在4個(gè)控制開(kāi)關(guān)K1、K4和K2、K3同時(shí)處于過(guò)渡過(guò)程期間，4個(gè)開(kāi)關(guān)器件將會(huì )產(chǎn)生很大的功率損耗。為了降低控制開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的損耗，一般在全橋式開(kāi)關(guān)電源電路中，都有意讓兩組控制開(kāi)關(guān)的接通和截止時(shí)間錯開(kāi)一小段時(shí)間。

      4 結論

　　在實(shí)際應用中，為了防止變壓器初級線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢把開(kāi)關(guān)器件擊穿，降低開(kāi)關(guān)器件半導通狀態(tài)期間的損耗和全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓波形的反沖幅度，一般可在圖1中4個(gè)控制開(kāi)關(guān)，每個(gè)控制開(kāi)關(guān)的兩端都并聯(lián)一個(gè)阻尼二極管。全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的交流輸出波形與推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源以及半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的交流輸出波形也基本相同。