全桥式开关电源

开关电源分析

这两天有好多同学问能不能出一期关于全桥开关电源，那我们今天就简单讲一下全桥式开关电源。
下图为简易的全桥式开关电源原理图：

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图中，Q1-Q4为电源的开关管，我们也可以称为MOS管，他们被分为两组，Q1和Q4为一组，由信号1控制，当Q1和Q4导通时，输入电压Vi被加至变压器初级线圈N1的AB两端，同时在电磁感应的作用下，变压器次级端会输出一个和初级绕组成正比的电压，并加到负载RL的两端；Q2和Q3为一组，由信号2控制，当Q1和Q4截止时，Q2和Q3导通，输入电压Vi被加到变压器初级线圈BA两端，由于磁感应作用，变压器次级端两端也会输出一个电压，并加到负载RL两端；在我们电源工作时，这两组开关管会进行交替工作，T1为开关变压器，N1为变压器初级线圈，RL为负载电阻。
全桥式开关电源和推挽式开关电源的运作模式差不多，由于两组开关管轮流交替工作，就相当于两个开关电源同时输出功率，因此全桥式开关电源输出功率很大，工作效率也很高，所以全桥式开关电源使用在高功率的开关电源中，一般使用在1000W以上的场合。
全桥式开关电源最大的缺点是，当两组控制开关Q1、Q4和Q2、Q3处于交替转换工作状态的时候，4个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域，即两组控制开关同时处于接通状态。这是因为开关器件在开始导通的时候，相当于对电容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程；而开关器件从导通状态转换到截止状态的时候，相当于对电容放电，它从导通状态到完全截止状态也需要一个过渡过程。
当两组开关器件分别处于导通和截止过渡过程时，即两组开关器件都处于半导通状态时，相当于两组控制开关同时接通，它们会造成对电源电压产生短路；此时，在4个控制开关的串联回路中将出现很大的电流，而这个电流并没有通过变压器负载。因此，在4个控制开关Q1、Q4和Q2、Q3同时处于过渡过程期间，4个开关器件将会产生很大的功率损耗。为了降低控制开关过渡过程产生的损耗，一般在全桥式开关电源电路中，都有意让两组控制开关的接通和截止时间错开一小段时间。
如果我们要设计一个全桥开关电源，可以按照如下步骤：
1. 确定电源的输入输出参数，如输入电压、输出电压和输出电流等；
2. 选择合适的变压器和电感，确保足够的储能和转换效率；
3. 选择合适的开关管，确保足够的导通和截止能力；
4. 设计合适的保护电路，如过电压、过电流和过热等保护；
5. 进行热分析和优化，确保电源在工作温度范围内保持良好的性能。