1、Full bridge topology,隔 离 型 的 大 功 率 D C D C 拓 扑,Full bridge 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。 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：
2、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,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
3、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
4、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，,Full bridge topology analysis,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，电感L电流增长。 4、MOSFET Q1，Q3处于截止状态 ，MOSFET Q2，Q4再次进入截止时，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。电感L上的电流逐渐减小。 同样，由于电感L释放的能量和储存的能量相同,根据伏特-秒原理,故
5、有：(Vin*W2/W1-Vo)*ton2=Vo*ts2-（2）,Full bridge 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%，
6、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,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 LOA
7、D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
8、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。,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
9、示topology输出形式) 。2、输出无抽头+全桥整流(见Full bridge topology 输出形式）。 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. 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,电能，在二次侧线圈W3和W4产生相应的电能。 在设计中，为求输出平衡，同时也是为了让变压器结构对称以防止
10、电流偏于某一方向而导致变压器饱和,因此, 在设计时使： W1=W2,W3=W4. 根据电磁感应的原理(楞次定律),线圈W2的电压方向为:PIN4(同名端)为正.因此,MOSFET Q2对地的电压为: VQ2=Vw2+Vw1=2Vin, 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. 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 LOAD再对电感L充电，电感L电流增长.,Push-Pull topology analysis,2、当MOSFET Q1进入截止状态 ，MOSFET Q2仍处于截
11、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
12、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.,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,t
13、s1=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
14、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.,Push-Pull topology analysis,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 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 Q2进入截止时，电感L通过二极管D1,D2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。,
