移相全橋拓撲作為一種在電力電子領域廣泛應用的電路結構，其工作原理和特性對于深入理解DC-DC變換器的設計和優化至關重要。

一、基本原理

移相全橋拓撲是一種基于移相控制策略的DC-DC變換器拓撲結構。它利用功率器件的結電容和諧振電感的諧振，實現恒頻軟開關操作，從而有效降低開關損耗，提高轉換效率，減小裝置體積。移相全橋拓撲主要通過調節對角兩個開關管的導通相位差（即移相角）來控制輸出電壓，具有控制簡單、適用范圍廣等優點。

二、電路結構

移相全橋拓撲的基本電路包括原邊全橋電路、變壓器和副邊整流電路。原邊全橋電路由四個功率開關管（Q1-Q4）組成，通過輸入直流源Vin供電，并包含輸入電容Cin和諧振電感Lr。副邊電路則根據應用需求選擇全波整流電路或全橋整流電路，通常包含整流二極管（DR1~DR4）、濾波電感Lf、濾波電容Cf以及負載Rd。

1. 原邊全橋電路

原邊全橋電路由四個功率開關管（Q1-Q4）構成，它們按照Q1、Q4、Q2、Q3的順序依次導通和關斷，形成超前橋臂（Q1、Q2）和滯后橋臂（Q3、Q4）。每個開關管都有其體二極管（D1-D4）和寄生結電容（C1~C4）。為抑制變壓器磁飽和，部分電路會在諧振電感Lr后串聯隔直電容。

2. 變壓器

變壓器是移相全橋拓撲中的關鍵元件，用于實現原邊和副邊之間的電壓和電流變換。其原邊與副邊的匝比決定了電壓的變換比，同時也會影響電路的工作特性和效率。

3. 副邊整流電路

副邊整流電路根據應用需求可選擇全波整流或全橋整流。全橋整流適用于大功率場合，而小功率場合則可采用全波整流。整流二極管（DR1~DR4）將變壓器副邊的高頻交流電壓轉換為直流電壓，并通過濾波電感Lf和濾波電容Cf進行平滑處理，供給負載Rd。
移相全橋與LLC的區別

移相全橋，顧名思義，首先它的硬件拓撲是一個全橋結構，而“移相”的意思是控制方式采用移相方式。我們知道PWM和PFM的控制原理，那么“移相”控制的控制原理是什么呢？

UCC2895是經典的移相全橋控制芯片，圖1是它datasheet中的時序圖。CLOCK是芯片的時鐘，決定了芯片工作頻率；RAMP與環路輸出的COMP信號做比較，決定移相角度大小PWM SIGNGAL，PWM SIGNAL占空比為0時，移相角度為180°，占空比為100%時，移相角度為0。

圖1

圖2是驅動的信號的接對應MOS管的驅動方法。在PWM驅動方式控制中，一般是直接控制對管的Q1/Q4、Q2/Q3的驅動信號占空比大小。而在移相方式中，不直接改變單個開關管的驅動占空比，而是保持每個開關管驅動占空比為50%，通過改變驅動信號相位的方式來改變對管同時導通時間，從而調節輸出。所以實際上“移相”也是一種特殊PWM控制方式。

圖1中，OUTPUTA/OUTPUTB相位超前于OUTPUTC/OUTPUTD，所以我們稱圖2中的Q1和Q2為超前橋臂，Q3和Q4為滯后橋臂。超前橋臂比滯后橋臂更容易實現ZVS，這是為什么呢，后面將會作出解釋。

圖2

圖3

圖3展示了移相全橋工作的實現波形圖，其中Ip為諧振腔的電流，Vrect為變壓器副邊電壓，其值等于VIN/N，N為變壓器匝比。Vrect波形的陰影部分是丟失的波形，即在實際中這部分時間沒有能量傳遞到輸出，相當于這部分MOS管的占空比被間接丟失了，導致有效占空比變小，這在設計時應該考慮補償占空比。

三、工作模態

移相全橋電路的一個周期中包含多個工作模態，下面以半個周期為例進行詳細分析（假設副邊為全波整流電路）。

1. 初始狀態（t0時刻）

在t0時刻，Q1和Q4導通，VAB處于恒定狀態（VAB=Vin），原邊電流Ip經Q1、Lr、Q4向負載供電，同時給結電容C2、C3充電。變壓器副邊DR1導通，DR2截止，DR1、Lf、Rd構成供電回路。濾波電感Lf的電流在電壓VLf=Vin/n-V0的作用下線性增加。

2. Q1關斷（t1時刻）

t1時刻Q1關斷，由于諧振電感Lr的存在，電流Ip不會突變，仍維持正向（A→B）流動。Ip從Q1中轉移到C1和C2支路中，對C1充電并對C2放電，C1、C2與Lr發生諧振。由于C1、C2的作用，Q1實現零電壓關斷。

3. C1與C2充放電結束（t2時刻）

t2時刻C1與C2充放電結束。此時C2兩端電壓為0，電流經D2續流，并將開關管Q2漏源極的電壓箝位為0，此時Q2實現零電壓開通。此時VAB為0，原邊電流Ip仍按原方向繼續流動，但不斷減小。

4. Q4關斷（t3時刻）

t3時刻Q4關斷，Ip從Q4中轉移到C3和C4支路中，對C4充電并對C3放電，諧振電感Lr和C3、C4發生諧振。由于C3和C4的作用，Q4實現零電壓關斷。此時AB之間電壓由0變為負（VAB=-VC4），副邊變壓器感應電動勢反向，使得整流二極管DR2導通，DR1和DR2同時導通后將變壓器的副邊線圈短路。

5. C3與C4充放電結束（t4時刻）

t4時刻C3與C4充放電結束。此時C4兩端電壓為0，電流經D3續流，并將開關管Q3漏源極的電壓箝位為0，此時Q3實現零電壓開通。此時，VAB保持為負值，但大小由-VC4逐漸過渡到-Vin，因為Q3和D3共同導電，原邊電流Ip開始反向增加。

6. Q2關斷（t5時刻）

在t5時刻，Q2關斷。由于諧振電感Lr和開關管寄生電容的存在，Ip不會立即改變方向，而是繼續通過D3和Q3流通，并對C2進行充電，同時對C1進行放電。這個過程中，C1和C2與Lr再次發生諧振，使得Q2在零電壓下關斷。此時，VAB仍為負值，但絕對值逐漸減小。

7. C1與C2充放電結束（t6時刻）

當C1和C2的充放電過程在t6時刻結束時，C1兩端的電壓達到Vin，C2兩端的電壓降為0。此時，Q1的體二極管D1開始導通，將Q1的漏源極電壓箝位為0，為Q1的下一次零電壓開通做好準備。此時，原邊電流Ip已經反向，并且繼續通過D3和Q3流通。

8. Q3關斷（t7時刻）

在t7時刻，Q3關斷。同樣地，由于諧振電感Lr和寄生電容的作用，Ip不會突變，而是繼續通過D1、Lr和D3流通，并對C3進行充電，同時對C4進行放電。這個過程中，C3和C4與Lr發生諧振，使得Q3在零電壓下關斷。此時，VAB開始從負值逐漸增加到0，并最終變為正值。

9. C3與C4充放電結束（t8時刻）

當C3和C4的充放電過程在t8時刻結束時，C4兩端的電壓達到Vin，C3兩端的電壓降為0。此時，Q4的體二極管D4開始導通，將Q4的漏源極電壓箝位為0，為Q4的下一次零電壓開通做好準備。至此，一個完整的半周期結束，電路進入下一個半周期的工作模態，但工作過程與上述相反。

四、關鍵問題分析

1. 軟開關實現條件

移相全橋拓撲實現軟開關的關鍵在于諧振電感Lr、開關管寄生電容以及移相角的合理設計。只有當諧振電感Lr的感值與開關管寄生電容的容值相匹配，且移相角設置得當，才能確保開關管在零電壓或零電流條件下開通或關斷。

2. 變壓器磁飽和問題

由于移相全橋拓撲中變壓器原邊電流存在直流分量，長時間運行可能導致變壓器磁芯飽和。為了防止磁飽和，通常在諧振電感Lr后串聯隔直電容，以濾除電流中的直流分量。

3. 環流問題

在移相全橋拓撲中，當兩個對角開關管同時關斷時，會產生較大的環流。環流不僅增加了開關損耗，還可能對電路的穩定性造成影響。因此，在設計時需要合理控制移相角，以減小環流的大小。

4. 負載適應性

移相全橋拓撲的負載適應性較強，但在輕載或空載情況下，由于諧振電感Lr中的能量無法完全傳遞到負載，可能導致電路效率下降。此時，需要采取適當的控制策略來優化電路性能。移相全橋拓撲作為一種高效、可靠的DC-DC變換器拓撲結構，在電力電子領域具有廣泛的應用前景。