1-8-3-3．全橋式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感、電容參數的計算

全橋式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感、電容參數的計算主要是針對如圖1-49 輸出電壓可調的全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的儲能濾波電感、電容參數選擇進(jìn)行計算。實(shí)際上，圖1-49 輸出電壓可調的全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的儲能濾波電感、電容參數選擇方法，與圖1-33 輸出電壓可調的推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源的儲能濾波電感、電容參數選擇方法是基本相同的，因此，這里只列出計算儲能濾波電感、電容參數的公式，對于詳細分析請參考《1-8-1-3．推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感、電容參數的計算》章節的內容。
A）全橋式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感參數的計算

根據前面分析，以及由圖1-35 可以看出，輸出電壓可調的推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源的兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)K1、K2 的占空比必須小于0.5，開(kāi)關(guān)電源電源才能正常工作；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。此分析結果對于全橋式開(kāi)關(guān)電源同樣有效。

當兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)K1、K2 的占空比取值均為0.25 時(shí)，輸出電壓可調的推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的儲能濾波電感L 以及輸出電壓Uo 的計算由（1-144）和（1-145）式?jīng)Q定，即：
（1-144）和（1-145）式既是計算輸出電壓可調的推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感和濾波輸出電壓的表達式（D 為0.25 時(shí)），也是計算輸出電壓可調的全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感和濾波輸出電壓的表達式（D 為0.25 時(shí)）。式中：Ui 為全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸入電壓，Uo為全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓，T 為控制開(kāi)關(guān)的工作周期，F 為控制開(kāi)關(guān)的工作頻率，n 為開(kāi)關(guān)電源次級線(xiàn)圈N2 繞組與初級線(xiàn)圈N1 繞組的匝數比。

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上面（1-144）和（1-145）式的計算結果，只給出了計算輸出電壓可調的全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感L 的中間值，或平均值，對于極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個(gè)大于1 的系數。

B）全橋式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電容參數的計算

根據前面分析，以及由圖1-35 可以看出，當兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)K1、K2 的占空比取值均為0.25 時(shí)，輸出電壓可調的推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的儲能濾波電容C 參數的計算由（1-149）式?jīng)Q定，即：


（1-149）式中：Io 是流過(guò)負載的電流，T 為控制開(kāi)關(guān)K1 和K2 的工作周期，ΔUP-P 為輸出電壓的波紋電壓。波紋電壓ΔUP-P 一般都取峰-峰值，所以波紋電壓正好等于電容器充電或放電時(shí)的電壓增量，即：ΔUP-P = 2ΔUc

（1-149）式，雖然是計算輸出電壓可調的推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電容的公式（D = 0.25時(shí)），但對于輸出電壓可調的全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的儲能濾波電容的計算同樣有效。

同理，（1-149）式的計算結果，只給出了計算全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電容C 的中間值或平均值，即控制開(kāi)關(guān)工作于占空比D 為0.25 時(shí)的情況，對于極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個(gè)大于1 的系數。

1-8-3-4．全橋式開(kāi)關(guān)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)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)變壓器初級線(xiàn)圈N1 繞組匝數的計算。

A）全式開(kāi)關(guān)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)變壓器的計算方法與前面推挽式開(kāi)關(guān)變壓器的計算方法基本相同，根據推挽式開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)圈匝數計算公式（1-150）和（1-151）式：


上面（1-150）和（1-151）式，雖然是用來(lái)計算推挽式變壓器開(kāi)關(guān)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)變壓器初級線(xiàn)圈匝數的計算同樣有效。

（1-150）和（1-151）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）；
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F 為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開(kāi)關(guān)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）。

B）交流輸出全橋式開(kāi)關(guān)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。請參考圖1-47。

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)變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比。

根據前面分析，全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓uo，主要由開(kāi)關(guān)變壓器次級線(xiàn)圈輸出的正激電壓來(lái)決定。因此，根據（1-182）、（1-183）式就可以出全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓的半波平均值。由此求得全橋式逆變開(kāi)關(guān)變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比：


（1-188）式就是計算全橋式逆變開(kāi)關(guān)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N1 繞組的匝數，N2 為變壓器次級線(xiàn)圈的匝數，Uo 輸出電壓的有效值，或平均值，Ui 為直流輸入電壓，Upa 輸出電壓的半波平均值。

（1-188）式還沒(méi)有考慮變壓器的工作效率，當把變壓器的工作效率也考慮進(jìn)去時(shí)，最好在（1-188）式的右邊乘以一個(gè)略大于1 的系數。

C）直流輸出電壓非調整式全橋開(kāi)關(guān)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)變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比可直接利用（1-188）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。
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D）直流輸出電壓可調整式全橋開(kāi)關(guān)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。

根據（1-140）和（1-145）式可求得：


（1-189）（1-190）式就是計算直流輸出電壓可調整式全橋開(kāi)關(guān)變壓器初、次級線(xiàn)圈匝數比公式。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。

1-8-3-5．全橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)

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)管輪流交替工作，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。
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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。

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，其輸出功率要比半橋式變壓器開(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。

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。

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)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)變壓器的線(xiàn)圈繞制沒(méi)有優(yōu)勢，因為，大功率開(kāi)關(guān)變壓器的線(xiàn)圈需要用多股線(xiàn)來(lái)繞。

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。

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)渡的過(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)渡的過(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。

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