全橋結構在電路設計當中有著相當廣泛的作用。本文介紹了一種基于全橋DC-DC的隔離電源設計。文中提及的半橋IGBT板為兩組隔離的正負電壓輸出，這樣做是為了能夠成為IGBT的驅動及保護。并且在實踐設計時，需要根據(jù)選擇的IGBT開關管參數(shù)和工作頻率，來確定驅動板電源功率。而后對原邊共用全橋控制的DC-DC電源設計進行了介紹，給出了變壓器的選擇方法。

IGBT半橋集成驅動板電源特點

半橋IGBT的有效驅動和可靠保護都由半橋IGBT集成驅動板來實現(xiàn)。半橋IGBT 集成驅動板自身必須具備兩路DC-DC隔離電源，該電源要求占用PCB面積小、體積緊湊、可靠性高，并且兩組電源副邊完全隔離。在大功率半橋IGBT集成驅動單元的項目中，針對驅動單元需要高效、可靠的隔離電源，設計了一種電源變壓器原邊控制拓撲，即兩組隔離電源變壓器原邊共用一組全橋控制的思路，提高了電源功率密度和效率，節(jié)省了功率開關數(shù)量。全橋開關管巧妙搭配，無需隔離驅動，減少了占用集成驅動板上的PCB面積。

半橋IGBT集成驅動板在兩路驅動上表現(xiàn)出負載特性一致的原因是，因為上下半橋當中兩個單元IGBT的性能參數(shù)一致，并且采用同體封裝。因此在IGBT半橋集成驅動板的電源設計中，兩組隔離的DC-DC電源原邊完全可以共用一組控制電路。IGBT半橋集成驅動板一般鑲嵌在IGBT功率模塊上，它對驅動板的要求有兩個：第一是半橋集成驅動板對PCB面積、體積要求很高，要求盡可能減小PCB面積和體積;第二因為驅動IGBT需要的功率較大，對板上電源的功率密度、效率要求也較高。

原邊共用全橋控制的DC-DC電源設計

本設計采用了兩個變壓器原邊共用，也就是全橋電路控制DC-DC電源變壓器。正常模式下兩個全橋變換拓撲需要兩組全橋開關，同時全橋開關的脈沖驅動電路也為兩組共8路PWM脈沖。采用共用全橋拓撲節(jié)省了控制電路和全橋開關，簡化了DC-DC隔離電源電路。由于該電源是給半橋IGBT驅動電路供電，負載穩(wěn)定且可計算，因此全橋DC-DC電源采用開環(huán)控制，滿足最大功率需求即可。電路原理如圖1所示，該電源由4部分組成：4路PWM脈沖產生電路、全橋驅動開關、電源變壓器及其副邊整流濾波電路。DC-DC電源輸入為單+15 V電源，輸出為兩組隔離的+15 V和-10 V雙電源，采用負電源是為可靠地關斷IGBT。

圖1 原邊共用全橋電路的DC-DC原理圖

共用全橋開關的兩組DC-DC隔離電源工作原理為：對角的開關管同時開通，另外一組對角已經(jīng)關斷，此時兩組磁芯原邊同時正反相激磁，副邊耦合，再進行全波整流濾波后得到穩(wěn)定的電源。設計全橋開關工作頻率為360 kHz，同時采用全波整流，因此副邊不需要很大的濾波、儲能元件，有利于實現(xiàn)DC-DC電源小型化。

全橋DC-DC電源參數(shù)為：輸入+15 V、輸出+15 V、-10 V、輸出功率6 W、工作頻率360 kHz。要求額定負載下動態(tài)特性、滿足：+15 V波動<+1 V、-10 V波動<-2V、工作頻率滿足5%的偏差容限。其中工作頻率由施密特觸發(fā)器CD40106參數(shù)及RC數(shù)值決定。具體參數(shù)為：R=2.2kΩ、C=748 pF、VDD=15 V、VT+=8.8 V、VT-=5.8 V。根據(jù)式(1)計算出振蕩頻率為748.792 kHz，因為設計中多諧振蕩器輸出對2路RC充放電，充電電容容量增大一倍，因此振蕩頻率為上述計算頻率的1/2，即374.396kHz。

原邊共用全橋控制的4路PWM信號產生

傳統(tǒng)的全橋DC-DC拓撲由4只相同的開關管組成，需要2路互反的PWM控制信號，每路PWM信號驅動對角的2只開關管，2路PWM信號要求有死區(qū)，避免全橋直通。全橋拓撲的上橋臂驅動必須隔離，否則無法完成正確驅動，隔離電路一般采用光耦或磁性器件實現(xiàn)，電路復雜、體積大。設計采用2個電源變壓器原邊繞組共用一個全橋開關，由于系統(tǒng)為+15 V單電源輸入，因此全橋開關采用2片內含PMOS和NMOS的S14532ADY實現(xiàn)，此時PWM驅動脈沖無需隔離，即不用將全橋的上下臂驅動脈沖進行隔離，使用振蕩電路的邏輯門進行驅動，簡化了控制電路，同時該全橋開關為小體積的SO-8封裝，實現(xiàn)了最小PCB設計。據(jù)此原理設計全橋開關需要4路PWM 脈沖驅動，分為2組，每組內互反，驅動對角的PMOS和NMOS開關，2組之間帶有死區(qū)，具體的4路。G11、G2、 G22、G1為4路PWM驅動，T1、T11為兩個DC-DC電源變壓器，此處只畫出了原邊繞組，C為隔直電容，能夠有效地防止變壓器磁芯飽和?？梢钥吹?，對角的開關同時導通，兩組對角交替開關，兩個變壓器磁芯工作在I、Ⅲ工作象限，雙向勵磁，有利于實現(xiàn)高功率密度。

一般PWM驅動產生方法用MCU、DSP或專用IC產生，難以實現(xiàn)低成本和緊湊設計。文中對通用多諧振蕩器電路進行改進，分別增加兩個二極管、電阻及電容，即可輸出滿足上述要求的4路PWM驅動信號，簡化了電源設計，提高了可靠性。