在現代中高功率DC-DC變換場景中，移相全橋（Phase Shift Full Bridge, PSFB）因其優秀的軟開關特性和良好的能效表現，被廣泛應用于服務器電源、通信設備、工業控制、軍工系統等領域。

一、移相全橋變換器的基本構成

移相全橋拓撲結構主要由以下幾個部分組成：四個功率開關管（通常為MOSFET或IGBT）、輸入濾波電容、變壓器、諧振電感、以及副邊整流與濾波電路。其中，原邊四個開關器件構成一個橋式結構，對角的兩個器件交替導通，用以實現移相控制。副邊電路則采用全橋整流或全波整流方式，根據輸出功率等級與效率需求選擇。

這種結構的最大優勢之一在于它支持**零電壓開通（ZVS）**，即在MOSFET電壓降為零的時刻開啟，顯著降低開關損耗與EMI干擾。

二、運行過程概述：一個周期中的關鍵階段

為了方便理解，我們以一個完整的周期（包含正半周期與負半周期）為例，將工作過程劃分為以下幾個關鍵階段：

1. 功率輸出階段

Q1與Q4導通，輸入電壓通過Lr和變壓器施加到副邊，實現能量傳遞，此時副邊整流器件導通，對輸出電容充電并向負載供電。

2. 主橋臂關斷后的諧振階段

Q1關斷后，因電感Lr儲能，原邊電流繼續流動，電容C1、C2開始充放電并產生諧振波形，從而實現Q2的ZVS開啟。此過程能量回饋的部分可被再次利用，提升系統整體效率。

3. 滯后橋臂導通階段

Q2和Q3導通后，原邊電壓反向，副邊整流器件也完成換流，開始新的半周期傳能過程。該階段與前半周期基本對稱。

整個控制過程依靠對移相角的調節來調控輸出電壓大小，而不是頻率，這一點與傳統PWM控制截然不同。

三、關鍵參數詳解

1. 移相角（Φ）

這是控制對角開關導通時間差的核心變量，通過調整Φ的大小，可以有效控制原邊電壓的平均值，進而調節輸出功率。理論上，移相角從0°至180°變化時，輸出占空比從最大逐步下降。

2. 諧振電感Lr

Lr不僅決定著軟開關能力，也影響副邊電壓換向速度。較大的Lr有助于維持原邊電流恒定，有利于實現ZVS，但也可能導致副邊占空比丟失的問題，降低輸出效率。因此選型時需在效率與軟開關性能之間平衡。

3. 死區時間（Dead Time）

設定合理的死區時間是保證橋臂MOSFET不會直通的前提，過短將導致器件損壞，過長則可能使ZVS條件被破壞，增加開關損耗。

4. 副邊整流器件

副邊整流器件的選型對整體系統EMI水平和輸出穩定性影響極大。建議選擇超快恢復或肖特基二極管，并在其兩端添加RC吸收網絡，避免反向恢復過程引發電壓尖峰。

5. 隔直電容

為了避免磁芯偏磁與變壓器飽和，原邊通常串接一顆隔直電容，確保變壓器兩端電壓平均值為零。該電容的容量應適度大，以免引起低頻耦合波動。

四、真實應用中的注意事項

在實際使用中，工程師常常遇到以下問題：

- 輕載下滯后橋臂難以實現ZVS，可能需要引入輕載輔助ZVS機制；

- 變壓器漏感與整流二極管結電容形成寄生LC回路，容易產生高頻振蕩，建議通過RCD吸收器或磁珠進行抑制；

- 在高溫工況下，器件參數變化顯著，需考慮溫度漂移對ZVS邊界的影響。

例如，某電源工程項目中，因設計時未考慮死區時間對滯后橋臂ZVS的限制，導致滿載時效率達95%，而輕載時驟降至75%。通過增加滯后橋臂死區并微調Lr參數，最終實現了全負載范圍內90%以上的效率穩定輸出。

總結

移相全橋變換器作為一種成熟的高效DC-DC變換結構，在具備較強負載適應性的同時，也對器件參數選型與控制策略提出了更高要求。通過對其運行機制的精準掌握與關鍵參數的合理設定，工程師可設計出效率優、可靠性高的電源產品。

未來，隨著SiC、GaN等新型半導體技術的發展，移相全橋技術也將向著更高頻率、更小尺寸和更低損耗的方向持續優化，繼續在工業和新能源領域發揮關鍵作用。