隔离拓扑补遗：正激/推挽/半桥/全桥移相 —— 补齐“四大经典隔离拓扑”的总览
本篇与 04_65W适配器五拓扑同规格对比 同级，是体系文档。库内已深读反激家族（反激、QR、ZVSF、AHB、ACF）与 LLC，但“四大经典隔离拓扑”——正激（Forward）、推挽（Push-Pull）、半桥（Half-Bridge）、全桥移相（PSFB, Phase-Shifted Full-Bridge）——此前只散落在 UC3842 文档（SLUA143 选型表、50% 占空比档、500 W 推挽实例）里。本篇补齐这块总览：每拓扑按“动机 → 工作原理（相位逐段 + 电压/电流波形文字图）→ 公式代入数值例 → 磁复位/偏磁 → 代价 → 库内 IC”六拍展开。 数据规范：拓扑机理属教科书通识（文中标注）；库内既有数字标出处（如“SLUA143 实例 2”“ACF 横评”）；本篇代入 48V→12V/20A 与 400V→48V/20A 两条教学主线，全部标“本库教学复算”，换规格即失效；未入库 IC（UCC28950 类）只列型号、不作参数断言，标“待入编”；严禁编造厂商数据。 符号约定（全篇统一）：$n=N_s/N_p$（次级/初级匝比）；表列“匝比 Np:Ns”给出绕组比原始写法，换算时注意 $N_s/N_p$ 为 Np:Ns 的倒数。推挽按半绕组比定义 n。严禁混用另一种“n=Np/Ns”教科书写法——公式代入前先看单位。
本篇总结
- 一条分界线贯穿全篇：反激家族的“变压器”是耦合电感（Coupled Inductor，先存后取），四大经典拓扑是真变压器（边传边储）——基础概念篇 §2.3 的定性在这里长出全部后果：磁芯按传输功率而非储能设计、副边是斩波方波必须带 LC 滤波、磁化电流的“回家路”要专门安排（磁复位，Magnetic Reset）。
- 复位是单管正激的第一课，双管正激是高压母线的标准答案：第三绕组/RCD/有源钳位/双管四种复位方案的本质是同一个伏秒方程 $V_{in}\cdot t_{ON}=V_{reset}\cdot t_{RESET}$ 的四种偿付方式——回母线（免费）、烧成废热（最便宜）、回收+ZVS（最贵）、双管兜回母线（应力减半）。
- 推挽与半桥是“对称驱动”的两兄弟：对称双向励磁让磁芯 ΔB 全摆、没有复位问题，却买进新麻烦——偏磁（伏秒不平衡→阶梯饱和）。推挽靠电流模式逐拍修剪自愈（无隔直电容可用）；半桥/全桥靠隔直电容自动吸收伏秒差。
- 全桥移相（PSFB）是 kW 级服务器电源约 20 年的主流（业界通识）：用移相而不是附加谐振腔就拿到全桥 ZVS——代价是占空比丢失与副边换流应力；2010 年代起被“图腾柱 PFC + LLC”逐步取代（LLC 上限 94~96%，LLC 横评 业界口径），过渡期核算见 §6.5。
- buck 派生拓扑没有反激的带宽固有限制：正激/推挽/半桥/全桥的输出侧是 Lo+Co 的 buck 滤波器，环路无右半平面（RHP, Right-Half-Plane）零点，带宽可做到 $f_{SW}/6\sim f_{SW}/10$（教科书通识）——对照 65W 对比篇 里 CCM 反激 1.8 kHz 的固有限制，这是“换拓扑”的又一条理由。
分界数字表（本库教学复算口径，推导见各节）：
| 分界数字 | 含义 | 出处 |
|---|---|---|
| D = 0.5 | 第三绕组（1:1）复位/双管正激/推挽每管的占空比上限——复位伏秒 = 传能伏秒的铁律 | 本篇 §2.3/§3/§4（教科书通识） |
| 2×Vin vs Vin | 单管正激（1:1 复位）与推挽的管子应力 vs 双管正激/半桥/全桥的管子应力——拓扑选择的第一个算式 | 本篇 §2.3~§5.3 |
| ≈10 W（4.2%） | 48V→12V/20A 正激副边两只二极管损耗——12 V 输出必须上同步整流（SR）的核算 | 本篇 §2.3 本库教学复算 |
| ΔD ≈ 0.21 | PSFB 教学例（Lr=40 µH、100 kHz、400→48 V/20 A）的占空比丢失——ZVS 范围与有效占空比的跷跷板 | 本篇 §6.3 本库教学复算 |
| ≈21% 负载 | 同例滞后臂（Lagging Leg）ZVS 下限：$I_{min}=V_{in}\sqrt{C_{eq}/L_r}$ 折算的输出电流 | 本篇 §6.3 本库教学复算 |
1. 总览与总纲：真变压器家族 vs 库内已有家族
动机：反激把“隔离”做到了最便宜——一颗管子、一个“变压器”（实为耦合电感）、输出只配一只电容。但 基础概念篇 §2.3 已定性：先存后取的节拍让磁芯按最大储能设计、电流三角形 RMS 大、漏感损耗不可避免。02_反激变压器设计 给出耦合电感与真变压器的三条分野（储能职责、ΔB 口径、直流偏磁）。功率越大、输出电压越低，这套代价越难以承担——于是需要真变压器家族。
| 维度 | 反激家族（库内 01/02/03/07/08） | LLC（库内 04） | 四大经典（本篇） |
|---|---|---|---|
| 变压器身份 | 耦合电感，先存后取 | 真变压器 + 谐振腔 | 真变压器，边传边储 |
| 磁芯设计口径 | 按最大储能（体积大、有直流偏磁） | 按传输功率（谐振腔管波形） | 按传输功率（需管磁复位/偏磁） |
| 输出侧 | 只需 Co（电流脉冲直接入 Co） | 谐振正弦 + Co | 必须 Lo+Co（方波斩波） |
| 磁化能量去向 | 放能即复位（天然） | 双向励磁天然平衡 | 专门安排（本篇主角） |
| 功率段（本库口径） | <150 W | 90~500 W+ | 100 W~kW+ |
基础概念篇 §2.4 的谱系表已给正激归类：“100~500 W、1 开关+复位、真变压器需磁复位”。本篇把这句话展开成四个拓扑、两条教学主线：
- 48 V 线（电信/中间母线，40~56 V）：单端正激、推挽——低输入电压下“2×Vin 应力”买得起，全波整流在低压大电流输出上省二极管压降（SLUA143 实例 2 的 −48 V 通信母线就是这条线）。
- 400 V 线（PFC 母线，360~400 V）：双管正激、半桥、全桥移相——基础概念篇 §7 的 400 V 母线是它们的主要应用场合，推挽在这条线上出局（2×400=800 V 管经济性差）。
为什么输出必须带 LC 滤波（正激家族共同点，教科书通识）：反激副边输出的是电流脉冲，Co 兼任“缝合器”；正激家族副边输出的是斩波方波电压——方波直接接电容等于短路充电，必须先经 Lo 把电压方波转成电流斜坡。Lo 的伏秒平衡与 Buck 电感完全同构：$(nV_{in}-V_o)\cdot t_{ON}=V_o\cdot t_{OFF}$。这就是“正激 = 隔离 Buck”的含义，也是“无 RHP 零点”的来历。
2. 单端正激 Forward：复位是第一课
2.1 动机
想要隔离，又不想为反激的储能磁芯承担体积与 RMS 代价——把 Buck 的开关与电感之间插进一只真变压器，就是单端正激（Single-Switch Forward）。变压器只承担“边传边储”的传，能量不存在磁芯里；代价是初级断开后磁化电流无处可去——磁复位问题随之出现。类比：反激的磁化能量在关断前必然放完（天然如此），正激的磁化能量在关断后仍滞留于磁芯，必须为它提供一条泄放路径。
2.2 工作原理（两相位 + 休止）
① 导通传能（tON，占比 D） ② 复位（tRESET）→ ③ 休止
Vin+ ─Q 通─ 初级绕组 ─Vin− Q 断，磁化电流 Im 无路可走
Im 从 0 线性升到 Im_pk 初级电压反摆，复位绕组把 Im 送回母线
副边 n·Vin 加在 Lo 上，iL 三角升 副边反极性：整流管 D1 截止、续流管 D2 接管
磁芯 B 从 −Br 向上摆（边传边微升） B 拉回起点；Im 归零 = 复位完成，之后振铃休止
vDS: ┌──┐┌──┐ 平台 = Vin + V_reset iD1: ▲＼ ▲＼ 导通期随 Lo 三角
│ ││ │ （1:1 复位绕组 → 2Vin） iD2: ▔▔▕▁▁▔▔ 其余时间续流 ≈ Io
──┘ └┘ └──┬── t iL: ／￣＼＿／￣＼＿ 连续三角（CCM 常态）
←tON→←tR→←休止→ iIm: △ ▽ △ 小三角，归零即复位完成
相位逐段读法（教科书通识）：导通拍，Q 通，全输入电压加在初级绕组上，副边感应出 $nV_{in}$（正极性）——整流管 D1 导通、续流管 D2 截止，$(nV_{in}-V_o)$ 加在 Lo 上使 iL 线性上升；与此同时磁化电流 Im 从零爬升，磁芯 B 向上摆。复位拍，Q 断，磁化电流没有直流通路，若没有复位绕组，初级电压会无限反摆直到击穿——第三绕组把 Im 引回输入母线，复位绕组电压 $V_{reset}=(N_p/N_r)V_{in}$，磁芯 B 被拉回起点；复位完成即休止：Im 已归零，初级电感与 Coss 振铃。副边在复位拍反极性，整流管截止，Lo 电流经续流管 D2 继续——Lo 电流连续靠续流管维持，这是“正激=隔离 Buck”的副边证据。
2.3 公式与 48V→12V/20A 教学例（本库教学复算）
复位伏秒方程（一切复位方案的母公式）：
$$V_{in}\cdot t_{ON}=V_{reset}\cdot t_{RESET}\quad\Rightarrow\quad D_{max}=\frac{N_r}{N_p+N_r},\qquad V_{DS}=V_{in}\Big(1+\frac{N_p}{N_r}\Big)=\frac{V_{in}}{D_{max}}$$
$N_r$ 为复位绕组匝数；1:1 时 $D_{max}=0.5$、$V_{DS}=2V_{in}$——想多要占空比就要多挨电压，跷跷板与反激的匝比核算同构（对照 65W 对比篇 §3.1 的应力跷跷板）。
其余公式（教科书通识，统一 $n=N_s/N_p$）：$V_o=nV_{in}D$；$\Delta I_L=(nV_{in}-V_o)D\,T/L_o$；整流管关断应力 $nV_{in}$、续流管导通期应力 $nV_{in}-V_o$；初级平顶电流 $I_{pri}=I_o\cdot n$。
教学例：48 V（按 SLUA143 实例 2 输入口径取 40~56 V）→ 12 V/20 A（240 W），fsw=100 kHz，取 n=Ns/Np=0.6（Np:Ns=5:3，ΔB≈0.2 T 口径）：
| 量 | 公式代入 | 结果 | 工程含义 |
|---|---|---|---|
| 占空比 | D=Vo/(n·Vin)：40 V→0.50 / 48 V→0.417 / 56 V→0.357 | 低线卡在 0.5 上限 | n=0.6 恰好贴近限值是教学演示；量产应抬匝比留余量 |
| 主管应力 | 2×Vin = 2×56（1:1 复位）+ 复位绕组漏感尖峰 | 平台 112 V | 150~200 V MOSFET 从容（尖峰预算为本库教学口径） |
| 输出电感 | Lo=(28.8−12)×0.417/(0.2×20×100k)=17.5 µH（目标 ΔI≈20%） | 取 15 µH → ΔI≈4.7 A | ≈23% 纹波，Lo 电流连续（CCM 常态） |
| 初级电流 | 平顶 Io·n=12 A；峰值 ≈12+1.4+Im≈13.7 A；RMS≈7.8 A | 核对输入：48×12×0.417=240 W ✓ | 核算闭合（忽略损耗的教学口径） |
| 磁化电流 | Lm≈0.6 mH → Im_pk=48×4.17µs/0.6m≈0.33 A | 磁化能量 ½LmIm²≈33 µJ/拍≈3.3 W | 经复位绕组回母线——回流不烧，这是与 RCD 复位的本质差别 |
| 副边二极管 | 整流管 56×0.6=33.6 V；续流管 21.6 V（各加振铃） | 45/60 V 肖特基档 | 损耗 0.5 V×20 A×(0.417+0.583)≈10 W = 4.2% → 必须 SR（判据哲学同 05 横评，定性） |
2.4 磁复位四方案对比（本篇核心表）
| 方案 | 器件代价 | 占空比上限 | 主管应力 | 磁化能量去向 | 适用与备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 第三绕组复位 | 多一个绕组+一只二极管 | $N_r/(N_p+N_r)$，1:1 → 0.5 | $(1+N_p/N_r)V_{in}$ | 送回输入（不烧） | 最经典；匝比可调但应力随 D 跷跷板（教科书通识） |
| RCD 复位 | 一组 R、C、D | 可 >0.5（钳位电压由 R 定） | 平台不定、随 R 漂 | 烧成废热（同反激 RCD 钳位） | 低成本辅助电源；损耗与应力都不可控（教科书通识） |
| 有源钳位复位 | 钳位开关+钳位电容+驱动 | 可 >0.5（常用 0.6~0.7） | $V_{in}/(1-D)$ 自伺服 | 回收+制造主管 ZVS | “磁复位+ZVS 双收益”（ACF 横评原话：36/48/72 V 输入 → 98/91/105 V，本库推导引用） |
| 双管正激 | 多一只主管+两只钳位二极管 | 0.5 | $V_{in}$ | 漏感+磁化全回母线 | 高压母线的标准答案，独立成节见 §3 |
教学例的有源钳位换算：若把 D 提到 0.55，钳位平台 $48/(1-0.55)\approx107$ V——150 V 管仍从容，换来更宽的调节范围与 ZVS（本库教学复算）。
取舍口诀（本库归纳）：什么都不想加→第三绕组（受 0.5 上限）；想省绕组→RCD（烧能量）；要多占空比+ZVS→有源钳位（多一只管）；要上高压母线→双管（多一只管+两只钳位二极管，D 仍 0.5）——四方案没有免费的。
2.5 与反激的本质区别（对照表）
| 维度 | 反激（耦合电感） | 正激（真变压器） |
|---|---|---|
| 能量节拍 | 先存后取（两拍） | 边传边储（一拍传能+复位拍） |
| 磁芯按什么设计 | 最大储能（½LmIp²） | 传输功率 + 磁化摆幅 |
| 输出滤波 | 只 Co | Lo+Co（方波斩波） |
| 磁复位 | 放能即复位，天然 | 必须专门安排（§2.4） |
| 环路 | CCM 有 RHP 零点固有限制 | buck 派生，无 RHP 零点 |
| 匝比-应力关系 | V_OR 跷跷板（基础概念 §2.6） | 复位电压跷跷板（§2.3） |
2.6 代价与库内 IC
代价：多一个复位环节（器件/损耗/占空比上限三选一）；单管正激只单向励磁，ΔB 只用一半摆幅（磁芯利用率低于推挽/半桥/全桥——教科书通识）；副边二极管应力含振铃，12 V 输出必须配 SR。
库内 IC：SLUA143 选型表（UC3842/05 精译 图 4 表）明确列出“正激（FORWARD）：高输入电源 → UC3844/2，低输入电源 → UC3845/3”——42 档（≈100% 占空比）做正激必须自行保证 D<0.5，44/45 档（50% 钳位）是硬件层面的保障（UC3842 README：“占空比钳 50%——正激/半桥磁复位专用”）；有源钳位正激用库内深读的 UCC2897A（ACF 横评定位：“48 V 电信砖/服务器、输入范围定（36~72 V）的中间母线 DC-DC”）。
3. 双管正激：高压母线的标准答案
3.1 动机
把单管正激搬到 400 V 母线，复位代价当场爆炸：1:1 复位 → $V_{DS}=800$ V + 尖峰 → 900/1000 V 管又贵又差（Rds(on) 与 Coss 双高）；RCD 复位把磁化能量烧成数百瓦级废热；有源钳位要一只 800 V 钳位管。**双管正激（Two-Switch Forward）**用“多一只管”换回全部三项代价。
3.2 工作原理（两管同开同关 + 复位回路）
传能（Q1、Q2 同开）：Vin → Q1 → 初级 → Q2 → 回母线（串在功率路径上，无直通对）
复位（两管同断）： Im 经 D1（上钳位管）→ 母线 → D2（下钳位管）回初级
复位电压 = −Vin → 复位时间 = 传能时间 → D ≤ 0.5
漏感电流走同一条路 → 漏感能量也回母线（免吸收电路）
三条结构红利（教科书通识）：① 两管各看 Vin，钳位二极管把一切尖峰兜回母线——400 V 母线配 500 V 管，降额余量充裕；② 无第三绕组（磁芯绕制简单，无复位绕组漏感尖峰问题）；③ 两管同开同关，不存在跨母线的互补对——无直通风险，死区都非必需（对比半桥 §5）；驱动时序相同，一只驱动变压器两个次级（或一高一低驱动器）即可。
3.3 400V→48V/20A 教学例（本库教学复算，960 W）
| 量 | 公式代入 | 结果 | 工程含义 |
|---|---|---|---|
| 匝比 | n=Ns/Np=Vo/(Vin·D)=48/180 | 0.267（Np:Ns=15:4） | D(360 V 低线)=0.50——又一次贴近 0.5 上限 |
| 主管应力 | = Vin（两管对称） | 400 V + 小尖峰 | 500 V MOSFET ×2；两只 500~600 V 快恢复钳位管 |
| 副边应力 | n·Vin = 0.267×400 = 106.7 V + 振铃 | 150~200 V SR 档 | 与半桥/全桥同一档（§7 总表验证） |
| 初级电流 | 平顶 Io·n=5.33 A；RMS≈5.33×√0.45≈3.6 A | 峰值 ≈6 A 量级（含纹波折算+磁化 Im≈0.18 A） | 磁化循环 ≈16 W 回母线不烧（教学口径） |
| 占空比 | D=0.45 传能 + 0.45 复位 + 0.10 休止 | 复位裕量 10% | 休止段是漏感振铃与驱动的缓冲窗 |
3.4 代价与库内 IC
代价：两管两驱动（其中上管是悬浮高端）；D≤0.5 使低线匝比受上限约束；单向励磁、ΔB 半摆同单管正激。定位：400 V 母线 300 W~1 kW 定压输出的经典解；现代设计中该档位逐步被 PSFB 与 LLC 取代（定性，见 §6.5）。库内 IC：UC3844/45（50% 档恰好匹配）+ 驱动变压器/双路驱动；控制口径沿用 UC3842 03 篇 的电流模式设计链（限流电阻、斜坡补偿按同一套公式，RHP 零点约束换成了 buck 派生的宽裕量）。
4. 推挽 Push-Pull：低输入电压、大电流输出的老将
4.1 动机：为什么是“中小电压大电流”
推挽用两只共地管轮流把初级两半绕组接到地，磁芯双向励磁。它的四个“低输入电压专属”红利（教科书通识）：
- 管子应力 2×Vin 买得起：48 V 输入 → 112 V 平台，150 V 管从容；400 V 母线 → 800 V 平台，直接出局——这是推挽“守在 24/48 V 通信与车载低压线”的根本原因。
- 初级结构最简：两管共地（无悬浮高端驱动）、单一初级绕组（无分压电容/隔直电容）、无直通对。
- 副边全波整流省一只二极管压降：中心抽头（Center Tap）两只二极管 vs 桥式四只——桥式每半周电流要穿两只串联二极管（2×Vf），中心抽头全程只穿一只（Vf）。SLUA143 实例 2 的 5 V/100 A 场景里，省下的 0.5 V×100 A=50 W ≈ 输出的 10%（本库教学复算）——这是“输出越低、全波整流越值”的原因。
- 磁芯 ΔB 全摆：双向励磁，同磁芯比正激多用一倍摆幅（对照 02_反激变压器设计 的 ΔB 口径）。
4.2 工作原理（四相位）
① Q1 通（D 拍）：Vin 加在左半初级 → 副边上臂整流管导通，n·Vin 加在 Lo 上
② 双管断（休止）：副边 Lo 电流经两只整流管续流（共享），初级电压塌到 ≈0
③ Q2 通（D 拍）：Vin 加在右半初级（极性相反）→ 副边下臂导通——磁芯反向对称励磁
④ 双管断（休止）：同 ②
输出：全波整流纹波频率 = 2·fsw；Vo = 2·D·Vin·n（n=Ns/Np_半，D 为每管占空比）
Q1 栅: ████____████____████
Q2 栅: ____████____████____
Q1 vDS: ─┬┬───┬┬─── 对管导通时平台 2Vin，双断休止段 Vin
Q2 vDS: ───┬┬───┬┬───
副边 iD: ▲＼▲＼ 两整流管各导 Io 半拍（全波）
副边 iL: ／￣＼＿／￣＼＿ 连续三角，频率 2·fsw
磁芯 B: ──◄────►── 双向对称励磁 ±ΔB/2，无复位问题
4.3 磁偏磁：伏秒不平衡 → 阶梯饱和（本拓扑的核心风险）
机理（教科书通识）：①③两拍的伏秒只要有差 δ（两管 Rds(on)/时序/两半绕组/两臂二极管压降的任何不对称），磁通每周期净增一“阶”——阶梯饱和（Flux Walking / Staircase Saturation）：
$$\Delta B_{step}=\frac{\delta\cdot V_{in}D T}{N_p A_e},\qquad B(n)=B_0+n\cdot\Delta B_{step}$$
B ▲ ┌─ 阶梯爬升……
│ __────│
│ __─┘ │ 直到 B_sat（0.3~0.39 T @100 ℃，PC95/3C97 级，[[04-开关电源知识库/10_基础理论/04_开关电源/02_反激变压器设计|反激变压器设计]]口径）
│ __─┘ │ 磁化电流猛增 → 限流失效/炸管（毫秒~秒级，不是渐变）
└──┴───────────┴──▶ 周期数
为什么不能像半桥那样串隔直电容：推挽初级是中心抽头结构，两半绕组的电流同向进入中心抽头（净直流非零）——在中心抽头回路上串电容会阻断这条单向直流传能路径；每半绕组各串一只则引入两路电容的均压/谐振新问题。推挽的伏秒失衡没有电容可兜，只能靠控制环自愈（教科书通识）。这正是它与半桥/全桥在偏磁对策上的分水岭。
电流模式如何天然抗偏磁（呼应 UC3842 电流模式章）：峰值电流模式把“电压指令”换成“电流指令”——哪半拍伏秒多了，该拍末磁化电流就更高、更早撞上电流指令线、该拍被提前掐断，下一拍起点回到平衡附近。逐拍修剪让阶梯永远爬不起来——这是 SLUA143 §2“输入前馈+逐周期限流”在推挽上的第二个身份（教科书通识+UC3842/02 口径）。
逐拍修剪示意（电流指令线 Iref 固定）：
拍1 伏秒略多 → 电流斜坡爬得更高、更早撞线 → 拍1 提前关断
拍2 起点回落 → 拍3 又略多 → 再修剪…… B 的"阶"永远累不到饱和
硬件保障再加一层：3844/45 的 50% 钳位保证两拍永不重叠（双脉冲抑制同源，UC3842/02 §3.5）。
4.4 官方实例衔接与教学应力
SLUA143 实例 2（库内事实，UC3842/05 精译 §14.2 全表）：UC3842+UC2706（双路驱动）+UC3901（隔离反馈放大器）+光耦的 500 W 推挽 DC-DC——输入 −48 V±8 V、输出 +5 V/25~100 A、振荡器 200 kHz、线路/负载调整率 0.1%/1%、效率 75%@25 A / 80%@50 A、纹波 200 mVpp；次级肖特基 UES1303/USD535 + 6 µH 输出电感。单路输出的 UC3842 做推挽需外部分相（UC3842/02 §3.5 口径：业界经验，手册未展开；或选双路输出的 UC3846/UC3825 类）。
教学应力（48→12 V/20A，本库教学复算）：取 n=Ns/Np(半)=0.3（Np:Ns 半=17:5）→ D=Vo/(2·Vin·n)：40 V→0.50（贴近限值）/48 V→0.417/56 V→0.357。管子应力 2×56=112 V（150~200 V 管）；副边每管关断应力 2×Vin·n=2×56×0.3=33.6 V（45/60 V 档）；每半绕组电流 Io·n=6 A、导通份额 D——铜窗利用率仅约一半是推挽的固有代价（教科书通识）。
4.5 代价与库内 IC
代价：偏磁敏感（无隔直电容可用，全靠电流模式）；2×Vin 应力锁死低压线；中心抽头两半绕组各只工作一半时间，磁芯与铜窗利用率下降；四相位时序比正激复杂。库内 IC：UC3842+UC2706+UC3901 组合（SLUA143 实例 2）；UC3846/UC3825 类双路电流模式（UC3842/02 提及，库内未深读）。
5. 半桥（硬开关）：隔直电容防偏磁
5.1 动机
400 V 母线上推挽出局（2×Vin），全桥又要四管——**半桥（Half-Bridge）**用两只管+两只分压电容把母线对分，初级幅值只有 Vin/2：管子应力 Vin（500/600 V 管从容），开关数与驱动成本居中。
5.2 工作原理（两相位 + 休止）
① Q1 通（D 拍）：初级上端=Vin、下端=Vin/2（分压中点）→ 初级幅值 +Vin/2
副边上臂整流管导通，(Vin/2)·n 加在 Lo 上
② 双管断（休止）：副边两只整流管共享 Lo 续流；初级经结电容换流（磁化电流细节为
教科书模型不展开的部分，工程上由隔直电容+吸收网络兜住）
③ Q2 通（D 拍）：初级幅值 −Vin/2——对称反向励磁
输出：Vo = (Vin/2)·n·D（n=Ns/Np）；纹波频率 2·fsw
Q1 栅: ████____████____ Q2 栅: ____████____████
初级 vAB: +Vin/2（Q1 通）→ ≈0（死区/休止）→ −Vin/2（Q2 通）
副边 iD1/iD2: 两整流管交替导 Io → iL 连续三角，2·fsw
与推挽的对称性：同样双向励磁、ΔB 全摆、无磁复位问题；但初级电压来自“分压中点”，因此每拍幅度只有 Vin/2，初级电流（同功率下）翻倍——这是半桥用“初级电流加倍”换“管子应力减半”的取舍，也正是它比推挽适合 400 V 线的原因。
5.3 公式与 400V→48V/20A 教学例（本库教学复算）
| 量 | 公式代入 | 结果 | 工程含义 |
|---|---|---|---|
| 匝比 | n=Ns/Np=2Vo/(Vin·D)=96/180 | 0.533（Np:Ns=15:8，即 Np/Ns=1.875） | Np/Ns 只有双管正激/全桥（3.75）的一半——初级幅值减半的直接结果 |
| 主管应力 | = Vin | 400 V + 小尖峰 | 500/600 V 超结 ×2；上下管互补，死区必设（防直通，基础概念 §5.5） |
| 副边应力 | (Vin/2)·n = 106.7 V + 振铃 | 150~200 V SR 档 | 与双管正激/全桥同档 |
| 初级电流 | Io·n=20×0.533 = 10.67 A | 峰值 ≈12 A、RMS≈7 A | 同功率下是全桥的两倍——初级幅值减半的直接结果 |
| 隔直电容 | C≈I·tON/ΔV=10.67×4.5µs/20 V | ≈2.2 µF 薄膜 | ΔV≈22 V=Vin/2 的 11%（ΔV 取 10~15% 为本库教学口径，业界经验量级） |
5.4 偏磁与隔直电容：伏秒保险丝
两拍伏秒不等时，串联在初级的**隔直电容（DC Blocking Capacitor）**自动积聚直流偏压，把多出的伏秒“顶”回去——电容充到恰好抵消失衡为止，自平衡、无损耗（教科书通识）。LLC 横评 对同一机理有一句精准的库内表述：“Cr 既是谐振电容又是隔直电容——占空比失衡的伏秒差由 Cr 直流偏压自动吸收（'伏秒保险丝'），硬开关半桥里同样的失衡是毫秒级饱和事故”——有了隔直电容，失衡从“事故”降级为“电容上的直流偏置”。对比推挽：同样是失衡，推挽无电容可用、只能靠电流模式逐拍修剪——偏磁对策的两条技术路线在 §4.3/§5.4 分别落了地。
5.5 代价与库内 IC
代价：初级电流加倍（同功率对比全桥）；分压电容要均压且承受全电流；悬浮高端驱动+死区管理（直通防护）；ΔB 全摆但幅值 Vin/2 使磁芯匝数偏多。库内 IC：经典硬开关半桥控制器本库未深读——这一档位在现代设计里已被“半桥骨架”的后代接管：LLC（50% 互补+调频，HR1000A/NCP1399）与 AHB（互补不等时+谐振换向，XDPS2201，AHB 横评原话：“保留 AHB 的谐振换向骨架”）。读这三篇时，本节的隔直电容与死区核算就是它们的零阶版本。
6. 全桥移相 PSFB：kW 级服务器电源的 20 年主流
6.1 动机
kW 级（服务器/通信电源）面对三重要求：400 V 母线、效率逼近极限、负载范围宽。全桥把母线全压加在初级（初级电流减半），移相控制（每桥臂固定 ~50%、两臂相位差调功）让 ZVS 不需要任何附加谐振腔电容——从 1990 年代后期到 2010 年代，PSFB 是这个档位的事实标准（业界通识）。
6.2 工作原理：四区间 + 移相 ZVS 换流
QA 栅: ██████______██████______ 超前臂（Leading Leg：QA/QB），固定 ~50%
QB 栅: ______██████______██████
QC 栅: ██████████______██████ 滞后臂（Lagging Leg：QC/QD），相位后移（决定有效占空比）
QD 栅: ______██████████______
① 正向传能：QA+QD 对角通，Vin 全压加初级 → 副边 V+，Lo 传能
② 超前臂换流（QA 断→QB 开）：次级仍在传能，折算的 Lo 电流是"巨大恒流源"，
给 QA 结电容充电、QB 结电容放电 → QB 零电压开通（几乎全负载成立）
③ 原边续流（短路）：QB+QD 通，初级被短路（电压≈0，只有 Lr 压降），
副边两对整流管换流、共享 Lo 电流——变压器"空转"
④ 滞后臂换流（QD 断→QC 开）：次级已短路帮不上忙，只剩 Lr 里的电流
给结电容换流 → 能量不够就丢 ZVS（轻载脱靶）
有效占空比 = 两臂相位差重叠的份额；每管仍各导通 ~50%
超前臂/滞后臂（Leading/Lagging Leg）的不对称是 PSFB 的核心机制（教科书通识）：超前臂有 Lo 折算电流作为后备，ZVS 几乎全负载；滞后臂只靠 $L_r$（漏感+外串谐振电感），轻载失去 ZVS。加大 $L_r$ 换取更宽 ZVS，却损失更多占空比——折中关系见 §6.3。
6.3 公式与 400V→48V/20A 教学例（本库教学复算）
$$V_o=V_{in}\,n\,D_{eff},\qquad D_{eff}=D_{cmd}-\Delta D,\qquad \Delta D=\frac{4 f_{SW} L_r I_o n}{V_{in}}\ \ (n=N_s/N_p\text{，忽略电感纹波项})$$
（换流期 $t_{com}=L_r\cdot 2I_{pri}/V_{in}$ 内初级电流尚未换向、副边电压为零——这段伏秒“丢了”，故称占空比丢失（Duty-Cycle Loss），教科书机理，本库化简。）
教学例：n=Ns/Np=4/15=0.267（Np:Ns=15:4，与双管正激同匝比）、fsw=100 kHz、外谐振电感+漏感取 Lr=40 µH（教学取值）：
| 量 | 公式代入 | 结果 | 工程含义 |
|---|---|---|---|
| 有效占空比 | $D_{eff}$=48/(400×0.267) | 0.45（360 V 低线需 0.50） | 与双管正激同匝比同 D——但全桥无 0.5 硬上限 |
| 初级电流 | 平顶 Io·n | 5.33 A（半桥的 1/2） | 四管分摊，导通损耗减半 |
| 占空比丢失 | ΔD=4×100k×40µ×20×0.267/400=t_com(1.07 µs)/5 µs | 0.21 | 指令占空比要 0.45+0.21≈0.66；低线 0.50+0.24≈0.74——裕量被吃 |
| 滞后臂 ZVS 下限 | $I_{min}=V_{in}\sqrt{C_{eq}/L_r}$，Ceq=2×150 pF（500 V 超结量级假设） | 1.1 A → Io≈4.1 A ≈21% 负载 | 轻载滞后臂硬开关——服务器轻载能效法规的直接对手 |
| 副边应力 | Vin·n=106.7 V=2.2×Vo + 换流振铃 | 全桥整流 150~200 V SR | “副边整流应力约两倍于输出电压”的出处；中心抽头整流则翻倍（213 V）；换流 dI/dt 由 Lr 定 → 反向恢复+振铃需 RC/饱和电感抑制（教科书通识） |
| 磁芯 | 双向励磁、ΔB 全摆 | 同功率磁芯比正激小一档 | 无复位问题（对称驱动+对称伏秒，教科书通识） |
6.4 被取代前先记它的好
PSFB 的设计自由度其实是“宽”的：无谐振电容（无 LLC 的容性区风险，LLC 横评分界数字二）、无频率-增益曲线夹击（占空比 0~接近 1 全程可调）、保持时间行为可预期、磁件便宜、控制器生态成熟——这些是它守了 20 年的资本（业界通识+定性归纳）。
6.5 过渡期核算：为什么被 LLC + 图腾柱逐步取代
| 核算项 | PSFB | LLC+图腾柱 | 出处 |
|---|---|---|---|
| 软开关范围 | 滞后臂轻载丢 ZVS（教学例 ≈21% 频率下限） | 两臂全工况 ZVS+次级 ZCS | 教科书通识；[LLC 横评] |
| 副边整流 | 换流 dI/dt 由 Lr 决定 → 反向恢复+振铃（吸收损耗/EMI） | 谐振电流过零自然 ZCS、无反向恢复峰 | 教科书通识；[LLC 横评]、[AHB 横评] 同理 |
| 占空比 | ΔD≈0.21 占用低线调节裕量（教学例） | 无占空比丢失，但增益被曲线三面夹击 | 本库教学复算；[LLC 横评] 分界数字一 |
| 效率上限 | 定性低 1~2 个点（业界经验） | 94~96%（业界口径） | [LLC 横评] |
| 前端 | 配传统 Boost PFC | 图腾柱 PFC（GaN CCM，500 W~3 kW 档，NCP1681） | 基础概念 §7.5、06 横评 |
| PSFB 仍赢的场合 | 恒压输出+宽负载鲁棒、无谐振腔一致性管控、磁件成本低、控制器成熟 | — | 定性归纳（业界经验） |
过渡期核算要点：PSFB 把 ZVS“买”在初级、代价落在副边与占空比；LLC 把软开关做进谐振腔本身——代价是增益曲线与容性区。服务器电源的迁移不是“谁更好”，而是“哪项代价更高”（本库归纳）。
6.6 库内 IC 衔接
- PSFB 控制器：TI UCC28950/UCC28951 类是这一档的代表——库内待入编（按精度铁律不列参数）；更早的 Unitrode 移相控制鼻祖 UC3875/UC3879 同样待入编（教科书通识，仅列型号）。
- 接棒的 LLC：NCP1399（200~500 W，电流模式谐振）与 HR1000A（90~150 W，教材链 AN151）；全桥/数字 LLC 在 500 W+ 档（LLC 横评 决策树 Q1）。
- 前端：NCP1681 图腾柱 CCM/多模式（500 W~3 kW）。
- 历史位形：UC3844/45（50% 档）+ 分相也曾驱动硬开关全桥（老派做法，UC3842/02 口径）。
7. 四大拓扑 vs 库内家族总表
教学例应力汇总（48 V 线与 400 V 线两条主线，全部本库教学复算，忽略损耗的教学口径）：
| 拓扑 | 教学例 | 匝比 Np:Ns | 占空比 | 主管应力 | 副边整流应力 | 初级平顶电流 | 磁复位/偏磁 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 单端正激 | 48→12 V/20 A | 5:3 | 0.417（≤0.5） | 2Vin=112 V | 33.6 V | 12 A | 第三绕组回母线 |
| 双管正激 | 400→48 V/20 A | 15:4 | 0.45（≤0.5） | Vin=400 V | 106.7 V | 5.33 A | 双钳位管回母线 |
| 推挽 | 48→12 V/20 A | 17:5（半） | 0.417/管（≤0.5） | 2Vin=112 V | 33.6 V | 6 A/半 | 靠电流模式抗偏磁 |
| 半桥（硬开关） | 400→48 V/20 A | 15:8 | 0.45 | Vin=400 V | 106.7 V | 10.67 A | 隔直电容自平衡 |
| 全桥移相 PSFB | 400→48 V/20 A | 15:4 | 有效 0.45（ΔD=0.21） | Vin=400 V | 106.7 V+换流振铃 | 5.33 A | 对称驱动无复位 |
总表（功率段为教科书通识/业界口径；库内 IC 均为已深读或注明待入编）：
| 维度 | 单端正激 | 双管正激 | 推挽 | 半桥（硬开关） | 全桥移相 PSFB | 反激家族（库内） | LLC（库内 04） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 功率段 | 100~500 W | 300 W~1 kW | 100~500 W（低压线） | 300~800 W | 500 W~数 kW | <150 W | 90~500 W+ |
| 初级开关数/应力 | 1 / 2Vin | 2 / Vin | 2 / 2Vin | 2 / Vin | 4 / Vin | 1~2 / Vin+V_OR | 2(半桥)/Vin |
| 占空比上限 | 0.5（复位） | 0.5（复位） | 0.5/管 | ≈0.5（互补+死区） | ≈1（减 ΔD） | 0.6~0.97 | 焊死 50% |
| 磁复位 | 专门安排 | 双钳位管 | 对称励磁+抗偏磁 | 隔直电容 | 对称励磁 | 天然（放能即复位） | 天然（双向） |
| 偏磁风险 | 无（单极性，复位保障） | 无 | 阶梯饱和 | 隔直电容抑制 | 无（对称+短路续流） | 无此概念 | 无（Cr 伏秒自动平衡） |
| 输出滤波 | Lo+Co | Lo+Co | Lo+Co | Lo+Co | Lo+Co | 仅 Co | 谐振正弦+Co |
| 环路特征 | buck 派生无 RHPz | 同左 | 同左+电流模式必配 | 同左 | 同左 | CCM 有 RHPz 固有限制 | 谐振腔在环内 |
| 控制复杂度 | 低（单管单环） | 低+双驱动 | 中（分相+偏磁） | 中（死区/均压） | 中高（移相+双臂时序） | 低（库内五路线） | 高（变频/容性区） |
| 典型应用 | 48 V 电信砖、辅助电源 | 400 V 定压中间母线 | 通信 48 V→5 V 大电流 | （已被 LLC/AHB 接管） | 服务器/通信 kW 电源 | 适配器/充电器 | TV/适配器/服务器 |
| 库内关联 IC | UC3844/45（选型表）、UCC2897A（有源钳位） | UC3844/45+驱动变压器 | UC3842+UC2706+UC3901（SLUA143 实例 2）、UC3846 类 | ——（接棒：XDPS2201/HR1000A/NCP1399） | UCC28950 类待入编、UC3875/3879 待入编 | UC3842/NCP1342/UCC28781/XDPS2201/NCP1568 | HR1000A/NCP1399 |
读表三句话：① 应力表的第一行分界是 2Vin vs Vin——它把推挽/单管正激锁在低压线，把双管正激/半桥/全桥送上高压母线；② 副边应力在 400 V 线上三拓扑同档（≈Vo/D+振铃），差别全在初级电流与开关数——同功率下全桥初级电流是半桥的一半、管子是两倍；③ 磁复位/偏磁一列是本篇的主线：复位四方案（§2.4）、电流模式抗偏磁（§4.3）、隔直电容伏秒保险丝（§5.4）、对称驱动无复位（§6）——四种哲学对应四只拓扑。
精炼速查
A. 五拓扑公式表（理想 CCM，n=Ns/Np，教科书通识）
| 拓扑 | 输出电压 | 占空比上限 | 主管应力 | 副边整流应力 | 初级平顶电流 |
|---|---|---|---|---|---|
| 单端正激 | $V_o=nV_{in}D$ | $N_r/(N_p+N_r)$，1:1→0.5 | $V_{in}/D_{max}$ | $nV_{in}$ | $I_o n$ |
| 双管正激 | $V_o=nV_{in}D$ | 0.5 | $V_{in}$ | $nV_{in}$ | $I_o n$ |
| 推挽 | $V_o=2nV_{in}D$（n 为半绕组比） | 0.5/管 | $2V_{in}$ | $2nV_{in}$ | $I_o n$（每半） |
| 半桥 | $V_o=\frac{V_{in}}{2}nD$ | ≈0.5（互补+死区） | $V_{in}$ | $\frac{V_{in}}{2}n$ | $I_o n$ |
| 全桥移相 | $V_o=V_{in}nD_{eff}$ | ≈1−ΔD | $V_{in}$ | $V_{in}n$ | $I_o n$ |
B. 复位与偏磁判据
| 判据 | 内容 |
|---|---|
| 复位母方程 | $V_{in}\cdot t_{ON}=V_{reset}\cdot t_{RESET}$——复位电压越低，复位时间越长，D 上限越低 |
| 复位四方案 | 第三绕组（回母线，1:1→D≤0.5）/ RCD（烧）/ 有源钳位（回收+ZVS，$V_{in}/(1-D)$ 自伺服）/ 双管（全回母线，应力 Vin） |
| 阶梯饱和 | $B(n)=B_0+n\,\delta V_{in}DT/(N_pA_e)$——推挽专属风险；对策=峰值电流模式逐拍修剪（推挽无隔直电容可用） |
| 隔直电容 | 半桥/全桥失衡自平衡；估算 $C\approx I_{pri}t_{ON}/\Delta V$，ΔV 取初级幅值 10~15%（本库教学口径） |
| PSFB 占空比丢失 | $\Delta D=4f_{SW}L_rI_o n/V_{in}$——Lr 是 ZVS 范围与占空比的跷跷板 |
| 滞后臂 ZVS 下限 | $\tfrac12L_rI^2\ge\tfrac12C_{eq}V_{in}^2$ → $I_{min}=V_{in}\sqrt{C_{eq}/L_r}$；超前臂靠 Lo 折算电流几乎全负载 |
C. 主线数值速览（本库教学复算）
| 量 | 48→12 V/20 A（正激/推挽） | 400→48 V/20 A（双管正激/半桥/PSFB） |
|---|---|---|
| 匝比 | 正激 5:3；推挽半绕组 17:5 | 双管正激/PSFB 15:4；半桥 15:8 |
| 占空比 | 0.417（低线卡 0.5） | 0.45（PSFB 指令 0.66，ΔD=0.21） |
| 主管 | 112 V 平台 → 150~200 V 管 | 400 V 平台 → 500~600 V 管 |
| 副边 | 33.6 V → 45/60 V 档+SR | 106.7 V → 150~200 V SR |
| 初级电流 | 平顶 12 A（正激）/6 A（推挽半） | 5.33 A（正激/PSFB）/10.67 A（半桥） |
| Lr/Lo | Lo=15 µH（ΔI≈4.7 A） | Lr=40 µH（教学取值）→ ZVS 下限 ≈21% 负载 |
D. 术语一行表
| 缩写/术语 | 全称 | 简述 |
|---|---|---|
| 正激 | Forward | 隔离 Buck，真变压器，磁复位是第一课 |
| 双管正激 | Two-Switch Forward | 两管同开同关+双钳位管，高压母线正激的标准答案 |
| 推挽 | Push-Pull | 双管轮流接地+全波整流；偏磁靠电流模式逐拍修剪 |
| 半桥 | Half-Bridge | 母线分压、初级幅值 Vin/2；隔直电容是伏秒保险丝 |
| PSFB | Phase-Shifted Full-Bridge | 移相调功+四管全压；超前/滞后臂 ZVS 不对称 |
| 磁复位 | Magnetic Reset | 磁化能量的回家路：绕组/电阻/电容/母线四种去向 |
| 阶梯饱和 | Flux Walking / Staircase Saturation | 伏秒不平衡的周期性累积，B 逐阶爬向 B_sat |
| 超前/滞后臂 | Leading / Lagging Leg | PSFB 换流时次级还帮不帮忙的分界 |
| 占空比丢失 | Duty-Cycle Loss | 换流期副边零电压期间损失的伏秒份额 ΔD |
| 隔直电容 | DC Blocking Capacitor | 自动积聚直流偏压抵消伏秒失衡的无损耗方案 |
| 中心抽头 | Center Tap | 推挽/全波整流的结构基础；输出路径只穿一只二极管压降 |
| 伏秒平衡 | Volt-Second Balance | 磁芯不饱和的充要条件，本篇所有复位方案的母公式 |
延伸阅读：反激侧的应力跷跷板与 V_OR 口径见 开关电源基础概念 §2.5~2.6；正激有源钳位的钳位电压自伺服与副边应力核算见 ACF 横评；半桥骨架的现代后代见 AHB 横评 与 LLC 横评；48 V 电信砖选型见 UCC2897A，kW 档 PSFB 控制器（UCC28950 类）待入编。
上一级：04_开关电源