第(di)一次看到AHB拓(tuo)撲的(de)(de)時(shi)候，咋一看原邊和LLC一模一樣，沒太(tai)明(ming)白為啥(sha)(sha)需要(yao)搞出(chu)一個AHB。到網上也沒有(you)(you)找到拓(tuo)撲的(de)(de)詳細解(jie)讀，總是得到一個AHB有(you)(you)啥(sha)(sha)好處的(de)(de)介紹。后面(mian)靜下心來一步步分析一下拓(tuo)撲的(de)(de)大概工(gong)作過程(cheng)，發(fa)現從能(neng)量(liang)傳遞方式去(qu)理解(jie)拓(tuo)撲的(de)(de)意義，這樣會比較容易明(ming)白，有(you)(you)利于(yu)對(dui)主控邏輯(ji)進(jin)行深入理解(jie)，對(dui)后面(mian)參(can)數的(de)(de)設計會有(you)(you)幫助。

目錄大綱

1. 拓(tuo)撲解讀
2. 能量傳遞分析(xi)
3. 拓(tuo)撲中物理量傳遞函數表達(da)式(shi)

/***拓撲解讀***/

AHB拓撲

??路徑傳(chuan)遞??：能(neng)量傳(chuan)遞同(tong)時依賴??勵磁(ci)電(dian)(dian)感（Lm）?? 和??諧(xie)振(zhen)電(dian)(dian)容(rong)（Cr）??。原邊開關(guan)管導通時，輸入能(neng)量存(cun)儲于勵磁(ci)電(dian)(dian)感；關(guan)斷時，勵磁(ci)電(dian)(dian)感能(neng)量和諧(xie)振(zhen)電(dian)(dian)容(rong)的諧(xie)振(zhen)能(neng)量通過變(bian)壓器耦(ou)合傳(chuan)遞至(zhi)次(ci)級側。諧(xie)振(zhen)腔只是為了(le)實現ZVS和ZCS，從而(er)達到減(jian)小(xiao)損耗的目(mu)的。

LLC拓撲

??能量傳(chuan)遞(di)完全依賴??諧振腔（Lr+Lm+Cr）?? 的(de)串(chuan)聯諧振。開關頻率(lv)(lv)接近(jin)諧振頻率(lv)(lv)時，諧振電流(liu)(liu)通過變壓器(qi)傳(chuan)遞(di)能量，勵磁(ci)電感僅提供磁(ci)化電流(liu)(liu)，不直(zhi)接參與能量傳(chuan)遞(di)。

典型拓撲圖

網(wang)上(shang)看(kan)到的(de)(de)拓(tuo)撲圖有(you)2種，一(yi)種是上(shang)管(guan)(guan)(guan)串(chuan)聯(lian)諧(xie)振腔（上(shang)管(guan)(guan)(guan)為主(zhu)管(guan)(guan)(guan)），另外一(yi)種是下管(guan)(guan)(guan)串(chuan)聯(lian)諧(xie)振腔（下管(guan)(guan)(guan)為主(zhu)管(guan)(guan)(guan)）。這2種在(zai)原理角度上(shang)看(kan)并(bing)沒有(you)什么差(cha)別(bie)。當時看(kan)到的(de)(de)都是第一(yi)種，所(suo)以就老是把它理解成LLC的(de)(de)能(neng)(neng)量傳(chuan)遞方(fang)式(shi)。其中拓(tuo)撲中的(de)(de)諧(xie)振電感(gan)(gan)Lr 其實等效(xiao)與變壓(ya)器(qi)的(de)(de)漏感(gan)(gan)Llk, 相比于(yu)反激用能(neng)(neng)量消耗(hao)的(de)(de)方(fang)式(shi)，利用漏感(gan)(gan)和(he)電容諧(xie)振實現ZVS，ZCS并(bing)進行能(neng)(neng)量傳(chuan)遞的(de)(de)方(fang)式(shi)AHB結構(gou)具(ju)有(you)更(geng)高的(de)(de)效(xiao)率。

高邊負責輸出，低邊負責ZVS與ZCS

低邊負責輸出，高邊負責ZVS與ZCS

為(wei)了便于(yu)理解(jie)(jie)我以低邊拓(tuo)撲圖來大概描述一下工作過程，并且以上管的開(kai)啟關(guan)閉(bi)狀態來看拓(tuo)撲圖這樣(yang)或許可以更好(hao)的理解(jie)(jie)

上管關閉時狀態

這(zhe)個情況(kuang)對應下管的2種情況(kuang)，一(yi)種開，一(yi)種關。拓撲(pu)圖變成下面(mian)的形式

如果把Cr短路,上面這(zhe)個圖就和反(fan)激拓撲一(yi)(yi)模一(yi)(yi)樣，下管(guan)通過開啟儲能(neng)(neng)，關閉釋能(neng)(neng)的(de)方式向副(fu)邊傳(chuan)遞一(yi)(yi)模一(yi)(yi)樣。只(zhi)是(shi)除了勵(li)磁電(dian)感(gan)的(de)能(neng)(neng)量，還(huan)傳(chuan)遞了諧振(zhen)電(dian)容(rong)(rong)儲存的(de)能(neng)(neng)量。所以AHB原邊能(neng)(neng)量的(de)收(shou)集就由來(lai)勵(li)磁電(dian)感(gan)和諧振(zhen)電(dian)容(rong)(rong)來(lai)完成，這(zhe)也是(shi)為什么AHB要(yao)求(qiu)的(de)變壓器尺寸較反(fan)激的(de)要(yao)小(xiao)的(de)原因。

目前AHB主控(kong)芯片其實就是(shi)通過調(diao)節下管的開關(guan)頻率和占空(kong)比來實現(xian)對副邊的能量傳遞。那么用(yong)反激(ji)的控(kong)制方式(shi)來理(li)解AHB就會容易一些，畢(bi)竟(jing)反激(ji)是(shi)入門拓撲。

注意：能(neng)量(liang)傳遞(di)公式不能(neng)直接用反激(ji)拓撲(pu)，上面(mian)說的只是(shi)從方便理解(jie)的角度。因(yin)為勵磁能(neng)量(liang)是(shi)AHB的主要能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)來源

上管開啟時狀態

為了(le)(le)避免上(shang)(shang)下管互通(tong)，形成(cheng)(cheng)短(duan)路(lu)。上(shang)(shang)管開啟(qi)時，下管一(yi)(yi)定是關閉的。電(dian)路(lu)圖等效下面這種情(qing)況，原邊就(jiu)形成(cheng)(cheng)了(le)(le)一(yi)(yi)個LC諧(xie)振(zhen)電(dian)路(lu)，上(shang)(shang)管通(tong)過諧(xie)振(zhen)時的電(dian)流電(dian)壓的特點來(lai)實(shi)現(xian)(xian)原邊的ZVS和副邊的ZCS。工作(zuo)原理(li)和LLC類似，這個狀態(tai)并除了(le)(le)部(bu)分能量傳遞(di)，還要一(yi)(yi)個最主要的目的是利用諧(xie)振(zhen)腔來(lai)實(shi)現(xian)(xian)ZVS和ZCS達到降低硬開關的損耗

其實上(shang)面拓(tuo)(tuo)撲(pu)的(de)(de)理(li)解(jie)并不嚴謹，完整(zheng)和詳細(xi)(xi)，對于(yu)復雜的(de)(de)問題我(wo)一般習(xi)慣先拆(chai)解(jie)情況，然(ran)后(hou)(hou)抓主(zhu)要(yao)問題，次要(yao)問題和細(xi)(xi)節后(hou)(hou)續在(zai)逐步加深認(ren)知。所以對于(yu)功率電(dian)源拓(tuo)(tuo)撲(pu)我(wo)都是先把(ba)能量(liang)傳遞作為主(zhu)要(yao)問題來分析電(dian)路，至于(yu)開關損耗啥(sha)的(de)(de)，我(wo)都是在(zai)后(hou)(hou)面慢慢完成認(ren)知的(de)(de)。后(hou)(hou)面我(wo)會通過電(dian)路工(gong)作時序來深入理(li)解(jie)

/***各階段能量傳輸(shu)分析**?*/

?S1代表上管（輔助管）S2代表下管（主管）死區時間內本質上是利用LC諧振時，電流與電壓相位差90°交替變化的特點，實現ZVS開通。所(suo)以后(hou)面諧振電容的選擇(ze)需要保(bao)證其能(neng)量能(neng)夠(gou)在死(si)區時間內(nei)將Vcr拉到(dao)0

??1. 階段一、（T1–T2）：原邊儲能階段??

??開關狀態??：下管(guan)導通，上管(guan)關斷(duan)，副邊整流管(guan)關斷(duan)。

??能量傳輸??：

• ??副邊無能量輸入??：DR處于截止狀態，負載由輸出電容（C?）供電。
• ??原邊勵磁電感儲能??：輸入電壓（V??）對勵磁電感（L?）和漏感（L?）充電，電流線性上升，能量存儲于磁場中。
• 諧振電容Cr充電：電容兩端電壓(Vcr)不斷上升，直到Vin。

等效電路圖：

諧(xie)振電容(rong)在物理上與電感連接為(wei)(wei)串聯，但開關導通時被輸入電壓(ya)源強約(yue)束電位（一(yi)端接Vin，另(ling)外一(yi)端接地），表現出(chu)等效并聯特性(xing)??。這也是為(wei)(wei)什么(me)AHB有兩個(ge)能量來源的原因

??2. 階段二、（T2–T3）：死區時間諧振階段??

??開關狀態??：上下管均(jun)關斷，副邊關斷。

??能量傳輸??：

• ??副邊仍無能量輸入??：諧振過程僅發生在原邊（L?+L?與MOSFET結電容諧振），副邊未形成能量通路
• 原邊下管關斷瞬間：勵磁電感能量最大，諧振電容電壓最大。
• ??能量用途??：諧振過程為上管創造零電壓開通（ZVS）條件，但未傳遞至副邊。

從下管開始關斷到上管開啟前

在這(zhe)個(ge)時間內Lk, Cr，Lm和上(shang)下管結電容(rong)Vds,形成LC諧振網絡。

等效電路圖如下

這(zhe)個時候電(dian)(dian)(dian)感續流對上(shang)(shang)下(xia)管(guan)充放電(dian)(dian)(dian)，下(xia)管(guan)結(jie)電(dian)(dian)(dian)容(rong)從0開始(shi)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)到兩端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)為Vin，上(shang)(shang)管(guan)結(jie)電(dian)(dian)(dian)容(rong)從0開始(shi)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)到兩端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)為0。這(zhe)時橋臂Vhb點的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)到Vin。此時上(shang)(shang)下(xia)管(guan)結(jie)電(dian)(dian)(dian)容(rong)對地等效并(bing)聯。

另(ling)外諧振電(dian)容連接電(dian)感一端的電(dian)壓也持續上升。（相位滯后電(dian)流(liu)90°）這個過程(cheng)可(ke)以等效為

i1與i2 電(dian)流(liu)大小相(xiang)(xiang)同，方向相(xiang)(xiang)反。諧振電(dian)流(liu)通(tong)過CdsH又返回到(dao)電(dian)源側，沒有能量損失。這個過程相(xiang)(xiang)當于將上管(guan)結(jie)電(dian)容的能量轉移到(dao)下管(guan)的結(jie)電(dian)容上。

Vhb從0--->Vin, Vcr從Vin--->Vin+nVo

由(you)于電感兩端電壓被鉗位還沒有達到(dao)nVo,所以副邊管(guan)子沒有達到(dao)開啟條件(jian)所以這個過(guo)程不傳(chuan)遞(di)能(neng)量

下管關斷T2時刻：

根(gen)據(ju)電感和電容(rong)能(neng)量(liang)公式

?

電感和電容能(neng)量最大，電容兩端的(de)電壓Vmax=Vin+nVo

為什(shen)么電容電壓不是Vin，而是Vin+nVo?

當關斷間，電(dian)(dian)感(gan)原邊繞組感(gan)應(ying)出一(yi)個反向的電(dian)(dian)動(dong)勢Vor,及nVo,所以此(ci)時電(dian)(dian)容(rong)的電(dian)(dian)壓

等效電路圖

上圖為??上管Vds到零(ling)，下(xia)管完全(quan)關(guan)閉(bi)的(de)狀(zhuang)態等效(xiao)電路

如圖A的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)依然保持Vin, 而電(dian)(dian)(dian)感(gan)(gan)感(gan)(gan)應出的電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)Vor,將B點電(dian)(dian)(dian)位瞬間拉低，那(nei)么電(dian)(dian)(dian)容Cr兩端的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)差Vab,就是Vin+Vor。我這里(li)忽略(lve)漏感(gan)(gan)。

 3. 第三階段（T?–T?）：主能量傳輸階段??

??開關狀態??：上管導通(tong)(tong)，副邊導通(tong)(tong)（ZCS開啟(qi)）。

??能量傳輸??：

• ??激磁能量釋放??：L?存儲的磁場能量通過變壓器耦合至副邊，為負載供電（i??線性下降至零后反向）。
• ??諧振能量回收??：漏感（L?）和諧振電容（C?）串聯諧振，其能量通過副邊繞組傳遞至負載（i??正弦衰減）。
• ??總副邊電流??：i?? = (i?? - i??) × n（n為匝比），副邊同時接收來自激磁電感和漏感的能量。

??5. 第四階段（T?–T?）：死區時間2諧振階段??

??開關狀態??：上下管關斷，、副邊關斷。

??能量傳輸??：

• ??副邊能量傳輸停止??：副邊在T?時刻因電流歸零而ZCS關斷，負載由C?供電。
• ??原邊諧振??：漏感和勵磁電流對MOS結電容充放電，為上管（S?）創造ZVS條件，能量未傳遞至副邊

這個(ge)過程和第(di)一(yi)個(ge)死區時間一(yi)樣，上(shang)下管能量(liang)進行交換實現原邊ZVS

/***拓撲物理(li)量數(shu)學表達式**?*/

為了方便(bian)后續深入理解(jie)拓撲(pu)和設計(ji)計(ji)算，這里先列出對(dui)應的(de)函(han)數表(biao)達(da)式，有(you)時間的(de)時候(hou)進行詳(xiang)細推導

后續會繼續文章《AHB不對稱半橋反激電路設計（二）主要(yao)器(qi)件(jian)參數(shu)規格計(ji)算》