AHB不对称半桥反激电路设计（一）变换器拓扑工作原理详解

AHB不对称半桥反激式转换器拓扑工作原理详解

本文详细介绍AHB不对称半桥各时序工作状态

---

---

不对称半桥反激变换器拓扑结构

---

一、不对称半桥反激拓扑优势

AHB（Asymmetrical Half-Bridge，非对称半桥）拓扑是一种高效、高功率密度的电源转换架构，结合了反激变换器和半桥结构的优势。其核心特点如下：
软开关特性与效率优势​​

1）​​零电压开通（ZVS）与零电流关断（ZCS）​​

AHB通过谐振腔结构实现原边功率管的零电压开通（ZVS）和副边整流管的零电流关断（ZCS），显著降低开关损耗，系统效率可达95%以上。

​​2）漏感能量回收​​

传统反激拓扑中漏感能量以发热消耗，而AHB将漏感能量回收并参与谐振，进一步提升能效

3）宽电压输出能力​
AHB支持宽范围输出电压，优于LLC拓扑的固定输出（通常仅支持±10%调节）。这一特性使其特别适配PD快充、机器人电池包等需动态匹配CC-CV充电曲线的场景

4）协同储能机制​
变压器励磁电感与谐振电容共同储能，相比传统反激结构，变压器体积可缩小​​30%以上​​，系统更紧凑。

AHB拓扑通过​​软开关技术​​、​​宽电压动态调节​​及​​高集成设计​​，解决了传统反激或LLC架构在效率、体积与成本上的瓶颈，成为中高功率（100W–300W）隔离电源的首选方案

二、工作时序分析

1.AHB拓扑关键波形

稳态运行时，一个开关周期内存在 6 种工作状态。为了分析该电路，做出以下限定:

1)输出电压 Vo是恒定值。
2)谐振电感 Lr （漏感）远小于磁化电感 Lm。
3)忽略所有开关的传导功率损耗。
4)S1 和 S2 的导通时间分别为 D*Ts 和(1-D)*Ts，其中 D 是 S1 的占空比，Ts 是开关周期。在稳态分析中，死区时间被忽略。

2.时序分析

第 1 阶段[t0~t1]：

当开关 S1 导通时，新的开关周期在时刻 t=t0开始。在子间隔[t0-t1]期间，ILm和 ILr 线性增加，直到 t1 时刻达到最大值 S1 关闭，这一阶段结束。从方程为：
$$(L_r+L_m)\frac{d{i}_{Lr}}{dt}=V_{in}-V_{cr}---(2.1)$$
$$C_r\frac{d{v}_{cr}}{dt}=i_{Lr}---(2.2)$$
谐振电感电流 ILr 和谐振电容电压 VCr 随时间的表达式为：
$$i_{Lr}(t)=i_{Lr}(t0)\cdot \cos [{\omega }_{r1}(t-t0)]+\frac{V_{in}-v_{cr}(t0)}{Z_{r}1}\sin [{\omega }_{r1}(t-t0)]---(2.3)$$

$$v_{Cr}(t)=V_{in}-[V_{in}-v_{}$$