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開源一款AC/DC AHB不對稱反激電源之一 拓撲工作原理

目前AC/DC電源在適配器和快充應用中,由于AHB拓撲,其具有LLC拓撲ZVS和ZCS的優勢,同時也具備反激拓撲的寬輸出范圍的優勢,所以在150-240W 功率等級范圍內常常采用AHB拓撲。目前網絡上對該拓撲的詳細介紹并不多,這里準備開源一款基于AHB拓撲的150W AC/DC電源,供大家參考,如有不對的地方也歡迎大家幫忙指正。
整個變換器劃分為方波產生器、諧振網路、理想變壓器、整流網絡、和負載五個部分,其中
開關 S1 和開關 S2 不對稱工作,組成方波產生器。諧振電感 Lr、磁化電感 Lm、
鉗位電容 Cr 組成諧振網絡這類似于 LLC 轉換器

在穩態運行時,一個開關周期存在6種工作狀態,在分析前向做以下定義

1.輸出電壓恒定

2.諧振電感為變壓器漏感,且遠小于勵磁電感

3.忽略開關的功率損耗

4.S1 和 S2 的導通時間分別為 D*Ts 和(1-D)*Ts,其中 D 是 S1 的占空比,Ts 是
開關周期。在穩態分析中,死區時間被忽略。
其關鍵波形如下圖

第 1 階段[t0~t1]:

當開關 S1 導通時,新的開關周期在時刻 t=t0開始。在子間隔[t0-t1]期間,ILm和 ILr 線性增加,直到 t1 時刻達到最大值 S1 關閉,這一階段結束。

第 2 階段[t1~t2]:

當 t = t1 時,S1 開關關閉。在子區間[t1-t2],開關管 S2 寄生電容電壓 VDS2 等于橋臂中點電壓 Vmind從 Vin到 0 呈線性下降,而電壓 VDS1從 0 到 Vin呈線性增加,此時電壓 VLm 為負,即變壓器二次電壓為正,但低于輸出電壓 Vo。因此,二次側整流器不導電。

第 3 階段[t2~t3]:

在 t = t2 時刻,開關 S2的體二極管開始導通。在子區間[t2~t3],電壓 VCr 略有升高,導致變壓器二次電壓升高,但仍小于輸出電壓 Vo,二次側整流器不導電。
在 t = t3 時刻,變壓器二次電壓增大到輸出電壓 Vo,二次側整流開始傳導。因此,變壓器一次電壓為 VLm = -NVo。

第 4 階段[t3~t4]:

在子區間[t3~t4],Cr 和 Lr 之間發生諧振,在這種模式下輸出整流器二極管電流 Id 與變壓器匝比 n 的乘積反映出 ILm 和 ILr 之間的差值。

第 5 階段[t4~t5]:

在 t = t4 瞬間,S2 開關 ZVS 導通。在子區間[t4~t5],諧振電感電流 iLr 和諧振電容電壓 vCr 的波形服從諧振頻率和諧振阻抗特性。在 t = t5 時刻,二次側整流器電流降至零,整流二極管 ZCS 關斷。因此,t = t5 時,iLr = iLm。同時當 t = t5 時 S2開關關閉。

第 6 階段[t5~t7]:

在子區間[t5~t6],電壓 Vmind=VDS2 從 0 到 Vin 呈線性增加,而電壓 VDS1 從 Vin 到 0 呈線性下降。在 t = t6時刻,開關 S1 的體二極管開始導通。t = t6 后不久,在 t = t7 瞬間,開關 S1 ZVS 導通,自此一個開關周期從新開
歡迎各位道友關注一下我的公眾號,詳細的公式及函數表達式我會更新在公眾號內

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08-17 20:22

樓主  AHB變壓器可以開源計算步驟?

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08-18 10:56
@你好,明天
樓主 AHB變壓器可以開源計算步驟?

可以,我還會開源調試記錄。可以關注我公眾號或者星球號

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08-18 10:57
@你好,明天
樓主 AHB變壓器可以開源計算步驟?

星球號文章鏈接://yanusi.cn/eestar/article-11529.html

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dwwzl
LV.5
5
08-19 08:47

電路分析非常細致,請教一下這款電源的輸入浪涌啟動電流是如何計算呢?

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08-19 10:33
@dwwzl
電路分析非常細致,請教一下這款電源的輸入浪涌啟動電流是如何計算呢?

可以根據公式進行簡單計算:I=Vpk/ESR+NTC阻值,也可以用AC souce控制輸出相位90°啟動,用電流探頭測試更準確

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08-26 11:49

聽說AHB一定要PFC電路,不然玩不轉?不知為何?

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08-26 14:19
@孤獨源于愛
聽說AHB一定要PFC電路,不然玩不轉?不知為何?

不能說一定要PFC,前級沒有PFC也是可以的。只是有了PFC升壓后,VIN比較穩定。AHB 占空比為 nVo/Vin,且為了變壓器退磁,D最好不超過0.5。 如果Vin小了,匝比就會受限在比較小的值,一方面原邊電流會比較大 不利于控制原邊損耗,另外一方面對副邊整流管的反向耐壓要求也會高一些。

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08-26 15:04
@【Simon】
不能說一定要PFC,前級沒有PFC也是可以的。只是有了PFC升壓后,VIN比較穩定。AHB占空比為nVo/Vin,且為了變壓器退磁,D最好不超過0.5。如果Vin小了,匝比就會受限在比較小的值,一方面原邊電流會比較大不利于控制原邊損耗,另外一方面對副邊整流管的反向耐壓要求也會高一些。

補充一點,我知道的AHB芯片在滿載狀態下控制環是占空比不變,調頻來增大輸出。由于Ton時間在樣機完成后由電感量和CS電阻決定,Toff由諧振電容,漏感決定。這時如果VIN的變化量如果比較大就會導致系統調節不過來導致效率性能無法達到最佳。另外再選擇諧振電容時,也會遇到一個情況就是當Vin最大時,此時調試讓副邊ZCS臨界狀態,但是當VIN下降時,副邊就不會是ZCS會有比較大的震蕩。如果反過來取Vin最小時,讓副邊處于ZCS臨界狀態,Vin最大時,死區時間變長,效率也會隨之降低。而使用了PFC電路,VIN值就會相對穩定,這樣有利于調試出最佳狀態

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