有源箝位正激变换器中励磁电流直流偏置问题的研究

有源箝位正激变换器电路分析设计1.引言有隔离变换器的DC/DC变换器按照铁芯磁化方式，可分为双端变换器和单端变换器。

和双端变换器比较，单端变换器线路简单、无功率管共导通问题、也不存在高频变换器单向偏磁和瞬间饱和问题，但由于高频变换器工作在磁滞回线一侧，利用率低。

因此，它只适用于中小功率输出场合。

单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。

由于引入了高频变压器极大的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。

单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。

在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。

当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。

所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。

而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt和di/dt大等。

为了克服这些缺陷，提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了dv/dt和di/dt，改善了电磁兼容性。

因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

本文主要介绍Flyback 型有源箝位正激变换器的稳态工作原理与电路设计。

2. 有源箝位正激变换器电路的介绍有源箝位正激变换器由有源箝位支路和功率输出电路组成。

有源箝位支路由箝位开关和箝位电容串联组成，并联在主开关或变压器原边绕组两端。

利用箝位电容及开关管的输出电容与变压器绕组的激磁电感谐振创造主开关和箝位开关的Z VS工作条件，并在主开关关断期间，利用箝位电容的电压限制主开关两端的电压基本保持不变，从而避免了主开关过大的电压应力；另一方面，在正激变换器中采用有源箝位技术还可实现变压器铁芯的自动磁复位，并可以使激磁电流沿正负两个方向流动，使其工作在双向对称磁化状态，提高了铁芯的利用率。

变压器正激有源钳位的选择及误区介绍变压器正激有源钳位，对设计人员来说主要青睐的就是它的简捷、性能和效率，现得到广泛应用。

采用正激结构的电源变换器是高效率、大功率应用(50W 至 500 W范围)的出色选择。

在高功率密度模块电源中，同步整流技术成了必须的选择，而正激有源钳位其主要的性能优势在于为绕组自驱的同步整流提供了非常理想的驱动波形，绕组自驱动同步整流电路简单、器件少、为设计者节约了布板空间和产品成本，因此被主流的模块电源厂家普遍接受应用。

正激有源钳位的种类和选择：钳位管上钳位拓扑和钳位管下钳位拓扑，上钳位电路采用N MOS管，下钳位电路采用PMOS管，那么在实际的设计中我们如何选择呢?我们看上钳位MOS管和变压绕并联，和开关管串联，而下钳位管是和开关管并联，和变压器绕组串联，绕组电压要低于开关电压，所以在实际设计中高压的PMOS管不容易找，根据这个特点，在高输入电压中如200V以上的设计中我们要考虑使用上钳位，但是上钳位因为MOS管的S脚是接在浮动点上，所以驱动电路必须设计成隔离驱动，这个驱动增加了成本和电路复杂，所以在低压的模块电源应用中，大多数都是采用PMOS管下钳位电路，因为其PMOS管电压不高，而且驱动电路简单。

正激有源钳位的原理和误区：钳位管被关断后，开关管还没有导通的死区时间里，反向流动的谐振电流被钳位开关强制关断，而根据电感电流惯性作用，需要继续向电感流动，这时将抽取存储在开关管结电容里的能量，而结电容要远远小于钳位电容，存储的能量也非常小，所以结电容的电压迅速下降，也就是开关管的VDS电压迅速下降。

在理想状态下可以理解下降到零，但仪器仪表世界网称实际情况是，当VDS电压下降到Vin电压时，也就原边绕组电压下降到0V后，如果继续下降将造成原边绕组的电压变成上正下负的电压，这个电压被折算到副边，将导致副边的整流管导，副边绕组传输能量。

这个过程将产生一个上正下负的电流，而我们的谐振电流确是一个下负上正的电流，这个两个反向的电流将互相制衡，使得VDS电压维持在一个动态平衡的作用上。

有源箝位正激变换器电路分析设计1.引言有隔离变换器的DC/DC变换器按照铁芯磁化方式，可分为双端变换器和单端变换器。

和双端变换器比较，单端变换器线路简单、无功率管共导通问题、也不存在高频变换器单向偏磁和瞬间饱和问题，但由于高频变换器工作在磁滞回线一侧，利用率低。

因此，它只适用于中小功率输出场合。

单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。

由于引入了高频变压器极大的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。

单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。

在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。

当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。

所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。

而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt和di/dt 大等。

为了克服这些缺陷，提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而'.'.大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了dv/dt 和di/dt ，改善了电磁兼容性。

因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

本文主要介绍 Flyback 型有源箝位正激变换器的稳态工作原理与电路设计。

2. 有源箝位正激变换器电路的介绍有源箝位正激变换器由有源箝位支路和功率输出电路组成。

有源箝位支路由箝位开关和箝位电容串联组成，并联在主开关或变压器原边绕组两端。

利用箝位电容及开关管的输出电容与变压器绕组的激磁电感谐振创造主开关和箝位开关的 Z VS 工作条件，并在主开关关断期间，利用箝位电容的电压限制主开关两端的电压基本保持不变，从而避免了主开关过大的电压应力；另一方面，在正激变换器中采用有源箝位技术还可实现变压器铁芯的自动磁复位，并可以使激磁电流沿正负两个方向流动，使其工作在双向对称磁化状态，提高了铁芯的利用率。

有源钳位正激变换器的分析与设计电气持动1999年第1期有源钳位正激变换器的分析与设计南京航空航天大学陈道炼严仰光,,——一——————一T}2Ll,摘要:丰文论述了有源钳位正融变换器的原理与设计利用有源钳位电路宴现功率变压器对称磁复位.部分磁化能量用来对功率开关寄生电蒋放电到零,宴现零电压开关.有谅钳位技术增强了正激变换器性能实验证宴了理论分析的正确性关键词:毛器量皇茎苎登堂堡瓣AnalysisandDesignofanActiveClampedForwardConverter ChenDaolianYahYangguangAbstract:Theanalysisanddesign.fanactireclampedforwardcoHverterIspresentedinthispa perByulganactiveclampedcircuit1thepowertrans,"ormerisymmetricallymagneticreseted.andapar tofmagnetizingen—ergyisusedtodischarge:heparasiticcapachan.eofthepowerwitchtozeiardertOobtainzer.vo ltageswitchAclireclampedtechra[quec-nbancestorwardC0nverteperformanceandthetheorica lanalysisisverifiedbythee~perJmentalresultKeywords~rwardCo.vett~r…voltageswitchactiveclamped1概述由于正激DC/DC变换器具有电路拓扑简单,输入输出电气隔离.电压升,降范围宽,易于多路输出等优点,因此被广泛应用于中小功率电源变换场合然而,正激变换器的一个固有缺点是需要附加电路实现变压器磁复位采用磁复位绕组正激变换器--的优点是技术成熟可靠.磁化能量无损地回馈到直流电网中去.但附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化.变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制,占空比d<0.5,功率开关承受的电压应力与输入电源电压成正比.RCD钳拉正激变换器的优点是磁复位电路简单,占空比d可以大于0.5,功率开关承受电压应力较低.但大部分磁化能量消耗在钳位电阻中,因此它一般适用于变换效率不高且价廉的电源变换场台.无损LCD缓冲网络正激变换器¨j的优点是磁化能量无损地回馈到电网中,占空比d>0.5当开关频率太于30kHz时,过大的LC谐振电流增加了功率开关的导通损耗,因而通常应用+本文为航空基础科学基金,较自进课题资助项目研究内容30在开关频率为20kHz的场合采用有源钳位支路实现正激变换器变压器磁复位,比上述3种传统的方法优越,主辅开关均可实现零电压通断,这是零电压转换ZVT—PWM技术在正激变换器中的具体应用.本文将详细论述这种变换器的工作原理和设计要点2工作原理在传统正激变换器电路拓扑基础上,增加由钳位开关Sc与钳位电容Cc串联构成的有源钳位支路,便得到了有源钳位正激变换器,如图l所示.钳位开关Sc与主功率开关S的驱动信号互补.由变压器原边绕组伏秒积平衡原理可知,图1a电路钳位电压为式中d——占空比式(1)与Flyback变换器相似,称之为单端反激式Flybaek钳位(简称Flyback钳位).圈lb电路钳位电压为电气传动1999年第1期1bJ囤1有潍钳位正敲变换器(&)F[yback钳位<b)Boost钳位1U=U.(2)』I^式(2)与Boost变换器相似,称之为升压式Boost 钳位(简称Boost钳位).这两种钳位电路工作原理基本相同,只是回馈到输人电源中的电流谐波不同.本文以Flyback钳位电路为研究对象,其研究结论同样适用于Boost钳位电路.假设输出滤波电感L和钳位电容C足够大.因此可将其分别作为电流源和电压源处理,简化电路及其原理波形如图2所示(L为变压器磁化电感).每个PWM周期可分为7个区间,每个区间等效电路如图3a～g所示7个区间的电路变化过程叙述如下.to～l:t.时刻,S开通,Dl导通,D2截止,如图3a所示.t.～t:t时刻,S关断,负载折算到原边的电流』./Ⅳ对Cs充电,如图3b所示.t2～:t￡时刻.U上升到『,,Dl关断,D2开通,L上能量对Cs充电即二者谐振,使Ud上升, 如图3c所示.t～:t时刻,U上升到钳位电压U与fJT.之和,Dc开通,设开关频率,s>>1/(2n _——,/LC,),即钳位电压U基本不变,如图3d所示. t～￡::t时刻,磁化电流i为零,随后i变负,钳位开关Sc导通,Sc实现了零电压ZVS开通,如图3e所示.t=～t6:ts时刻,Sc关断…I.与C开始谐振,C以负值磁化电流放电,能量回馈到电网及转移到工中.如图3f所示.t6～(c):tB时刻,U下降到.D开通.D.与D共同导通期间为i在副边续流提供了路径,t时刻S再次开通,开始另一PWM周期,如图3g所示.欲获得功率开关S的ZVS开通,可用两种方法实现一种方法是变压器铁心加气晾,降低L增大磁化电流,当Sc在t时刻关断的磁化电流大于负载折算电流/N,则这两个电流的差值将使得C在t时刻之后继续放电.或者说磁化电流除了支持输出电流之外.剩余电流将用来使C放电,即将C上电荷抽尽.这种方法消除了功率开关S的容性开通损耗,但却增加了变压器铁损.另一种方法是在副边整流二极管D.中串联一饱和电抗器,延缓D.的开通时刻,即饱和电抗器暂时将变压器和负载断开.整个磁化电流将全部用来对C放电,但高频时饱和电抗器损耗较大fh)圉2简化电路丑其原理波形(a)简化电路(b)原理渡形3lⅢ电气持动1999年第1期图3每十等效电路f),～ifb"f～fJ～(d)～f)～ffJ,～6(g)～3关键参数设计3.1功率变压器设计接通电源,经历若干PWM周期后.钳位电容自动充电到某一稳态值U=u,它可保证铁心双向对称磁化任何铁心双向不对称磁化因素都会导致￡值适度的变化,从而迫使铁心双向对称磁化.设图2b中磁化电流渡形双向不对称, 即,的正向最大值太于负向最大值,则C的充电能量大于放电能量,因而十一/L十一i下降速率十一迫使.(即磁通)双向对称.有源钳位正激变换器的这一特点具有显着优点,克服了传统正激变换器变压器铁心利用率低的缺点, 进一步增强了正激变换器性能和工程应用价值, 较全桥,推挽变换器(存在单向偏磁现象)要优越得多.它同半桥变换器相似,具有抗磁不平衡能力,其根本原因是钳位电压或者说功率开关漏极电位具有浮动特陛.变压器原边绕组匝数为,'N一素等×10'(3)式中B一一铁心工作磁密S——铁心截面积t——功率开关导通时间由式(3)可知,绕组匝数是传统的复位绕组RCD正激变换器的一半,降低了铜损32占空比d设计功率开关S的电压应力为Ud,--U一一㈥32式中Ⅳ——变压器匝比变换器输出电压在相同的Ⅳ,U.下,当输^电源电压F增大时,占空比d减小,功率开关S电压应力变化不大.如图4所示.一般选取一一o75.该特点(可夫于0.5,但变化不大)使得它很适用于宽输入电源电压场合.例如,航空静止变流器输八电压U.一18～32V,选取有源钳位正激变换器作为DC/DC变换级最台适图4功翠开关电压应与占空比美系3.3钳位电容C设计钳位电容C值由钳位电压纹波3U:决定c越大.越小,功率开关S电压应力越小.但对电源电压或负载变化时的变换器状态响应速度也变慢设△:<<U,则在(1一d)丁区问内变压器磁化电流(钳位电容电流)近似按恒定斜率u./三下降,如图2b所示.由图2b可知,钳位电容电压纹波为1一Idt—I(1d)7';儿4C1()cJ式(5)中,J为t--t时磁化电流值.稳态时i即i的下降斜率为/L一J/寺(1一d)丁](6)由式(5),(6)可知,,/U为电气传动1999年第l期((=(1一d):T:/(8L(,1(7)由式c4)町知.功率开关电压应力纹渡己d,一.3U,因此虬一等=㈤按照d—d…最坏情况设计,取儿≤l0%或≤10%.3,4功率,钳位开关驱动延迟时间设计图2b原理波形示出r功率开关S与钳位开关S驱动信号延迟时间f:,合理没计r.与r:是实现有_碌钳位正激变换器的关键问题之一延迟时间过大.影响有效占空比延迟时间过小,满足不了要求S关断与S开通的时问间隔为r!≥一=2r,√L…C4(9)式(9)为l,C谐振电路的14谐振周期S关断与S开通的时间问隔为f一.<r<--t若忽略2一l,则3一l≈一t2='一.因此可得2ⅡLH<r<(i—d)71/!(10)式(9),式(10)按最坏情况(U.d—d…一U一)来调节RC延迟电路参数4实验航空静止变流器采用DC仁K二变换器和DC AC逆变器两级级联的电路拓扑结构DC/DC变换器将输入电压U.=18～32V,升高到稳定的l90VDC,仁K二AC逆变器再将190VDC逆变成115V400HzACDC/DC变换器,DC/AC逆变器各自构成闭环控制系统.考虑到输入电网电压变动范围大,且飞机交流用电负载与直流电网共地. 因而选用具有电气隔离且眭能优良的有源钳位正激变换器作为DC/DC变换级按上述理论设计的有源钳位正激变换器参数如下功率P.一100w,输A电源电压U.一18～32V.输出电压U一190V.开关频率一100 kHz.最大占宅比d一0.75.钳位电容c=60nF,延迟时间rl取600ns,r2取470ns原理实验测得不同输出功率时变换效率如图5所示l习j有源钳位正馓耍挽器教军曲线5结论本文论述了,有源钳位正激变换器的原理与设计,得出了如下结论(1)有_碌钳位正激变换器变压器铁心工作在双向对称磁化状态,提高了铁心利用率,减小了体积与重量.占空比>0,5.进一步增强lr其性能和工程实用价值,适用于宽输A电源电压场合. (2)有源钳位正激变换器实质E是零电压转换PWM变换器,兼有谐振技术与传统PwM技术两者之优点(3)提供r钳位电容C,驱动信号延迟时间r,r:等关键电路参数与其它参数间的定量关系(4)实验证实了有源钳位正激变换器具有优良的性能.参考文献11遭密电电于技术.航空工业出社1992:213～2142陈道炼RCD钳位正激变拽器的分析研究南京航空航元大学,1997(2):231～2353洗冬珍等.LCD无垌吸收网络的应用研究电力电子技术. 1995t4)35～:184LeuCSetⅡ,.ComparisonofForwardFopologieswirhV ari …ResetSchemes,VPECSeminarproceedings1991101～1n§藕百1丽丽i(上接第21页)KrausePC.Analy~isofElectricMachlnery.NewY ork:Mc G…Hi】l,1986jKane]lakopou[osI.KokorovicPVMarinoRAnExtended DlteetSchemefoiRobustAdaptlveNonlinearComro[.Auto一tca.1991.27(2)247～2j55MarinoRAnExample.fANonlinearRegula1.r1EEE T…sAutom,Contr,l984,29(3):276～2797MarinaR—PeresadaS.Va]igiPAdaptiveInput-outputLin- earizingControl.fInductionblotorsIEEETrans.AutomContr19§3,38(2):208～2218IsidoriANon]inearControlSystemsBetlinspringerV etlag19蚺9蔡自兴等译.应用非线性控制北京:国防工业出社, 199276～77面蓓百丽F而33。

Science &Technology Vision科技视界0引言在烟草工业电气设备中,各种电路板和模块上的大量集成电路,需要直流5V 电源供电,通常我们用高于5V 的直流电再通过DC-DC 三端稳压模块变换(一般压差为2V)得到稳定的5V 电源。

实验室用的电源电流一般只有5A,10A,且体积偏大,不适合安装。

有源钳位正激式拓扑电路适合中小功率开关电源的设计,而且结构简单,性能好,适合在烟草工业电气设备中使用。

1有源箝位正激式电路的特点图1有源箝位正激式模型电路有源钳位正激变换器拓扑与传统的单端正激变换器拓扑基本相同,只是增加了辅助开关Qc(带反并二极管)和储能电容Cc,且略去了传统正激变换器的磁恢复电路。

开关Q1和Qc 工作在互补状态。

为了防止开关Q1和Qc 共态导通,两开关的驱动信号间留有一定的死区时间。

采用有源箝位的正激变换器的特点是:变压器是双向对称磁化的,工作在B-H 回线的第一和第三象限,变压器得到了充分利用,因此占空比可以大于0.5,而且开关管的电压应力低,适合与输入电压范围比较宽的应用场合,箝位开关管是零电压开关的,励磁能量和漏感能量全部回馈到电网。

2参数设计2.1功率变压器的设计1)工作频率的设定开关频率的提高有助于开关电源的体积减小,重量减轻。

开关频率提高又增加了开关损耗和磁芯损耗。

本方案通初步确定工作频率和最大占空比如下:工作频率f=170kHz 最大占空比=75%2)根据设计输出功率选择磁芯P O =7.5×20=150(W)考虑有20%裕量和效率,取η=80%,则150×1.2×1.25=225瓦,选择一个传递功率可达300瓦的磁芯,通过Ferroxcube 公司的磁芯手册,选材料代号为3F3的锰锌铁氧体磁芯,材料的损耗曲线如图2所示。

比损耗为100Mw/cm 3对应磁通密度摆幅为0.09T。

这里是第一次选择磁通密度摆幅。

图2比损耗与频率和峰值磁感应关系T=100℃应用面积粗略估计公式:AP=A e A w =P OK ΔBf T()4/3cm4其中:P O ———输出功率(W);ΔB ———磁通密度变化量(T);f T ———变压器工作频率(Hz);K ———0.014(正激变换器)得到AP=2720.014×0.08×170×103()4/3=1.2cm4假定选择磁芯EE32/6/20,查阅手册得到A w =130mm 2A e =130mm 2V e =5380mm 3l e =41.4mm 。

有源钳位DC／DC正激变换器硬件电路及参数的设计摘要：开关稳压电源取代晶体管线性稳压电源已有30多年历史。

最初的开关电源一问世其电能转换效率就已经达到了60%-70%，转换效率可达到线性电源的一倍。

因此开关电源引起了人们的广泛关注。

随着社会进步，开关电源应用越来越广泛，对开关电源也提出新的要求。

开关电源要小型轻量，包括磁性元件和电容的体积重量要小。

此外要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。

DC-DC变换器是开关电源的主要组成部分，它是电能转换的核心，涉及到体积，转换效率等各方面的要求。

本文主要介绍有源钳位单端正激式DC/DC变换器的设计方法。

关键词：DC-DC变换器；有源钳位；设计；输入电压为28.5±5V，输出电压为12V，输出功率为50W。

一、占空比的设计当主开关管Q1开通时，变压器原方绕组所承受的电压为，Q1截止时，原方绕组承受的反向电压为钳位电容上的电压。

假设足够大，则在Q1截止期间，可以认为保持不变，则根据伏-秒积平衡可以得到：（5-1）则不难得到：（5-2）当主开关管Q1关断时，漏源电压应力为：（5-3）综合式（5-1）、（5-2）、（5-3）式可得（5-4）在相同的N、下，当输入电源电压增大时，占空比D减小。

从式（5-4）可以看出，当D变化时，开关管电压应力也随之变化。

当D=0.5左右变化时，的值变化不大，也就是说，当输入电压变化比较大时，开关管电压应力变化不大，因此有源钳位正激变换器特别适用于宽输入电源电压场合。

一般D最大可以取到0.75左右。

在设计开关电源时，应该合理选择占空比，使得当输入电压为最大和最小值，开关管的电压应力相等。

由式（4-4）可得：，（5-5）由式（5-2）可知，欲使得输入最大电压和最小电压时开关管电压应力相等，则须满足以下条件：（5-6）则可以算得=0.412，=0.588，N=1.15为了便于高频变压器的制作，取N=1，则根据式（4-4）可以得到：=0.358，=0.511二、主开关管的选择选择MOSFET的原则是：MOSFET的额定电压和电流值不小于变换器中MOSFET所承受的最大电压和最大电流，一般应该为两倍。

有源钳位正激电路的分析设计一、有源钳位正激电路的基本原理有源钳位正激电路主要由放大器、反馈电阻和两个二极管组成。

其基本原理是通过两个二极管将输入信号限制在一个稳定的范围内，从而防止过大的信号损坏放大器。

这种电路设计的关键在于确定适当的电阻值和二极管的工作点。

二、电路参数的计算1.反馈电阻：反馈电阻的选择主要考虑稳定性和放大倍数。

一般而言，反馈电阻越大，稳定性越好，但放大倍数也会相应下降。

可以通过实际的电路要求和实验数据来确定反馈电阻的大小。

2.二极管的工作点：二极管的工作点是指二极管的电压和电流处于稳定的状态。

通过适当选择电阻和电源电压，可以使得二极管的工作点处于合适的范围内，保证电路正常工作。

3.放大器的参数：放大器的参数可以根据实际需求进行选择，包括放大倍数、频率响应等。

这些参数的选择需要根据具体应用场景进行设计。

三、电路设计步骤1.确定电路要求：明确电路的输入和输出要求，包括输入信号幅度、频率等。

2.选择放大器：根据电路要求选择合适的放大器，考虑放大倍数、频率响应等参数。

3.确定反馈电阻：根据实验数据和实际要求确定合适的反馈电阻值，注意稳定性和放大倍数之间的平衡。

4.计算二极管的工作点：根据二极管的参数和电路要求计算合适的电阻和电源电压，使得二极管工作点处于合适的范围内。

5.组装和调试电路：根据设计结果进行电路组装，并进行实际测试和调试。

根据测试结果进行必要的调整和优化。

四、电路设计实例例如，设计一个有源钳位正激电路，要求输入信号幅度为±5V，放大倍数为10倍，频率响应为10Hz~10kHz。

1.根据放大倍数的要求，选择放大器的参数。

可以选择带宽为100kHz的运放作为放大器。

2.根据反馈电阻的要求，假设我们选择反馈电阻为1kΩ，根据反馈电阻的公式计算得到反馈电流为10mA。

3.选择合适的二极管，例如硅二极管，根据二极管的伏安特性曲线和电路要求计算合适的电阻和电源电压。

假设选择电阻为10kΩ，电源电压为15V。

有源钳位正激变换器励磁电感对损耗影响的研究【摘要】单端正激有源钳位电路因具有变换效率高、开关管应力低、输入电压范围宽等优点，在低压大电流应用的DC-DC变换器中应用广泛，本文深入研究了正激有源钳位电路在一个开关周期内各工作模态的变换原理，并着重对模态1状态下电源的损耗进行了详细分析，给出了推算过程及求解结果。

通过对推算结果的数学分析，得到有源钳位正激电路中变压器励磁电感对损耗影响结果，经MATLAB仿真及实物验证，证实了推理过程。

本文所提出的有关励磁电感的观点和设计准则，在设计一个确定匝数比的有源钳位正激变换器时具有借鉴意义。

【关键词】有源正激钳位;模态;励磁电感;损耗引言高功率密度、低压大电流DC/DC模块电源的需求与日俱增，由此推动了其相关技术的研究与发展。

在适合低压大电流应用的DC/DC变换器拓扑中，常用的BUCK拓扑中有效的功率转换只发生开关导通时间内，其余时间里负载将由电感提供能量，因此低压输出情况下变换器的效率降低。

为了克服这种困难，可采用反激变换器或正激变换器拓扑增大占空比，提高效率。

但反激变换器，由于二次侧没有输出低通滤波器，需要一个较大的电容予以储能，同时连续模式（CCM）下的闭环补偿较为困难。

与反激变换器相比，正激变换器输出侧多一个电感，但降低了对输出电容的要求，构成的LC滤波器非常适合输出大电流，可以有效的抑制输出电压纹波，因此正激变换器成为低压大电流功率变换器的首选拓扑[2]。

正激变换器的固有缺点是功率开关管截止期间变压器必须磁复位。

有源钳位复位电路提供变压器的磁通复位路径，因而不需要复位绕组或是有能量损耗的RCD复位电路。

本文将在已选的拓扑上，通过数学方法分析变换器变压器、开关管上的功率损耗，得出在一定的磁链的关系下，选择一个最优的励磁电感，可以使变换器的损耗最小，从而进一步提高效率。

1.有源钳位正激变换器工作原理有源钳位正激变换器如图1所示。

与基本正激电路的不同点是它用辅助开关管S2和电容CC组成一个有源钳位电路来代替传统的去磁电路。

有源钳位正激变换器的理论分析和设计方法刘耀平(深圳华德电子有限公司，广东深圳 518066）摘要：零电压软开关有源钳位正激变换器拓扑非常适合中小功率开关电源的设计。

增加变压器励磁电流或应用磁饱和电感均能实现零电压软开关工作模式。

基于对零电压软开关有源钳位正激变换器拓扑的理论分析，提出了一套实用的优化设计方法。

实验结果验证了理论分析和设计方法。

关键词：有源钳位；正激变换器；零电压软开关1 引言单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。

在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。

当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。

所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。

而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；d v/d t和d i/d t 大，EMI问题难以处理。

为了克服这些缺陷，文献[1][2][3]提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上改变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了d v/d t和d i/d t，改善了电磁兼容性。

因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

然而，有源钳位正激变换器并非完美无缺，零电压软开关特性也并非总能实现。

因而，在工业应用中，对该电路进行优化设计显得尤为重要。

本文针对有源钳位正激变换器拓扑，进行了详细的理论分析，指出了该电路的局限性，并给出了一种优化设计方法。

2 正激有源钳位变换器的工作原理如图1所示，有源钳位正激变换器拓扑与传统的单端正激变换器拓扑基本相同，只是增加了辅助开关（带反并二极管）和储能电容C s，以及谐振电容C ds1、C ds2，且略去了传统正激变换器的磁恢复电路。

一种新型有源钳位正激变换器的研究摘要：提出了一种新型的有源钳位正激变换器的拓扑结构。

新的变换器通过次级谐振饱和电感使最大励磁电流大于传统变换器的最大励磁电流，并且使新的变换器的主开关管S1在软开通时不再受输出电流的影响，在软开通方面明显优于传统的变换器；有效占空比等方面都优于其他拓扑结构。

关键词：有源钳位正激变换器拓扑结构研究中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0032-02近年来，随着开关电源技术的不断发展，有源钳位拓扑结构的应用越来越多。

次级谐振有源钳位正激变换器更进一步提升电源的效率。

新型有源钳位正激变换器引入了谐振饱和电感，使得主开关管S1在软开通时不再受输出电流的影响，在软开关方面明前优于传统有源钳位变换器；并且最大励磁电流大于传统有源钳位变换器的最大励磁电流。

利用这种有源钳位变换器可以通过钳位电路使变压器自动复位，使磁芯工作在磁化曲线第一及第三象限运行，并且可以使激磁电流正负方向流通，从而有效提高了磁心利用率。

1 次级谐振有源钳位正激变换器工作原理次级谐振有源钳位正激变换器的主电路结构如图1所示。

在图1中，为输入电压、为输出电压、S1、S2为开关管、L1、L2为变压器T1的初次级绕组、为滤波电感、为谐振电感（饱和电感）、D1为整流二极管、D2为续流二极管、为输出滤波电容、Cc为钳位电容。

2 次级谐振有源钳位正激变换器同传统有源钳位变换器比较在相同的输入电压、匝比、输出功率、输出电压的情况下，次级谐振有源钳位正激变换器和传统有源钳位变换器相比有以下几点。

（1）两者的钳位电压、开关管的电压应力相同，但是传统有源钳位变换器的钳位开关管的电流应力明显小于新型变换器的钳位开关管的电流应力。

（2）传统的有源钳位变换器的最大励磁电流小于次级谐振有源钳位变换器的最大励磁电流。

（3）零电压条件的比较。

在引入了谐振饱和电感后，新型变换器的主开关管S1在软开通时不再受输出电流的影响，在软开通方面明显优于传统有源钳位变换器。

有源钳位正激变换器的理论分析和设计方法中心议题：正激有源钳位有源钳位变换器的工作原理静态分析和优化设计方法解决方案：储能电容电压及开关管承受的电压应力增加励磁电流实现零电压软开关工作条件应用磁饱和电感实现软开关工作的条件优化设计方法1 引言单端正激变换器正激变换器拓扑拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。

在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。

当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。

所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。

而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt和di/dt 大，emi问题难以处理。

为了克服这些缺陷，提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上改变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了dv/dt和di/dt，改善了电磁兼容性。

因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

然而，有源钳位正激变换器并非完美无缺，零电压软开关特性也并非总能实现。

因而，在工业应用中，对该电路进行优化设计显得尤为重要。

本文针对有源钳位正激变换器拓扑，进行了详细的理论分析，指出了该电路的局限性，并给出了一种优化设计方法。

2 正激有源钳位变换器的工作原理，有源钳位正激变换器拓扑与传统的单端正激变换器拓扑基本相同，只是增加了辅助开关sa（带反并二极管）和储能电容cs，以及谐振电容cds1、cds2，且略去了传统正激变换器的磁恢复电路。

磁饱和电感ls用来实现零电压软开关，硬开关模式用短路线替代。

开关s和sa工作在互补状态。

为了防止开关s 和sa共态导通，两开关的驱动信号间留有一定的死区时间。

下面就其硬开关工作模式和零电压软开关工作模式分别进行讨论。

直流偏磁条件下变压器励磁电流仿真及实验研究作者：宋佩利祁斌孙臻连鹤林来源：《科技风》2022年第01期摘要：针对电力网变压器直流偏磁问题，本文基于一台单相变压器，对其空载运行时的直流偏磁问题进行了仿真及实验研究。

对比不同直流偏磁下的励磁电流及谐波波形，对直流偏磁下偶次谐波增大原因进行了分析研究。

对比仿真及实验结果，其变化趋势一致，验证了仿真的正确性和可靠性。

为研究大型电力变压器直流偏磁现象奠定了基础。

关键词：变压器;直流偏磁;励磁电流;谐波1绪论由于直流输电网、地磁暴变化等因素，引起变压器中性点接地电位升高，使变压器铁心每隔半个周期就会出现磁饱和，励磁电流畸变。

直流的入侵，使变压器出现严重的偏磁饱和现象，引起铁心漏磁增大、金属结构件损耗增加、温升增加、局部过热、绝缘破坏、噪声增大、振动加剧等后果。

直流偏磁的大小和持续时间的长短也会影响变压器关联电网的安全运行，系统电压降低，系统继电器误动作等[1-4]。

许多学者将注意力转移到变压器直流偏磁问题上来。

本文针对一台单相变压器，建立其空载运行时的等效模型，利用有限元方法对其直流偏磁下的励磁电流及谐波进行仿真。

并对该变压器进行直流偏磁条件下空载实验，与仿真结果比较，验证了仿真方案的正确性与可行性。

为研究大型电力变压器直流偏磁现象奠定了基础。

2磁特性测量考虑到变压器结构、接缝以及搭接形式的影响，首先对变压器的磁特性进行测量。

实验电路连接图如图1所示。

系统经过稳压器输出一额定电压为220V相对稳定的交流电压，通过可调变压器调节加到变压器二次侧电压大小，变压器一次侧开路。

A为示波器交流电流钳，V为示波器高压探头[5]。

利用调压器逐渐增加被试变压器二次侧电压大小，利用示波器交流电流钳和差分探头测量励磁电流波形及一次侧电压值波形。

根据电磁感应定律：可以得到磁感应强度B的计算公式：引入平均磁路长度，根据全电流定律：3模型变压器仿真分析表1所示为变压器基本参数。

根据表1参数，对变压器进行系统仿真，得到不同直流偏磁下的励磁电流和谐波波形。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011311811.5(22)申请日 2020.11.20(71)申请人 广州金升阳科技有限公司地址 510670 广东省广州市黄埔区南云四路8号(72)发明人 王海洲　袁源　(51)Int.Cl.H02M 1/32(2007.01)H02M 3/335(2006.01)H02M 1/44(2007.01)(54)发明名称一种有源钳位反激变换器的钳位电路及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种有源钳位反激变换器的钳位电路及其控制方法，通过在钳位电容放电回路中串联反向恢复特性好的开关单元，在主开关管关断时，当谐振电流减小到零后，谐振电流只产生一点负向电流开关单元就可关闭，以避免存储在钳位电容上的能量在主开关管关断期间被意外释放，解决了钳位开关管反向恢复带来的谐振周期变化的问题，提高反激变换器的效率，改善反激变换器的EMI。

权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 112491258 A 2021.03.12C N 112491258A1.一种有源钳位反激变换器的钳位电路，包括钳位电容和钳位开关管，其特征在于：还包括串联在钳位电容放电回路中的反向恢复特性好的开关单元，在主开关管关断时，当谐振电流减小到零后，谐振电流只产生一点负向电流开关单元就可关闭，以避免存储在钳位电容上的能量在主开关管关断期间被意外释放。

2.根据权利要求1所述的有源钳位反激变换器的钳位电路，其特征在于：所述开关单元，为低压开关管，低压开关管正向串联在钳位电容与钳位开关管之间，低压开关管的源极连接钳位开关管的漏极，低压开关管的漏极连接钳位电容。

3.根据权利要求2所述的有源钳位反激变换器的钳位电路，其特征在于：在同一开关周期内，所述低压开关管比钳位开关管先开通，所述低压开关管比钳位开关管后关断。

4.根据权利要求1所述的有源钳位反激变换器的钳位电路，其特征在于：所述开关单元，包括第一二极管和第二二极管，第一二极管正向串联在钳位电容与钳位开关管之间，用于在钳位电容与主开关管之间形成反向并联支路，即第一二极管的阳极连接钳位电容，第一二极管的阴极连接钳位开关管的漏极；第二二极管反向并联在第一二极管与钳位开关管所构成的串联支路两端，即第二二极管的阴极连接第一二极管的阳极，第二二极管的阳极连接钳位开关管的源极。

有源钳位正激计算有源钳位正激是一种常见的电路配置，它在电子学和通信领域中被广泛应用。

有源钳位正激的设计原理是利用有源元件（如晶体管）来实现信号的放大和激励，以达到对输入信号的调整和控制的目的。

本文将从原理、应用和优缺点等方面介绍有源钳位正激的相关知识。

一、有源钳位正激的原理有源钳位正激是一种常用的放大电路配置，其原理基于负反馈的概念。

负反馈是通过将放大器的输出信号与输入信号进行比较，并将差异信号反馈到放大器的输入端，以减小放大器的非线性、失真和噪声等问题。

有源钳位正激利用了负反馈的原理，通过控制有源元件（如晶体管）的工作点，使其处于合适的工作状态，进而实现对输入信号的放大和调整。

有源钳位正激的基本原理是利用有源元件的放大特性，将输入信号放大到合适的幅度，并通过反馈电路将输出信号与输入信号进行比较，从而调整有源元件的工作状态。

具体而言，有源钳位正激电路一般由输入电阻、有源元件、负载电阻和反馈电路等部分组成。

其中，有源元件（如晶体管）根据输入信号的变化进行放大，并将放大后的信号输出到负载电阻上。

同时，反馈电路将负载电阻上的输出信号与输入信号进行比较，并通过调整有源元件的工作状态来实现对输入信号的调整和控制。

二、有源钳位正激的应用有源钳位正激在实际应用中有着广泛的用途。

首先，它可以用于放大电路中，将输入信号放大到合适的幅度，以满足后续电路或设备的要求。

其次，有源钳位正激还可以用于信号调整和控制，例如在音频设备中，可以通过有源钳位正激电路来调整音频信号的音量和频率等参数，以实现音频的放大和调整。

此外，有源钳位正激还可以用于通信系统中，例如在调制解调器中，可以通过有源钳位正激电路来调整调制信号的幅度和频率等参数，以实现数据的传输和接收。

三、有源钳位正激的优缺点有源钳位正激作为一种常见的电路配置，具有一些优点和缺点。

首先，有源钳位正激具有较好的线性度和稳定性，可以有效地减小非线性失真和噪声等问题，提高信号的质量和可靠性。