12小组-漏极钳位保护电路

漏极钳位保护电路设计实例选择TOPSwitch-HX系列TOP258P芯片，开关频率f=132kHz，u=85-265V，两路输出分别为U o1（+12V、2A)、U02（45V、2.2A)；P0=35W；漏极峰值电流I P=I LIMIT=1.65A。

实测高频变压器的一次侧漏感L0=20μH。

采用P6KE200型瞬态电压抑制器，取U Q(max)=U B=200V。

漏极钳位保护电路。

计算步骤如下：u max最大允许漏极电压：U D(max)= √2u max+U Q(max)≤700V-50V=650V。

钳位电路的纹波电压：U R1=0.1U Q(max)=0.1U B=0.1×200V=20V。

钳位电压的最小值：U Q(min)= U Q(max)- U R1=90%U B=180（V)。

钳位电路的平均电压：U Q=U Q(max))-0.5U R1=U B-0.5×0.1U B=0.95U B=190（V）。

一次侧漏感上存储的能量：E L0=12I P 2L 0=12×(1.65A)²×20μH=27.2μJ。

计算钳位电路吸收的能量：当Po=35W<50W 时，E Q =0.8E L0=0.8×27.2μJ =21.8μJ。

若P0>50W ，则E Q =E L0钳位电阻R 的阻值为R 1=U Q 2f∗E Q =190V 2132KHz∗21.8μJ =12.5K Ω,取标准电阻15K Ω。

钳位电容C 的容量为c =E Q(U Q (max )2−U Q (min )2)/2=2×21.8(2002−1802)=5.7（nF ），取标准电容4.7（nF ）。

令由R 、C 确定的时间常数为TT=R 1*C=U Q 2f∗E Q *E Q (U Q (max )2−U Q (min )2)/2将数据代入式中可计算得T =70.5μs。

RCD钳位电路分析及参数设计RCD (Residual Current Device)钳位电路是一种用于保护人身安全的电气装置。

它可以检测电流泄露，并在泄露电流超过设定值时切断电流供应，以防止电击事故的发生。

本文将对RCD钳位电路的分析及参数设计进行详细介绍。

RCD钳位电路由三个主要组成部分组成：差动变压器、电流互感线圈和电子比例装置。

差动变压器是其关键组件，主要用于检测电流泄露。

它由两个绕组组成，一个绕组由额定电流通过，称为主绕组；另一个绕组则检测差动电流，称为次级绕组。

在正常工作情况下，主绕组的电流与次级绕组的电流一致，若有电流泄露，两个绕组的电流将不再一致，从而触发电子比例装置切断电流。

参数设计是RCD钳位电路设计的重要部分，其主要目标是确定适当的额定电流和动作时间。

额定电流是指RCD钳位电路能够持续工作的最大电流。

一般来说，在家庭用电中，额定电流为30mA或100mA。

较低额定电流可以更有效地防止电击事故的发生，但也会增加虚警的可能性。

因此，在确定额定电流时，需要根据具体情况进行综合考虑。

动作时间是指RCD钳位电路切断电流的时间。

根据不同应用的要求，动作时间可以有所不同。

对于家庭用电来说，一般要求动作时间在0.1秒至0.3秒之间，以确保及时切断电流。

设计RCD钳位电路的参数还需要考虑安装环境的条件。

例如，在湿度较高的环境中，可能会增加电流泄露的风险，因此额定电流可能需要调整为较低的值。

此外，还需要考虑电流泄露的容忍程度。

对于一些特殊应用，如医疗设备，对电流泄露的容忍程度可能较低，需要更高的额定电流和更快的动作时间。

总之，RCD钳位电路是一种重要的电气安全设备，可以有效防止电击事故的发生。

在设计RCD钳位电路的时候，需要根据具体情况确定合适的额定电流和动作时间，并考虑安装环境的条件，以确保其可靠性和有效性。

反激式开关电源漏极钳位保护电路设计方案嘿，大家好！今天我要分享的是关于反激式开关电源漏极钳位保护电路的设计方案。

咱们就直接进入主题吧！咱们得明白，反激式开关电源在运行过程中，由于各种原因，可能会产生漏极电压过高的情况。

这时候，如果没有有效的保护措施，就会导致开关管损坏，甚至引发火灾等安全事故。

所以，设计一款漏极钳位保护电路就显得尤为重要。

一、设计目标我们的目标是：在反激式开关电源中，当漏极电压超过设定的安全值时，及时启动保护电路，将漏极电压限制在安全范围内，从而保护开关管不受损坏。

二、设计原理2.检测电路：负责实时监测漏极电压，当电压超过设定值时，输出高电平信号。

3.比较电路：将检测电路输出的高电平信号与设定的阈值电压进行比较，若检测电压高于阈值电压，则输出高电平信号至驱动电路。

4.驱动电路：接收比较电路输出的高电平信号，驱动钳位电路工作。

5.钳位电路：将漏极电压限制在安全范围内，防止开关管损坏。

三、设计方案1.检测电路设计检测电路主要由一个电压比较器和一个分压电阻组成。

电压比较器选用LM358，具有响应速度快、精度高等特点。

分压电阻用于将漏极电压分压至比较器的输入端。

2.比较电路设计比较电路选用LM311，具有高速、高精度等特点。

阈值电压由一个可调电阻设定，可根据实际需要调整。

3.驱动电路设计驱动电路选用三极管，将比较电路输出的高电平信号放大，驱动钳位电路工作。

4.钳位电路设计钳位电路主要由一个稳压二极管和一个电阻组成。

稳压二极管选用1N4746，具有稳定电压为15V的特点。

电阻用于限制稳压二极管的电流，防止过流损坏。

四、电路仿真在设计完成后，我们可以使用Multisim等仿真软件对电路进行仿真测试。

通过调整输入电压、负载等参数，观察保护电路是否能够及时启动，将漏极电压限制在安全范围内。

好了，今天的分享就到这里。

希望这个设计方案能对大家有所帮助。

如果你有任何疑问或建议，欢迎在评论区留言交流。

我们下次再见！注意事项：1.检测电路的精度至关重要。

负钳位电路
负钳位电路是一种常见的电子电路，用于将电路输出限制在某个特定的范围内。

它由一个负反馈放大器和两个二极管组成。

负钳位电路的工作原理如下：
- 输入信号通过负反馈放大器进行放大，然后经过一个二极管D1进入输出端。

- 当输入信号的幅值超过设定的阈值时，二极管D1会变为导通状态，将过高的信号直接引导到地，从而限制输出信号的幅值。

- 另一个二极管D2连接在输入信号之前，用于限制信号的最低值，防止信号过低。

负钳位电路的应用：
- 信号整形：通过设置阈值，将输入信号的波形进行整形，使其范围在一定的幅值范围内。

- 电平转换：将信号的电平限制在特定范围内，以适应特定的电路要求或设备接口。

- 保护电路：在某些应用中，如果输入信号过高或过低，可能会损坏电路或设备，负钳位电路可以起到保护作用，将信号限制在安全范围内。

需要注意的是，负钳位电路虽然可以限制输入信号的幅值，但同时也会引入一定的失真，所以在实际应用中需要根据具体要求进行调整和优化。

反激式电源中MOSFET的钳位电路输出功率100W以下的AC/DC电源通常都采用反激式拓扑结构。

这种电源成本较低，使用一个控制器就能提供多路输出跟踪，因此受到设计师们的青睐，且已成为元件数少的AC/DC转换器的标准设计结构。

不过，反激式电源的一个缺点是会对初级开关元件产生高应力。

反激式拓扑结构的工作原理，是在电源导通期间将能量储存在变压器中，在关断期间再将这些能量传递到输出。

反激式变压器由一个磁芯上的两个或多个耦合绕组构成，激磁能量在被传递到次级之前，一直储存在磁芯的串联气隙间。

实际上，绕组之间的耦合从不会达到完美匹配，并且不是所有的能量都通过该气隙进行传递。

少量的能源储存在绕组内和绕组之间，这部分能量被称为变压器漏感。

开关断开后，漏感能量不会传递到次级，而是在变压器初级绕组和开关之间产生高压尖峰。

此外，还会在断开的开关和初级绕组的等效电容与变压器的漏感之间，产生高频振铃(图1)。

图1：漏感产生的漏极节点开关瞬态如果该尖峰的峰值电压超过开关元件(通常为功率MOSFET)的击穿电压，就会导致破坏性故障。

此外，漏极节点的高幅振铃还会产生大量EMI。

对于输出功率在约2W以上的电源来说，可以使用钳位电路来安全耗散漏感能量，达到控制MOSFET电压尖峰的目的。

钳位的工作原理钳位电路用于将MOSFET上的最大电压控制到特定值，一旦MOSFET电压达到阈值，所有额外的漏感能量都会转移到钳位电路，或者先储存起来慢慢耗散，或者重新送回主电路。

钳位的一个缺点是它会耗散功率并降低效率，因此，有许多不同类型的钳位电路可供选择(图2)。

有多种钳位使用齐纳二极管来降低功耗，但它们会在齐纳二极管快速导通时增加EMI的产生量。

RCD钳位能够很好地平衡效率、EMI产生量和成本，因此最为常用。

图2：不同类型的钳位电路钳位RCD钳位的工作原理为：MOSFET关断后，次级二极管立即保持反向偏置，励磁电流对漏极电容充电(图3a)。

当初级绕组电压达到由变压器匝数所定义的反射输出电压(VOR)时，次级二极管关断，励磁能量传递到次级。

二极管的作用是检波、钳位、限幅等
钳位电路的功能：将输入讯号的位准予以上移或下移，并不改变输入讯号的波形。

钳位是利用二极管的稳定的正向压降或稳压二极管的稳定的反向击穿电压参数，将电路上的信号电平控制在预期的范围内，超过范围的信号将被丢弃。

这种电路主要应用在设备的信号输入级上，防止信号输入过强，损坏设备。

最常见的钳位电路是一正一反两个二极管并联，它可以将信号的峰峰值限制在一个二极管导通电压上
在钳位电路中，二极管负极接地，则正极端电路被钳位零电位以下；1、当二极管负极接地时，则正极端电路的电位比地高时，二极管会导通将其电位拉下来，即正极端电路被钳位零电位或零电位以下（忽略管压降）！2、当二极管正极接地时，则负极端电路的电位比地高时，二极管会截至，其电位将不会受二极管的任何作用；3、在钳位电路中，二极管负极接+5V，则正极端电路被钳位+5V电位以下；4、在钳位电路中，二极管正极接+5v，则负极端电路被钳位+5V电位以上
限幅作用:二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。

利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。

二极管4个电路：整流、钳位保护、防反接、续流
我们知道二极管的一个主要特征是单向导电性，利用二极管的单向导电性可以实现整流、钳位保护、防反接、续流等。

下面介绍这四个简单电路
1、整流作用：利用单向导电性把交流电转换为直流电，用四个二极管首尾相连接直接集成到一个IC上制作成桥堆。

2、钳位保护电路：由两个二极管反向串联组成，两个二极管首尾连接部位是受保护的节点。

以1N4148为例，当该点的电压＞VDD+0.7V时候，D2导通；而当该点电压＜-0.7V时，D1导通。

因此，该点电压被钳位在-0.7V与VDD+0.7V 之间。

3、防反接电路：利用了一个保险丝或者0欧姆电阻以及反向并联的二极管D2，电路正常工作时，二极管反向截止不导通，同时保险丝不会被熔断；当输入端正负极接反时候，D2导通，此时的电流很大，保险丝熔断，电路被切断，后面的电路被保护。

4、续流:继电器在断开时候会产生一个很大反向电动势，这个反电势会对继电器造成破坏，并联一个二极管可以吸收这个反电势，起到续流作用。

利用二极管的单向导电性还有很多，比如检波、稳压等。

可以说二极管除了电阻和电容基本上用到比较多的一个元器件。

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钳位电路的工作原理和作用
所谓钳位，就是把输入电压变成峰值钳制在某一预定的电平上的输出电压，而不改变信号。

钳位电路(1)功能：将输入讯号的位准予以上移或下移，并不改变输入讯号的波形。

(2)基本元件：二极管D、电容器C及电阻器R(直流电池VR)。

(3)类别：负钳位器与正钳位器。

(4)注意事项D均假设为理想，RC的时间常数也足够大，不致使输出波形失真。

任何交流讯号都可以产生钳位作用。

负钳位器
(1)简单型
工作原理Vi正半周时,DON,C充电至V值,Vo=0V。

Vi负半周时，DOFF，Vo=-2V。

(2)加偏压型
工作原理Vi正半周时，二极管DON，C被充电至V值(左正、右负)，Vo=+V1(a)图或-V1(b)图。

Vi负半周时，二极管DOFF，RC时间常数足够大，Vo=VC+Vi(负半周)=2V。

几种二极管负钳位器电路比较
正钳位器(1)简单型
工作原理Vi负半周时，DON，C充电至V值(左负、右正)，Vo=0V。

Vi正半周时，DOFF，Vo=VC+Vi(正半周) =2V。

(2)加偏压型
判断输出波形的简易方法
1. 由参考电压V1决定输出波形于坐标轴上的参考点。

2 .由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为
，则波形必须向上移动;若二极管的方向为，则波形必须往下移动。

3 决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上，即为我们所求。

几种二极管正钳位器电路比较。

反激式电源中MOSFET的钳位电路输出功率100W以下的AC/DC电源通常都采用反激式拓扑结构。

这种电源成本较低，使用一个控制器就能提供多路输出跟踪，因此受到设计师们的青睐，且已成为元件数少的AC/DC转换器的标准设计结构。

不过，反激式电源的一个缺点是会对初级开关元件产生高应力。

反激式拓扑结构的工作原理，是在电源导通期间将能量储存在变压器中，在关断期间再将这些能量传递到输出。

反激式变压器由一个磁芯上的两个或多个耦合绕组构成，激磁能量在被传递到次级之前，一直储存在磁芯的串联气隙间。

实际上，绕组之间的耦合从不会达到完美匹配，并且不是所有的能量都通过该气隙进行传递。

少量的能源储存在绕组内和绕组之间，这部分能量被称为变压器漏感。

开关断开后，漏感能量不会传递到次级，而是在变压器初级绕组和开关之间产生高压尖峰。

此外，还会在断开的开关和初级绕组的等效电容与变压器的漏感之间，产生高频振铃(图1)。

图1：漏感产生的漏极节点开关瞬态如果该尖峰的峰值电压超过开关元件(通常为功率MOSFET)的击穿电压，就会导致破坏性故障。

此外，漏极节点的高幅振铃还会产生大量EMI。

对于输出功率在约2W以上的电源来说，可以使用钳位电路来安全耗散漏感能量，达到控制MOSFET电压尖峰的目的。

钳位的工作原理钳位电路用于将MOSFET上的最大电压控制到特定值，一旦MOSFET电压达到阈值，所有额外的漏感能量都会转移到钳位电路，或者先储存起来慢慢耗散，或者重新送回主电路。

钳位的一个缺点是它会耗散功率并降低效率，因此，有许多不同类型的钳位电路可供选择(图2)。

有多种钳位使用齐纳二极管来降低功耗，但它们会在齐纳二极管快速导通时增加EMI的产生量。

RCD钳位能够很好地平衡效率、EMI产生量和成本，因此最为常用。

图2：不同类型的钳位电路钳位RCD钳位的工作原理为：MOSFET关断后，次级二极管立即保持反向偏置，励磁电流对漏极电容充电(图3a)。

当初级绕组电压达到由变压器匝数所定义的反射输出电压(VOR)时，次级二极管关断，励磁能量传递到次级。

开关电源钳位保护电路及散热器的设计开关电源钳位保护电路及散热器的设计0 引言开关电源漏极钳位保护电路的作用是当功率开关管（MOSFET）关断时，对由高频变压器漏感所形成的尖峰电压进行钳位和吸收，以防止MOSFET因过电压而损坏。

散热器的作用则是将单片开关电源内部产生的热量及时散发掉，避免因散热不良导致管芯温度超过最高结温，使开关电源无法正常工作，甚至损坏芯片。

下面分别阐述漏极钳位保护电路和散热器的设计要点、设计方法及注意事项。

1 设计开关电源漏极钳位保护电路的要点及实例在“输入整流滤波器及钳位保护电路的设计”一文中（详见<电源技术应用>2009年第12期），介绍了反激式开关电源漏极钳位保护电路的工作原理。

下面以最典型的一种漏极钳位保护电路为例，详细阐述其设计要点及设计实例。

1）设计实例采用由瞬态电压抑制器TVS（P6KE200，亦称钳位二极管）、阻容吸收元件（钳位电容C和钳位电阻R 1）、阻尼电阻（R 2）和阻塞二极管（快恢复二极管FR106）构成的VDZ、R、C、VD型漏极钳位保护电路，。

选择TOPswitch-HX系列TOP258P芯片，开关频率f=132kHz，u=85~265V，两路输出分别为UO1（+12V、2A）、UO2（+5V、2.2A）。

P O=35W，漏极峰值电流I P=I LIMIT=1.65A.实测高频变压器的一次侧漏感L 0=20μH。

图1 最典型的一种漏极钳位保护电路2）设计要点及步骤（1）选择钳位二极管。

采用P6KE200型瞬态电压抑制器（TVS），钳位电压UB=200V。

（2）确定钳位电压的最大值UQ（max）。

令一次侧感应电压（亦称二次侧反射电压）为UOR ，要求：1.5U OR≤U Q（max）≤200V实际可取U Q（max）=U B=200V.（3）计算最大允许漏极电压U D（max）为安全起见，U D （max）至少应比漏-源极击穿电压7 00V留出5 0V的余量。

二极管钳位保护电路-回复二极管钳位保护电路（Diode Clipping Circuit）是一种常用的电子电路，用于保护电路中的器件免受过电压的损害。

这种保护电路利用二极管的特性，能够限制输入信号的电压范围在一定的安全值内，避免对后续电路产生不可逆的损坏。

在本文中，我们将一步一步地讲解二极管钳位保护电路的原理、实现方法以及其在电子电路中的应用。

首先，让我们来了解二极管钳位保护电路的原理。

二极管是一种具有单向导电性的电子器件，具有低电阻的正向导通特性和高电阻的反向截止特性。

当正向电压施加在二极管上时，二极管处于导通状态，可以通过电流；而当反向电压施加在二极管上时，二极管处于截止状态，电流无法通过。

利用这种特性，我们可以设计一个二极管钳位保护电路，将输入信号的电压限制在一定的范围内。

接下来，我们将介绍如何实现一个简单的二极管钳位保护电路。

首先，我们需要准备两个二极管和两个电阻，以及一个输入信号源和一个负载。

第一步，将两个二极管的正向端分别连接到输入信号源和负载之间的连接点，即并联连接。

第二步，将两个二极管的反向端分别连接到地，即串联连接。

第三步，将一个电阻连接到输入信号源和二极管的连接点，将另一个电阻连接到负载和二极管的连接点。

通过以上步骤，我们就完成了一个简单的二极管钳位保护电路。

当输入信号的电压超过二极管的正向导通电压时，电流将通过二极管和负载；当输入信号的电压低于二极管的正向导通电压时，二极管将处于反向截止状态，电流无法通过。

因此，我们可以通过调整二极管的正向导通电压来限制输入信号的电压范围。

除了保护电路中的器件免受过电压的损害之外，二极管钳位保护电路还可以用于信号调节和波形修整。

例如，当输入信号的幅度超过负载电路所能承受的范围时，二极管钳位保护电路可以将其限制在安全范围内，保护负载电路不受损坏。

另外，二极管钳位保护电路还可以用于对信号进行修整，去除信号中的峰值部分或修剪波形，使得输出信号更加稳定和可靠。

钳位电路工作过程详尽描述钳位电路原理说明：概念：把信号整体抬高或下降的电路。

抬高的是正钳位，下降的是负钳位。

这个电路和微分电路形式相同，只是多了一个二极管，微分电路的波形如下（方波激励）可根据此波形迅速记忆钳位电路的波形和电路。

二极管起到限幅的作用，它正向导通的时候，就把输出限制0.7伏左右，反向的时候就不起作用。

所以二极管正极连着电容的负钳位，因为它把大于0.7伏的上半部分波形削去。

负极连着电容的是正钳位，因为它削去了下半部分波形。

负钳位波形：正钳位波形：具体工作过程：以负钳位为例①方波信号正跳变，电容电压不能突变，相当于短路，所以电阻上也得到了一个正跳变电压，即信号方波的幅值。

对应着正钳位波形图大于零的那一点点。

（这里还有一个问题，如果二极管是理想的，是得不到这个幅值的，因为二极管导通后削去了0.7伏之上的电压）②二极管导通后，电容迅速充电，两端电压很快达到方波的幅值，此时，电容相当于断开，电阻上的电压就变为零了。

这时得到的波形对应着正钳位波形图大于零的那一点点。

③之后在方波信号维持正幅值期间，电容都相当于断开，电阻上无电压，对应波形图上无输出的部分。

④方波信号负跳变到零，则输入端相当于短路，原来电容上的所充到的电压为左正右负，二极管截止，电容通过电阻放电。

这个瞬间电阻就得了一个负跳变电压——电容上的全部电压，即方波幅值。

对应波形图上小于零的下半部分。

⑤此后就是不断重复上面的过程了。

正钳位电阻上的电压和上面的过程相反。

当然，钳位不能改变信号的形状，上面的波形是RC太小，电容放电太快造成的，增大RC，信号就基本不变，波形如下信号波形：负钳位波形：。

一、限幅电路图一是二极管限幅电路，电路（a）是并联单向限同上电路，电路（b）是串联单向限幅电路；电路（C)是双向限幅电路，三种电路的工作原理相同，现以电路（C）说明：分析电路原理时认为二极管的正向电阻Rf为零反向电阻Rr为无限大，当Ui>E1时，D1导通，则Uo=E1；反之，当Ui<E2时，D2导通，则Uo=-E2;而当E2〈Ui<E1时，D1和D2截止，Uo随Ui而改变，故输出波如图（C）所示。

按式R=来选限流电阻。

例如设二极管D的Rf=200欧及Rr=500千欧，可算得R≈10千欧，E1、E2可按要求限幅电平来选取，但要考虑二极管的正向压降（硅管约为0.6伏，锗管约为-0. 3伏）的影响。

图一、二极管限幅电路二、箝位电路箝位的作用是使信号的起始电平固定在某个数值上，以图二说明：当电路输入一矩形波信号Ui。

若无D时，Ui中的直流分量U被C隔开，只有交流分量传至输出端，使用输出信号失去直流分量而改变了起始电平，用了箝位二极管D后，当Ui=E时，D截止，C充电，因时间常数RC很大，所以输出Uo稍微下降了△U；当Ui突然变至零时，D导通；C经D很快放电，输出从-△U很快趋于零，因此输出信号被D箝位于零起始电平，也可以说，恢复了直流分量。

图二、二极管箝位电路箝位电路可以把信号箝位于某一固定电平上，如图三（a）电路，当输入Ui=0期间，D截止，U o=-Eo；而当输入Ui突变到Um瞬间，电容C相当短路，输出Uo由-Eo突变至Um，这时D截止，C经R及Eo充电，但充电速度很慢，使Uo随C充电稍有下降；当Ui从Um下降为零瞬间，Uo也负跳幅值Um，此时D导通，C放电很快，因此输出信号起始电平箝位于-Eoo同理，电路（b）的输出信号箝位于Eoo值得注意的是，箝位电路不仅使输出信号的起始电平箝位于某一电平，而且能使输出信号的顶部电平箝位于某一数值，电路元件估算公式如下：式一式中：Rf、Rr为二极管正向、反向电阻。