全桥变换器中钳位二极管工作情况的详细分析

电气传动2016年第46卷第8期基于TMS320F28035的三相大功率充电机设计周映虹，冯晓培，郭思远，李志忠（广东工业大学信息工程学院，广东广州510006）摘要：分析了变压器原边与滞后桥臂相联的加钳位二极管的零电压开关脉宽调制全桥变换器工作原理，采用TMS320F28035实现了变换器的零电压开关脉宽调制，设计了1台功率为10kW 的三相直流充电机。

实验结果表明了设计方案是可行的。

关键词：全桥变换器；脉宽调制；零电压开关；移相控制；钳位二极管中图分类号：TM464文献标识码：ADesign of Three -phase Power Charger Based on TMS320F28035ZHOU Yinghong ，FENG Xiaopei ，GUO Siyuan ，LI Zhizhong（School of Information Engineering ，Guangdong University of Technology ，Guangzhou 510006，Guangdong ，China ）Abstract:A clamping diode phase -shifted ZVS full -bridge converter using the transfer primary side combinedwith the lag bridge arm had been analyzed.And a 10kW three -phase power charger was built ，by utilizing a 32-bit fixed -point DSP -TMS320F28035as core controller to achieve the ZVS PWM.The experimental results show that the designed scheme is feasible.Key words:full -bridge converter ；pulse eidth modulation （PWM ）；zero voltage switch （ZVS ）；phase shift control ；clamp diodes基金项目：广东省新能源汽车专项（110105752020190）作者简介：周映虹（1978-），女，博士，讲师，Email ：****************ELECTRIC DRIVE 2016Vol.46No.8移相控制的零电压开关全桥变换器具有输出功率大、效率高和可靠性好等特点，被大功率开关电源作为主电路广泛使用。

二极管的钳位
二极管是一种用于电路中的半导体器件，具有只允许电流在一个方向
流动的特性。

而在实际使用中，为了正常的工作，需要正确连接二极
管的钳位。

一、二极管的结构
二极管通常由P型半导体和N型半导体制成。

其中，P型半导体中掺杂的杂质浓度较高，而N型半导体中掺杂的杂质浓度较低。

这使得二极
管的两端区别明显，分别为阳极和阴极。

二、钳位的分类
二极管的钳位分为三种：阳极、阴极和标记钳。

1.阳极（Anode）
由于P型半导体掺杂的杂质较多，因此在连接正电压时会吸引电子，
而电子会从N型半导体向P型半导体移动，从而形成电流的流动。

因此，阳极是二极管正极。

2.阴极（Cathode）
与阳极相反，阴极是掺杂杂质浓度较低的N型半导体。

在连接负电压时，电子会从P型半导体向N型半导体移动，形成电流的流动。

因此，阴极是二极管的负极。

3.标记钳（Marking）
标记钳通常是在二极管的外壳上留下的一个标记，目的是用于区分二极管的极性。

在连接二极管时，标记钳通常要与阳极相连。

三、正确连接二极管钳位的方法
1.判断二极管的极性，一般通过外壳上的标记钳。

2.将阳极连接到正极，将阴极连接到负极。

3.确保钳位良好的接触，避免接触不良的情况。

4.注意电路的电压和电流的大小，要保证二极管的额定电压和电流能够承受。

总之，正确连接二极管钳位非常重要，既能确保电路正常工作，也能避免损坏二极管。

因此，在连线前，一定要仔细学习二极管的各个钳位的含义和连接方法，并严格按照规定进行连接，保证电路的安全稳定运行。

钳位二极管原理讲解1.钳位二极管的结构钳位二极管的结构与普通二极管相似，由N型半导体和P型半导体交替堆叠形成。

与普通二极管的不同之处在于，钳位二极管在N型半导体中增加了P型注入区，也叫D型区。

这样一来，钳位二极管具有三个区域：P型半导体的区域（称为P区或阳极区）、N型半导体的区域（称为N区或阴极区）以及P型注入区。

2.钳位二极管的工作原理-在正向偏置的情况下，电流流经钳位二极管的P区，进入N区，然后在P区中注入。

由于D型区的存在，这导致了注入电流增加的过程，并使得钳位二极管的电压下降。

-当出现尖峰脉冲信号时，比如电感元件开关的瞬态过渡过程中，会产生电感元件自身的感应电动势。

如果不加控制，这个感应电动势可能会导致电压超过元件的额定值，从而损坏元件。

然而，钳位二极管的存在可以防止这种过电压的发生。

当感应电动势出现时，钳位二极管处于反向偏置状态。

由于D型区的存在，钳位二极管的注入电流将增强，并产生一个反向电流，从而抑制过电压，保护其他元件。

3.钳位二极管的应用-在开关电源中，钳位二极管用于消除变换器和开关电源中电感元件（如变压器或电感线圈）的开关过渡过程中产生的尖峰噪声。

这些尖峰噪声可能对其他电子元件产生干扰，使用钳位二极管可以有效消除这种干扰。

-在电感元件（如继电器和电机）的保护电路中，钳位二极管可以保护电路中的其他元件，确保其不受电感元件开关过渡过程中产生的过电压的损害。

-在通信电路和数据线中，钳位二极管用于抑制静电放电和防止电磁干扰。

总结：钳位二极管通过引入P型注入区域，可以在电路中起到限制过电压的作用。

通过增加钳位二极管的注入电流，可以在感应电动势产生时抑制过电压，保护其他电子元件的安全运行。

钳位二极管广泛应用于消除开关电路中的尖峰噪声，保护电感元件和其他元件，抑制静电放电和电磁干扰。

在实际应用中，我们应根据电路的具体需求选择合适的钳位二极管。

移相全桥原边钳位二极管
移相全桥原边钳位二极管是一种常见的电子元器件，用于电路中的整流和滤波功能。

它具有许多优点，如高效能、高频率操作和可靠性等。

下面将介绍移相全桥原边钳位二极管的工作原理和应用领域。

我们来了解一下移相全桥原边钳位二极管的工作原理。

它是由四个二极管组成的全桥整流电路，其中两个二极管用于整流，另外两个二极管用于钳位。

在交流电源输入时，通过移相变压器将电压进行相位变换，然后经过全桥整流电路进行整流，最后通过钳位二极管将电压稳定在一定的范围内。

这样可以实现电压的稳定输出。

移相全桥原边钳位二极管主要应用于交流电源的整流和滤波功能。

它可以将交流电源转换为直流电源，滤除电源中的杂波和噪声，使得输出电压更加稳定。

因此，在各种电子设备和电路中都广泛应用，如电源适配器、电子变频器和电动汽车充电器等。

除了上述的应用领域，移相全桥原边钳位二极管还可以用于交流电压的频率调节。

通过调整移相变压器的参数，可以改变输出电压的频率，从而适应不同的电器设备和电路需求。

移相全桥原边钳位二极管是一种重要的电子元器件，具有整流、滤波和频率调节等功能。

它的应用范围广泛，可以在各种电子设备和电路中发挥重要作用。

通过了解和掌握其工作原理和应用领域，我们可以更好地应用和设计电子电路，提高电路的性能和效率。

二极管钳位电路工作原理详解一、二极管基本原理二极管是一种具有单向导电性的电子器件，它只允许电流从一个方向流过，而阻止电流从另一个方向流过。

二极管的基本工作原理是利用PN结的电压特性来实现导通和截止的功能。

当二极管两端加正向电压时，PN结导通，电流可以顺利通过；而当二极管两端加反向电压时，PN结截止，电流无法通过。

二、钳位电路结构钳位电路是一种用于限制电压波动的电路，主要由二极管和电阻组成。

钳位电路通常包括两个二极管和一个电阻，其中两个二极管反向并联，电阻连接在两个二极管的中间。

三、钳位电路工作原理当钳位电路中的输入电压超过预定值时，反向并联的二极管将导通，形成一个短路路径，将输入电压限制在预定值以下。

此时，电阻起到分压作用，将输入电压的一部分分流到地，从而保护后续电路免受过电压的影响。

四、钳位电路应用钳位电路广泛应用于各种电子设备中，如电源适配器、充电器、电机驱动器等。

在电源适配器中，钳位电路可以保护输出电压免受输入电压波动的影响；在电机驱动器中，钳位电路可以防止电机绕组在开关管开通或关断时产生的过电压对电机造成损坏。

五、钳位电路优缺点钳位电路的优点包括：结构简单、成本低、可靠性高。

其缺点包括：限制电压的精度不高、响应速度较慢。

六、钳位电路调试与维护在使用钳位电路时，需要进行调试以确保其正常工作。

调试过程中需要注意以下几点：1.确保输入电压在预定范围内；2.调整电阻的阻值以获得合适的电压限制值；3.检查二极管是否正常工作；4.在使用过程中定期检查和维护电路。

此外，为了确保钳位电路的正常工作，还需要注意以下几点：1.保持电路板的清洁和干燥；2.避免过电流或过电压对电路板造成损坏；3.在使用过程中注意安全操作规程。

总之，钳位电路是一种常见的电子电路保护技术，其工作原理和应用广泛。

在使用过程中需要注意调试和维护以确保其正常工作并保护后续电路免受过电压的影响。

什么是钳位二极管钳位的意思就是把位置卡住，在电路中就是限制电压，英文名：Clamp diode。

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。

工作原理同样是二极管的单向导电性。

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，二极管会截止，其电位将不会受二极管的任何影响。

二钳位二极管电路分析为了方便大家记住这种应用，先上图，让大家都来分析下。

1、负钳位二极管电路工作原理：Vi正半周时；开始充电，电容C充电至V值，此时钳位二极管导通，Vo=0V。

Vi负半周时，停止充电，电容上的电压为-V，同时加上负半周电压-V，Vo=-2V。

2、偏压型钳位二极管电路工作原理：Vi正半周时，二极管DON，C被充电至V值(左正、右负)，Vo=+V1(a)或-V1(b)。

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

三钳位二极管的应用说起钳位二极管的应用，小编深有体会，前段时间做高通MSM8909平台，经常遇到GPIO管脚被静电击穿，也就是EOS，为什么这里会说到GPIO？因为GPIO 内部电路结构中就有钳位二极管电路，话不多说，上图。

如上图所示，我们来分析下。

钳位二极管D1的负极上拉的GPIO的参考电源VDD，钳位二极管D2的正极接GND。

当输出电压大于VDD；D1导通，D2截止，Pin的电压为VDD(忽略二级管的导通压降)；当输入电压小于GND；D1截止，D2导通，Pin的电压为GND(忽略二级管的导通压降)；因此能够把输入电压的范围控制在[GND,VDD]之间，保护Pin不受损坏。

那如何判定GPIO是否损坏呢？方法如下：首先，把万用表调到二极管档位，红表笔接主板的GND，黑表笔接测试GPIO 管脚，此时是测量二极管D2是否损坏，测试值是二极管的导通值，一般范围0.4-0.6V，超出此范围为二极管击穿。

钳位二极管的工作原理钳位二极管是一种特殊的二极管，它具有特殊的工作原理和应用场景。

在理解钳位二极管的工作原理之前，首先我们需要了解一些基本的二极管知识。

二极管是一种具有两个电极的电子元件，常用于电路中的整流和开关等功能。

它由P型半导体和N型半导体组成，两种半导体之间形成的结被称为P-N结。

P型半导体中的载流子主要是电子，而N型半导体中的载流子主要是空穴。

在P-N结中，由于P型半导体的电子和N型半导体的空穴发生复合，形成一个电势垒，阻止了电流的反向流动。

当施加正向偏置电压时，电子从N型半导体流入P型半导体，空穴从P型半导体流入N型半导体，形成电流。

而当施加反向偏置电压时，电子和空穴受到电势垒的阻止，电流无法形成。

而钳位二极管则是在二极管的基础上发展而来的一种特殊类型。

它的工作原理与普通二极管类似，但是在正向偏置电压下，它能够将电压稳定在一个特定的值上。

这个特定的电压被称为钳位电压，是钳位二极管的一个重要参数。

钳位二极管的工作原理主要依赖于PN结和金属-半导体接触之间的物理特性。

在正向偏置电压下，当电子和空穴进入PN结时，它们会与PN结内的材料发生复合。

这种复合过程会产生热量，使得PN 结温度升高。

当温度升高到一定程度时，PN结的物理特性会发生变化，导致电流的变化。

钳位二极管能够利用这种温度变化来实现电压的稳定。

具体来说，当正向偏置电压施加在钳位二极管上时，电流会通过PN结，并且会产生热量。

这些热量会导致PN结温度的升高，而PN结的温度升高会使得钳位二极管的电阻发生变化。

当温度升高到一定程度时，钳位二极管的电阻会发生急剧变化，从而限制电流的增加。

这样，在达到一定的温度后，钳位二极管的电阻会自动调整，使得电压稳定在一个特定的值上。

这个特定的值就是钳位电压。

钳位二极管的钳位电压是由其材料和结构决定的，通常可以通过选择不同的材料和工艺来实现不同的钳位电压。

钳位二极管广泛应用于电路中的电压稳定和保护功能，例如用于限制电压峰值、稳定信号波形等。

全桥变换器中钳位二极管工作情况的详细分析首先，我们来了解一下全桥变换器的基本结构。

全桥变换器由四个功率开关元件组成，包括两个电流型开关，如IGBT或MOSFET，以及两个钳位二极管。

全桥变换器的输入端与直流电源相连，输出端则通过一个负载电阻与地相连。

在工作时，全桥变换器的四个开关分别处于开关和关断状态，从而控制输出电压的大小和极性。

具体的工作过程如下：1.开关1和开关4接通，开关2和开关3断开。

这时，电源正极连通到负载，而地连接到负端的电阻。

这个过程称为正半周期。

2.开关1和开关4断开，开关2和开关3接通。

这时，电源负极连通到负载，而地连接到正端的电阻。

这个过程称为负半周期。

循环以上两个过程，即可实现对负载电压大小和极性的控制。

钳位二极管是一个重要的辅助电路元件，用于保护开关元件和提供电源电压。

在正半周期中，当开关1和开关4接通时，因为电感的存在，电流无法立即变为瞬间值。

此时，钳位二极管处于正向偏置状态，起到辅助导通的作用，帮助电流减小。

在负半周期中，当开关2和开关3接通时，电感中的能量无法瞬间消失。

此时，钳位二极管处于反向偏置状态，起到辅助反向导通的作用，帮助电感中的能量释放，从而避免引起电压浪涌和损坏开关元件。

需要注意的是，钳位二极管的导通特性是由开关元件的选用和控制策略决定的。

通常情况下，钳位二极管需要具有低开通电压和高关断电压的特性，以保护开关元件的安全工作。

此外，还需要注意钳位二极管的功率损耗，以免过大的功率损耗导致钳位二极管过热。

总结起来，全桥变换器中的钳位二极管起到了保护开关元件和辅助电流流动的作用。

在正半周期中，帮助电流减小；在负半周期中，帮助电感中的能量释放。

钳位二极管的选择和控制策略应根据实际需求和开关元件的特性进行优化，以确保全桥变换器的稳定工作。

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