钳位电路介绍
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栅极钳位电路
栅极钳位电路是一种常用的电路配置,用于控制晶体管的工作状态。
在栅极钳位电路中,栅极被连接到信号源,并通过电容和电阻组成的网络与地连接。
这种连接方式可以确保晶体管的栅极电压始终保持在一个固定的范围内,以稳定晶体管的工作。
栅极钳位电路的运作原理是通过电容的充放电过程来实现的。
当信号源的电压变化时,电容会迅速充放电,使得栅极电压保持在一个固定的范围内。
这样,即使信号源发生剧烈变化,栅极电压也能保持稳定,避免晶体管工作不稳定或损坏。
栅极钳位电路的设计需要根据晶体管的参数和工作要求来确定电容和电阻的数值。
电容的选择应该满足充放电时间常数的要求,以确保栅极电压的稳定性。
而电阻的选择则需要考虑功耗和信号源的阻抗匹配等因素。
栅极钳位电路可以应用于各种电子设备中,如放大器、滤波器、振荡器等。
它的主要作用是稳定晶体管的工作状态,提高电路的可靠性和性能。
栅极钳位电路是一种常用的电路配置,用于稳定晶体管的工作状态。
通过合理选择电容和电阻的数值,可以确保栅极电压始终保持在一个固定的范围内,提高电路的可靠性和性能。
有源钳位吸收电路
有源钳位吸收电路是一种被广泛应用于电子电路中的电路。
其主要作用是消除电路中的干扰信号,并保护电子元件不受到损坏。
有源钳位吸收电路包括两个主要部分:一个运放和两个二极管。
当干扰信号进入电路时,它会被输入端的二极管截断,同时通过电容器将信号传递到有源钳位。
有源钳位是一个包含运放和反馈电路的电路,它会通过反馈电路将干扰信号反馈到输入端的另一个二极管,从而将干扰信号完全消除。
有源钳位吸收电路的设计需要考虑到电路中的工作频率以及干扰信号的幅度和频率等因素。
有源钳位吸收电路在电子电路中具有广泛的应用,特别是在高频电路中。
它可以有效地消除各种干扰信号,提高电路的稳定性和可靠性。
此外,它还可以用于信号放大、滤波和调节等方面。
总之,有源钳位吸收电路是一种重要的电子电路,它可以消除干扰信号,保护电子元件,提高电路的稳定性和可靠性。
在实际应用中,需要根据具体情况进行设计和调试,以确保其正常工作。
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二极管钳位电路的应用二极管钳位电路是一种常用的电子电路,它具有许多应用。
本文将介绍二极管钳位电路的原理及其在不同领域的应用。
让我们来了解一下二极管钳位电路的原理。
二极管钳位电路由两个二极管和一个电阻组成。
其中一个二极管被正向偏置,另一个二极管被反向偏置。
这种电路的作用是将输入信号限制在一个特定的范围内,通常是在两个固定的电压之间。
当输入信号超过这个范围时,二极管将开始导通,将电压限制在一个安全的范围内,以保护后续电路不受损坏。
二极管钳位电路的应用非常广泛。
下面我们将重点介绍其中几个常见的应用领域。
1. 信号限幅器:在通信系统中,信号的幅度可能会受到各种因素的影响而发生变化。
为了确保信号在一定的范围内,不超过接收电路的处理能力,可以使用二极管钳位电路作为信号限幅器。
通过调整电阻和二极管的参数,可以将输入信号限制在一个特定的幅度范围内。
2. 电源稳压器:在电子设备中,稳定的电源电压是非常重要的。
二极管钳位电路可以用作电源稳压器,将输入电源的波动限制在一个较小的范围内,以确保稳定的工作电压。
这对于一些对电压要求较高的设备非常重要,如精密测量仪器和计算机系统。
3. 温度补偿:二极管的导通电压与温度呈负相关关系。
利用这一特性,可以将二极管钳位电路用于温度补偿。
通过将一个二极管与一个热敏电阻连接,当温度发生变化时,热敏电阻的阻值会发生相应的变化,从而使得二极管的导通电压保持稳定。
4. 波形修整:在模拟电路中,输入信号的波形可能会失真或受到噪声的干扰。
通过使用二极管钳位电路,可以修整信号的波形,去除不必要的噪声,并将信号限制在一个更加稳定的范围内。
5. 电压检测器:二极管钳位电路可以用作电压检测器,用于检测输入电压是否超过或低于某个设定值。
当输入电压超过设定值时,二极管将导通,从而触发后续电路的动作或警报。
总结起来,二极管钳位电路是一种非常实用的电子电路,具有广泛的应用领域。
它可以用于信号限幅、电源稳压、温度补偿、波形修整和电压检测等方面。
有源钳位全桥电路 ic有源钳位全桥电路 IC是一种常用于传感器信号放大和滤波的电路。
它采用了有源钳位技术,能够有效地抑制共模干扰,提高信号的精度和稳定性。
同时,它还具有高增益、低噪声、高输入阻抗等优点,适用于各种工业、医疗、汽车等领域的应用。
有源钳位全桥电路IC的工作原理是利用有源元件(如晶体管、运放等)对输入信号进行钳位,使得共模信号被抑制,差模信号被放大。
在全桥电路中,有两个传感器分别测量被测量物体的两个相对位置,它们的输出信号经过差分放大器放大后,得到一个差分信号。
这个差分信号就是被测量物体的位移信号,可以通过有源钳位技术进行进一步处理,得到更加精确的测量结果。
有源钳位全桥电路IC的优点主要有以下几个方面:1. 抑制共模干扰:有源钳位技术能够有效地抑制共模干扰,提高信号的精度和稳定性。
2. 高增益:有源钳位全桥电路IC具有高增益,能够放大微弱的传感器信号,提高信号的灵敏度。
3. 低噪声:有源钳位全桥电路IC的噪声水平较低,能够提高信号的信噪比,提高测量的准确性。
4. 高输入阻抗:有源钳位全桥电路IC的输入阻抗较高,能够减少对传感器的负载,提高传感器的灵敏度和稳定性。
有源钳位全桥电路IC的应用范围非常广泛,主要包括以下几个方面:1. 工业领域:有源钳位全桥电路IC可以用于工业自动化控制系统中的传感器信号放大和滤波,提高系统的稳定性和精度。
2. 医疗领域:有源钳位全桥电路IC可以用于医疗设备中的传感器信号放大和滤波,提高医疗设备的测量精度和稳定性。
3. 汽车领域:有源钳位全桥电路IC可以用于汽车电子系统中的传感器信号放大和滤波,提高汽车电子系统的性能和可靠性。
总之,有源钳位全桥电路IC是一种非常重要的电路技术,它能够有效地提高传感器信号的精度和稳定性,适用于各种工业、医疗、汽车等领域的应用。
随着科技的不断发展,有源钳位全桥电路IC将会得到更加广泛的应用和发展。
mos管钳位电路
mos管钳位电路是一种常用的电子电路,它可以用来控制mos管的电压,实现对电路的精确控制。
mos管钳位电路由晶体管和二极管组成,通过对晶体管和二极管的电压进行控制,可以实现对mos管的钳位控制。
mos管钳位电路的基本原理是利用晶体管的放大作用来控制二极管的电流,从而实现对mos管的钳位控制。
当mos管的栅极电压达到一定的阈值时,mos管会开始导通,此时钳位电路就会起到限制mos 管电流的作用,从而保护mos管不被烧毁。
mos管钳位电路具有结构简单、控制精度高、可靠性好等优点,在各种电子电路中广泛应用。
在功率放大器、直流电源等电路中,mos 管钳位电路可以起到非常重要的作用,保护电路的稳定性和可靠性。
总之,mos管钳位电路是一种非常有用的电子电路,对于电路的控制和保护起到了非常重要的作用。
在实际应用中,需要根据具体的电路要求来选择合适的mos管钳位电路,以实现最佳的控制效果。
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钳位电压电路
钳位电压电路,也被称为钳位电路(clamping circuit),是一种特殊的电路,其主要作用是将脉冲信号的某一部分固定在指定的电压值上,同时保持原波形形状不变。
这种电路通常用于各种显示设备中,如示波器和雷达显示器,用以使扫描信号的直流分量得到恢复,从而解决由于扫描速度改变所引起的屏幕上图像位置移动的问题。
在电视系统中,钳位电路也被用来使全电视信号的同步脉冲顶端保持在固定的电压上,以克服由于失去直流分量或干扰等原因造成的电平波动,从而实现电视同步信号的分离。
钳位电路通常包含二极管、电阻和电容等元件。
其中,二极管是钳位电路中的关键元件,其正向导通压降相对稳定且数值较小(有时可近似为零)的特点被用来限制电路中某点的电位。
当二极管负极接地时,若正极端电路的电位比地高,二极管会导通并将其电位拉下来,使正极端电路被钳位在零电位或零电位以下。
这种钳位作用可以通过调整电路中的电阻和电容值来实现对电压的精确控制。
此外,钳位电路还可以分为正钳位电路和反激式开关电源的RCD钳位电路等多种类型。
正钳位电路主要用于限制电压的上升幅度,而反激式开关电源的RCD钳位电路则主要用于吸收变压器漏感引起的尖峰电压。
请注意,钳位电路的具体设计和应用需要根据具体的电子设备和应用场景来确定。
在实际应用中,需要根据电路的工作原理和元件的特性进行合理的设计和选择,以确保电路的稳定性和可靠性。
齐纳二极管钳位
齐纳二极管钳位,也称为齐纳剪(Zener Diode Clipper),是一种电子电路中常用的二极管钳位电路。
齐纳二极管钳位电路包括一个正向偏置的二极管和一个反向偏置的齐纳二极管。
在电路中,正向偏置的二极管起到限幅的作用,使输入信号在达到一定电压时被剪切。
而反向偏置的齐纳二极管具有稳定的反向击穿电压,当输入信号超过该击穿电压时,齐纳二极管开始导通,实现对输入信号剪切的功能。
齐纳二极管钳位电路常用于信号波形整形和限幅电路中,可以有效地将信号波形限制在一个较小的范围内,防止过高的电压对后续电路产生损害。
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。
mos管钳位电路MOS管是一种特殊的电子器件,因其高效、低功耗等优点而被广泛应用于各种电路中。
MOS管钳位电路是一种重要的电路设计方案,被广泛应用于信号放大、开关控制等领域。
下面我们来详细了解一下MOS管钳位电路的原理、特点和应用。
一、原理MOS管钳位电路实质上是一种电压放大器,其基本原理是利用MOS 管钳位特性,将输入信号转换成全差模信号,进而放大输出。
在该电路中,MOS管的D、S极通过电阻器与电源相连,而G极则与输入信号相连。
在正常工作状态下,MOS管的G极电位会被钳位电路控制在一个较为稳定的电位,并以此来达到电路放大的目的。
二、特点1.高灵敏度:MOS管钳位电路可以快速响应输入信号,具有高灵敏度的特点。
2.低噪声:由于MOS管钳位电路的钳位效应和低频限制,所以其输出信号噪声相对较小。
3.低失真:通过钳位电路控制MOS管的电位,可使其工作在线性区,从而降低失真程度。
4.高效率:MOS管钳位电路具有高效率的特点,适合应用于需要节能节电的场合。
三、应用1.信号放大:MOS管钳位电路可以放大各种类型的信号,包括音频、视频、传感器输出信号等。
2.开关控制:MOS管钳位电路可作为开关电路的驱动器,控制各种类型的负载开关。
3.传感器信号采集:MOS管钳位电路可以通过对传感器输出信号的放大和滤波,实现对目标传感信号的采集和分析。
4.仪器仪表:MOS管钳位电路被广泛应用于仪器仪表上,尤其是一些高灵敏度、高精度的仪器上。
总之,MOS管钳位电路作为一种重要的电路设计方案,在现代电路设计中扮演着越来越重要的角色。
其高灵敏度、低噪声、低失真、高效率等特点,使其被广泛应用于各种领域,并为现代科技的发展提供了强大的支持。
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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。
钳位电路工作原理
钳位电路是一种常用的电路设计,用于限制信号电压在一定范围内。
其工作原理是基于比较电路和反馈系统的组合。
钳位电路通常由一个比较器、一个参考电压源和一个反馈电路组成。
比较器负责将输入信号与参考电压进行比较,并输出高电平或低电平的脉冲信号。
参考电压源确定了信号的上下限。
反馈电路将比较器的输出连接回输入端,起到调整信号的作用,使其始终保持在参考电压的范围内。
具体而言,当输入信号的电压超过参考电压的上限时,比较器输出一个高电平的脉冲信号。
这个信号经过反馈电路后降低到参考电压的上限,作为下一个比较周期的参考电压。
同样地,当输入信号的电压低于参考电压的下限时,比较器输出一个低电平的脉冲信号。
这个信号经过反馈电路后升高到参考电压的下限,作为下一个比较周期的参考电压。
通过不断的比较和反馈,输入信号被有效地限制在参考电压的范围内。
钳位电路在实际应用中具有广泛的用途。
例如,它可以用于音频系统中的自动增益控制(AGC),用于限制输入信号幅度,避免过大或过小的声音;它也可以用于模数转换器中,用于将模拟信号转换为数字信号时限制输入信号幅度,避免溢出和失真。
总之,钳位电路通过比较和反馈的方式,将输入信号限制在给定的范围内,以确保电路正常工作。
它具有简单可靠、灵活性高等优点,被广泛应用于各种电子设备和系统中。
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。
二极管钳位电路四电平1.引言1.1 概述二极管钳位电路是一种常见的电子电路,它基于二极管的特性来实现对电压的限制和稳定。
在电子领域中,钳位电路常被用于对信号波形进行修正和保护。
它能够有效地限制输出电压的幅值,防止过高或过低的电压对后续电路造成损伤。
同时,二极管钳位电路能够提供稳定的电压参考和基准电平,使信号能够在固定的范围内进行传输和处理。
本文将重点介绍二极管钳位电路中的四电平钳位电路。
相比于传统的二极管钳位电路,四电平钳位电路能够在输出信号波形的正负半周期内实现四个不同的电平,从而更加精确地对输入信号进行限制和修正。
这使得四电平钳位电路在许多应用中具有重要的意义。
文章的结构如下:1. 引言部分将对二极管钳位电路的概念进行简要说明,并介绍文章的目的和结构。
2. 正文部分将详细介绍二极管钳位电路的原理和作用,包括钳位电路的工作原理、二极管的特性以及二极管在钳位电路中的应用。
同时,本部分还将介绍四电平钳位电路的设计与实现,包括电路结构、元器件选择和参数设计等内容。
3. 结论部分将总结二极管钳位电路的优势和应用,并展望四电平钳位电路的未来发展方向。
同时,还将对该电路的局限性和可能的改进方向进行探讨。
通过本文的阅读,读者将能够了解二极管钳位电路的基本原理和作用,以及四电平钳位电路在电子领域中的重要应用。
希望本文能够对读者理解和应用钳位电路有所帮助,并促进该领域的更深入研究和发展。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述二极管钳位电路的原理、作用以及四电平钳位电路的设计与实现。
具体内容安排如下:第一部分:引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的第二部分:正文2.1 二极管钳位电路的原理和作用- 二极管的基本结构和工作原理- 钳位电路的概念和作用2.2 四电平钳位电路的设计与实现- 四电平钳位电路的基本原理- 四电平钳位电路的设计要点- 四电平钳位电路的实现方法和案例分析第三部分:结论3.1 总结二极管钳位电路的优势和应用- 二极管钳位电路的优点总结- 二极管钳位电路的应用领域探讨3.2 展望四电平钳位电路的未来发展- 四电平钳位电路的发展趋势- 四电平钳位电路在新技术领域中的应用前景通过以上章节的划分,本文将系统地介绍二极管钳位电路的原理、作用以及四电平钳位电路的设计与实现。
运算放大器钳位电路一、什么是运算放大器钳位电路?1、运算放大器,大家听过吧?就是那种在电子世界里无所不能的小英雄!它不仅能放大信号,还能做各种复杂的数学运算,简直是电子电路里的“百变小天才”。
钳位电路是什么?听起来像是一个超级复杂的黑科技对吧?其实它比你想象的简单多了。
我们把它当做一个“信号限制器”来理解,做的就是“把信号管起来,不让它乱跑”。
你知道吗?钳位电路就像你管不住自己钱包里的花销时,你妈妈拿着那张银行卡在旁边紧盯着。
它的工作就是让信号不再超过某个阈值,让它“乖乖地”待在规定的范围里。
2、钳位电路通过运算放大器,把输入信号“夹住”或者“钳制”在某个范围内。
比如,如果输入信号太强,它就会把信号拉回来,避免电路里其他部分被烧坏或者失控。
想象一下,如果你在游泳池里游泳,突然水面开始涨得过高,钳位电路就是那个“排水系统”,把水位控制在安全的范围内,不让你溺水,也不让游泳池溢出来。
3、钳位电路不是万能的,也不是随便哪个运算放大器都能完成。
它通常要配合外部的二极管或者其他元件才能完成这种“钳制”任务。
而且它的设计可不简单,稍微不小心,信号就可能偏离我们预定的“安全区”。
所以,钳位电路在很多高精度的电子设备里,都是必不可少的“幕后英雄”。
二、运算放大器钳位电路的工作原理1、要想理解钳位电路的工作原理,咱们得从运算放大器的基本特性聊起。
运算放大器是一个“有增益”的器件,意思就是它能够把输入信号放大。
原本微弱的信号,经由它的“魔力”之后,会变得非常强大。
可是,强大的信号有时也会变得难以控制。
尤其在高频率、快速变化的电信号环境下,信号可能会超出设备能承受的范围,这时候就需要钳位电路来帮忙。
2、钳位电路的作用就是通过特定的设计,把信号“限制”在一个范围内。
假设我们设定了信号的最大值不能超过+5伏特,最小值不能低于5伏特。
当输入信号大于5伏特时,钳位电路会自动将信号压缩,让它变得平稳;而当输入信号低于5伏特时,电路会阻止信号继续下跌,避免它跌破“警戒线”。
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。
漏感能量继续对变压器和漏极电容充电,直到初级绕组电压等于箝位电容电压(图3b)。
图3:RCD钳位电路的初级侧钳位
Vc=钳位电压
此时,阻断二极管导通,漏感能量被转移到钳位电容(图4a)。
经由电容吸收的充电电流将漏极节点峰值电压钳位到VIN(MAX)+VC(MAX)。
漏感能量完全转移后,阻断二极管关断,钳位电容放电到钳位电阻,直到下一个周期开始(图4b)。
通常会添加一个小电阻与阻断二极管串联,以衰减在充电周期结束时变压器电感和钳位电容之间产生的任何振荡。
这一完整周期会在钳位电路中造成电压纹波(称为VDELTA),纹波幅度通过调节并联电容和电阻的大小来控制(图5)。
图4:RCD钳位的工作原理
钳位电阻消耗漏感能量
RCDZ钳位与RCD钳位的工作原理相同,不同点在于它通过齐纳二极管与电阻串联来分担耗散(图2)。
齐纳二极管可防止电容放电至齐纳二极管阻断电压以下,这样可限制功率耗散并提升效率,特别是在轻载时非常有用。
ZD钳位对由齐纳二极管的阻断电压指定的MOSFET电压提供硬钳位。
RCD+Z钳位与RCD钳位的工作方式相同,所添加的齐纳二极管对瞬态条件下的MOSFET电压提供硬钳位,并且前者在正常工作条件下的EMI生成特性,也与RCD钳位相同。
图5:RCD钳位电压的基准测量
钳位设计必须同时考虑变压器和MOSFET的特性。
如果最低钳位电压低于变压器的VOR,钳位将充当一个负载,耗散的不仅仅是漏感能量。
如果钳位元件过小,它们可能变得过热,无法预防危险的电压,并会产生不必要的EMI。
最为重要的是,钳位必须对各种电源输入电压、负载电流和元件容差条件下的MOSFET 提供保护。
Power Integrations公司发布的《确定钳位大小的设计指南》(PI-DG-101),对反激式电源所用到的四种主要钳位电路分别提供了确定元件大小的详细步骤。
该设计指南可与PI Expert设计软件配合使用。
PI Expert是一款交互式程序,它可以根据设计师的电源规格自动确定关键元件(包括变压器规格),从而完成一个有效的开关电源的设计。
PI Expert可自动生成钳位设计,但其结果将比《确定钳位大小的设计指南》中的以下算法所生成的稍为保守些。
确定RCD钳位的大小
这里介绍了设计RCD钳位时需要遵循的步骤摘要。
完整的细节内容,请参阅《确定钳位大小的设计指南》。
下面所提到的所有值,均非由用户测量或定义,可在PI Expert的设计结果选项卡中找到。
1.测量变压器的初级漏感LL。
2.检查您的设计的开关频率fs。
3.确定正确的初级电流IP,方法如下:如果设计采用功率限制设定,则IP=ILIMITEXT;如果设计采用外部流限设定,则IP=ILIMITEXT;对于所有其他设计,IP=IILIMITMAX。
4.确定初级MOSFET所允许的总电压,并根据以下公式计算Vmaxclamp。
建议至少应维持低于MOSFET的BVDSS 50V的电压裕量,并另外留出30V到50V的电压裕量,以满足瞬态电压要求。
5.确定钳位电路的电压纹波VDELTA。
6.根据以下公式计算钳位电路的最小电压。
7.根据以下公式计算钳位电路的平均电压Vclamp。
8.根据以下公式计算漏感中储存的能量。
9.根据以下公式估算钳位中的能量耗散Eclamp。
10.根据以下公式计算钳位电阻值。
11.钳位电阻的功率额定值应大于
12.根据以下公式计算钳位电容值。
13.钳位电容的电压额定值应大于1.5*Vmaxclamp。
14.应使用快速或超快恢复二极管,将其用作钳位电路中的阻断二极管。
15.阻断二极管的峰值反向电压应大于1.5*Vmaxclamp。
16.阻断二极管的正向反复峰值电流额定值应大于IP;如果数据手册中未提供该参数,则平均正向电流额定值应大于:0.5*IP。
17.根据以下公式确定阻尼电阻的大小(如使用)。
18.阻尼电阻的功率额定值应大于
完成初始设计后,应制作一个原型来检验电源性能,因为变压器漏感会因绕组技术的不同而有极大差异。
特别是,应当测量平均电压Vclamp,并将之与步骤7中的计算结果进行比较(图5)。
如有任何差异,可通过调整Rclamp值来纠正。
如果测试结果与预期相差悬殊,则必须重新进行设计。
其他钳位类型及其每个额外元件大小的确定步骤都是一样的。
在选择二极管和齐纳稳压管时必须特别注意,以确保不会超过它们的功率额定值。
在要求使用齐纳稳压功能的大部分设计中,应使用瞬态电压抑制器来提供所需的瞬时峰值额定功率。
应在电源满载及最低输入电压条件下测量元件体的温度,检验其功率额定值是否正确。
如有元件的工作温度超出制造商的建议温度限值,应重新调整其大小,并根据原型结果仔细*估设计。
严格按照《确定钳位大小的设计指南》中的详细步骤进行计算,将会获得高度优化的高效钳位设计。
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钳位电路
钳位电路
钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。
图上部为常见的二极管钳位电路。
二极管的钳位作用是指利用二极管正向导通压降相对稳定,且数
值较小(有时可近似为零)的特点,来限制电路中某点的电位。
设输入信号如图(a)所示,在零时刻,uO(0+)=+E,uO产生一个幅值为E的正跳变。
此后在0~t1间,二极管D导通,电容C充电电流很大,uC很快等于E,致使uO=0。
在t1时刻,ui(t1)=0,uO又发生幅值为
钳位电路
-E的跳变,在t1~t2期间,D截止,充电电容C只能通过R放电,通常,R取值很大,所以uC下降很慢,uO变化也很小。
在t1时刻uI(t2)=E,uO又发生一个幅值为E的跳度,在t2~t3期间,D导通,电容C又重新充电。
与0~t1期间内不同,此时电容上贮有大量电荷,因而充电持续时间更短,uO更迅速地降低为零。
以后重复上述过程,uO和uC的波形如图(b)、(c)。
可见,uO的顶部基本上被限定在零电平上,于是,就称该电路为零电平正峰(或顶部)钳位电路。
下图为三极管钳位电路,如将其be结也看成是一个二极管,那么,就钳位原理而言,与图上所示电路完全一样,只不过该电路还具有放大作用而已。