有源钳位变换技术 高边 低边
有源钳位同步整流
有源钳位同步整流一、引言有源钳位同步整流技术是一种高效的电力转换技术，它能够提高电力转换的效率，降低能量损失，减少电网对环境的影响。
本文将从以下几个方面详细介绍有源钳位同步整流技术。
二、有源钳位同步整流技术的原理有源钳位同步整流技术是一种基于PWM（脉宽调制）控制的电力转换技术。
其原理是通过控制开关管的导通和截止状态，使得输入交流电转化为输出直流电。
具体来说，当输入交流电为正弦波时，通过PWM 调制可以得到一个矩形波形信号，并通过开关管进行控制，使得输出直流电的平均值等于输入交流电的有效值。
三、有源钳位同步整流技术的特点1. 高效性：有源钳位同步整流技术能够实现高效率的能量转换，因为它采用了PWM控制和高频变压器等高效元件。
2. 稳定性：由于有源钳位同步整流技术采用了闭环控制系统，所以具有良好的稳定性和抗干扰能力。
3. 可靠性：有源钳位同步整流技术采用了高可靠性的开关管和变压器等元件，因此具有较高的可靠性。
4. 适应性：有源钳位同步整流技术可以适应不同的输入电压和输出电压，因此具有广泛的应用范围。
四、有源钳位同步整流技术的应用领域1. 交通运输领域：有源钳位同步整流技术可以用于电动汽车、混合动力汽车和轨道交通系统等领域，提高能量利用效率和降低环境污染。
2. 工业自动化领域：有源钳位同步整流技术可以用于工业机械控制系统、UPS（不间断电源）等领域，提高工业生产效率和稳定性。
3. 新能源领域：有源钳位同步整流技术可以用于太阳能发电系统、风力发电系统等新能源领域，提高能量转换效率。
五、有源钳位同步整流技术的未来发展趋势1. 高频化：随着半导体器件的进一步发展，未来有源钳位同步整流技术将更加高频化，提高能量转换效率。
2. 多级化：未来有源钳位同步整流技术将采用多级结构，提高能量转换效率和稳定性。
3. 智能化：未来有源钳位同步整流技术将采用智能控制系统，实现更加精准的控制和管理。
六、总结有源钳位同步整流技术是一种高效、稳定、可靠、适应性强的电力转换技术。
《有源钳位电路》课件
动态性能分析
总结词
动态性能是指有源钳位电路在输入信 号发生变化时的响应速度和稳定性。
详细描述
动态性能分析主要关注电路的上升时 间、下降时间、延迟时间等参数。这 些参数决定了电路在信号处理中的实 时性能，对于高速信号处理和实时控 制系统具有重要意义。
可靠性分析
总结词
可靠性是有源钳位电路在实际应用中稳定性和可靠性的重要保障，它涉及到电路的寿命 、故障率等因素。
电路调试与测试的方法
静态调试
电磁兼容性测试
检查电路板的接线是否正确，各元件 的参数是否符合设计要求。通过测量 各点的电压和电流，判断电路是否正 常工作。
检查电路是否符合电磁兼容性标准， 如辐射骚扰、传导骚扰等。使用专业 的测试设备进行电磁兼容性测试。
动态测试
在给定的输入信号下，观察电路的输 出信号是否符合预期。使用示波器、 信号发生器和测量仪表等工具进行测 试。
在电力系统中的应用
总结词
有源钳位电路在电力系统中起到稳定电压、 提高供电质动会对用电设备造成影响 ，有源钳位电路能够实时监测电压值，当电 压出现波动时，迅速进行调节，保持电压稳 定，从而提高供电质量，保护用电设备。
有源钳位电路的发展趋势与
06
展望
新材料、新工艺的应用
详细描述
全波有源钳位电路主要由整流器、滤波器、电容器、开关管 和变压器组成。通过变压器的作用，全波有源钳位电路能够 将输入电压进行升压或降压，从而更好地利用输入电压，提 高电源效率。
多相有源钳位电路
总结词
多相有源钳位电路是一种具有多个相位的有源钳位电路，主要用于实现多相整流和多相电机驱动等应 用。
在新能源领域的应用前景
光伏逆变器
有源钳位电路在光伏逆变器中具有重要作用 ，可提高逆变效率，降低成本。
有源钳位正激
有源钳位正激的复位：高侧与低侧简介关于有源钳位技术的所有论文均显示钳位电路应用于直接跨过变压器初级侧的高端，或直接跨过主MOSFET开关的漏极至源极的低端。
更有趣的是，作者似乎在哪方面最好，哪一方面最好，而为什么却很少或根本没有解释的问题上各占一半。
将有源钳位变压器复位技术应用于高端与将其应用于高端之间存在细微但值得注意的区别。
每种应用都会产生不同的传递函数，进而导致在复位期间向钳位电路施加不同的电压。
钳位电容器的值和电压额定值以及每种情况下栅极驱动电路之间的不同考虑因素都将受到直接影响。
Low-Side Clamp（低端钳位）图1显示了应用于基本单端正激转换器的低端钳位电路，该转换器具有标准的全波整流输出和LC滤波器只要主MOSFET Q1导通，就会在变压器的励磁电感上施加全部输入电压，这称为功率传输模式。
相反，每当辅助（AUX）MOSFET Q2导通时，钳位电压和输入电压之间的差就会施加到变压器的励磁电感上，这称为变压器复位周期。
低端钳位的一个特定事实是，由于体二极管的方向，辅助MOSFET Q2必须是P沟道器件。
还值得注意的是，Q2仅载有变压器励磁电流，与反射的负载电流相比，平均值很小。
因此，选择低栅极电荷MOSFET应该是主要考虑因素，而低RDS（on）只是次要考虑因素。
在Q1关闭和Q2打开之间还引入了一个附加的死区时间。
在死区时间期间，初级电流保持连续流过P沟道AUX MOSFET Q2或主MOSFET Q1的体二极管。
这通常被称为谐振周期，其中为零电压开关（ZVS）设置条件。
这是有源钳位拓扑结构的重要且独特的特性，但是对于此比较而言，它几乎没有什么意义，除了简要提到有源钳位应用于低端还是高端始终存在。
忽略漏感的影响，可以通过在变压器励磁电感两端应用伏秒平衡原理来推导低端钳位的传递函数（1）给出钳位电压VC(LS)的简化式(1)（2）有趣的是，对于非隔离式升压转换器，（2）中给出的传递函数也是相同的传递函数，这就是为什么低侧钳位通常被称为升压型钳位的原因。
有源钳位正激变换器设计《释心分享》
本科毕业设计（论文）有源钳位正激变换器设计刘长智燕山大学2014年6月本科毕业设计（论文）有源钳位正激变换器设计学院：里仁学院专业：应用电子4班学生姓名：刘长智学号：101203031292指导教师：赵清林答辩日期： 2014.06.21燕山大学毕业设计（论文）任务书摘要开关电源技术经历了多年的发展，各方面都比较成熟，是现代电子设备的心脏和动力。
广义的说，凡是采用半导体功率开关器件作为开关管，通过对开关管的高频开通与关断控制，将一种电源形态转化为另一种电源形态的装置，叫做开关变换器。
以开关变换器为主要组成部分，转换时用闭环自动控制来稳定输出，并在电路中加入保护环节的电源，叫做开关电源。
如果用高频PWM DC/DC变换器作为开关电源的开关变换器时，就称为高频开关电源。
[1]许多的新技术被广泛的应用到开关电源中，使其在转换效率，功率密度，以及功率因数等方面都有了较大的性能提升。
其中，DC-DC变换器是开关电源的最主要组成部分，它是电能转化的核心部分，涉及到体积，转换效率等各个方面。
本文主要介绍了传统正激变换器与有源钳位正激变换器的工作原理，以及正激变换器磁复位的几种方法。
完成了主电路各个元件参数的设计，对电路进行了小信号模型分析，并对主电路和闭环系统进行了PSPICE仿真，并对仿真结果进行了详细的分析。
最后使用Protel绘制出了完整的电路原理图。
该变换器采用了同步整流技术，有效的减少了输出电路的开关损耗；采用软开关技术，实现了主辅开关管的零电压开通；采用德州仪器公司推出的UCC2981D芯片实现有源钳位正激变换器的设计要求。
关键词有源钳位；正激变换器；同步整流；软开关燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractThe switching power supply technology who has gone through years of development and all aspects are more mature is the power and heart of the modern electronic equipment. Broadly speaking, all the devices that use the semiconductor power switch device as the switch tube, through the high frequency of the switch on and off control, and make a power supply form into another form, are called a switching converter. The power supply, with the switch converter as the main part, the conversion by closed loop automatic control to stabilize the output, and add the link of power protection in the circuit, is called switching power supply. If the use of high frequency PWM DC/DC converter as the converter switching power supply, it is called the high-frequency switching power supply. Many new technologies are widely used in the switching power supply, witch of the conversion efficiency, power density, power factor, and other aspects has a larger improvement in performance. Among them, the DC-DC converter is the most important part of switch power supply, it is the core part of the electric energy conversion, which relates to the volume, the conversion efficiency, and other aspects.This paper mainly introduces the operational principle of the traditional forward converter and the active clamp forward converter, as well as the magnetic reset methods of the forward converter. This paper completed the design of each component parameters in the main circuit and carried on the small signal model of the circuit analysis. This paper also carried on the PSPICE simulation of the main circuit and the closed loop system and the simulation results are analyzed in detail. Finally, the circuit schematics are completed by using of the Protel.The converter with synchronous rectification technology, effectively reduce the switching losses of the output circuit; with soft switchingtechnology, realize the ZVS of the main and auxiliary switches; Using UCC2981D chip of TI company, meets the active clamp forward converter requirement of design.Keywords Active clamp, Forward converters, Synchronous rectification, ZVS目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2开关电源现状 (1)1.3论文主要研究内容 (2)1.4本章小结 (3)第2章有源钳位正激变换器 (4)2.1主电路工作原理分析 (4)2.1.1 传统单端正激变换器 (4)2.1.2 正激变换器磁复位的方法 (4)2.1.3 同步整流电路的介绍 (7)2.1.4 有源钳位正激变换器的工作过程分析 (8)2.2主电路元件的参数计算 (14)2.2.1 设计要求 (14)2.2.2 功率变压器的设计 (14)2.2.3滤波电感和电容的设计 (20)2.2.4有源钳位去磁电路的设计 (24)2.2.5 自驱动同步整流电路的设计 (27)2.3本章小结 (28)第3章闭环控制系统的设计 (30)3.1小信号模型的分析 (30)3.2变换器闭环PI控制的参数设计 (33)3.2.1 系统传递函数分析 (34)3.2.2 补偿环节的设计 (36)3.3本章小结 (41)第4章变换器的开环与闭环仿真 (42)4.1变换器的开环仿真原理图及仿真波形分析 (42)4.2变换器的闭环仿真原理图及仿真波形分析 (44)4.3本章小结 (46)第5章有源钳位正激变换器硬件电路的设计 (47)5.1UCC2891D芯片功能介绍 (47)5.2UCC2891D芯片的功能配置 (52)5.3反馈隔离电路的设计 (53)5.4隔离驱动的设计 (53)5.5本章小结 (54)结论 (55)参考文献 (57)附录1 (59)附录2 (67)致谢 (80)第1章绪论1.1 引言正激变换器由于自身具有电路拓扑简单、电压升降范围宽、输入输出电气隔离、易于多电路输出等特点，因而被广泛的用于小功率电源变换器的场合。
IGBT有源钳位技术的介绍
IGBT有源钳位技术的介绍IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率半导体器件，结合了MOSFET和双极结型晶体管的优点，具有低导通电阻和高开关速度的特点，常用于大功率应用中的开关电路。
然而，在IGBT的开关过程中，由于电感元件和电容元件的存在，会产生过电压和过电流，给IGBT带来压力，导致设备损坏或者性能下降。
为了解决这个问题，IGBT 有源钳位技术应运而生。
IGBT有源钳位技术通过在IGBT电路中添加一个有源钳位电路，来保护IGBT。
该有源钳位电路由一个或多个二极管和电感构成，其主要作用是在IGBT的关断过程中，通过反馈形成一个低阻抗通路，使得开关电流能够顺利流过，减小开关过压。
同时，在IGBT的开通过程中，有源钳位电路会将电感中储存的能量释放回电源，减小过电流，并提高开通速度。
这种有源钳位电路的作用就像一个主动的“钳子”，将IGBT的过电压和过电流“夹”在两个管脚之间，保护IGBT不受损坏。
1.提高开关速度：有源钳位电路将储存在电感中的能量快速释放到电源，减小了电感的势能，加快了电流的变化速率，从而提高了IGBT的开关速度。
2.减少开关过压：有源钳位电路能够通过形成一个低阻抗通路，使得开关电流能够顺利流过，减小开关过压。
这样可以延长IGBT的寿命，提高设备的可靠性。
3.减少能量损耗：有源钳位电路将储存的能量通过二极管和电感释放回电源，减小过电流。
这不仅能减少能量损耗，还可以降低功率半导体器件的工作温度，从而提高整个系统的效率。
4.快速恢复：当IGBT的过电压和过电流被有源钳位电路“夹”在两个管脚之间时，一旦开关动作完成，有源钳位电路会迅速回复到正常工作状态，不会影响后续的开关动作。
在实际应用中，IGBT有源钳位技术可以应用于各种交流电压变换器和直流电源等功率电子设备，如工业变频器、电力传输装置、交通运输设备等。
通过保护和优化IGBT的工作状态，能够提高系统的性能和可靠性。
低端有源钳位电路
低端有源钳位电路低端有源钳位电路是一种常用的电子电路，用于信号放大和滤波。
它由一个有源元件（如晶体管或运算放大器）和几个被动元件（如电容和电阻）组成。
有源钳位电路的主要作用是通过放大信号并对其进行滤波，以提高信号质量和抑制噪声。
有源钳位电路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，并通过滤波电路对其进行滤波处理。
有源钳位电路一般由输入级、放大级和输出级组成。
在有源钳位电路中，输入级的作用是将输入信号转换为适合有源元件放大的信号。
放大级是有源元件，如晶体管或运算放大器，它负责将输入信号放大到所需的幅度。
输出级的作用是将放大后的信号经过进一步处理，并输出到负载电阻或其他设备中。
有源钳位电路的设计需要考虑几个主要因素。
首先，需要确定所需的放大倍数和频率响应范围，以满足具体的应用要求。
其次，需要选择合适的有源元件和被动元件，并进行合理的电路布局和连接。
此外，还需要考虑电源电压的选择和稳定性，以确保电路正常工作。
有源钳位电路的应用非常广泛。
在音频放大器中，有源钳位电路可以放大音频信号，提高音质和音量。
在通信系统中，有源钳位电路可以用于信号处理和滤波，以提高系统的可靠性和抗干扰性能。
此外，有源钳位电路还可以应用于传感器信号放大和处理，以及医疗设备和测量仪器等领域。
尽管有源钳位电路在信号处理中起着重要作用，但它也存在一些局限性。
首先，由于有源元件的特性限制，有源钳位电路的放大倍数和频率响应范围可能受到限制。
其次，由于有源元件的工作电压和电流的限制，有源钳位电路的输出功率和驱动能力也可能有一定的限制。
低端有源钳位电路是一种常用的电子电路，用于信号放大和滤波。
它通过放大信号并对其进行滤波处理，以提高信号质量和抑制噪声。
有源钳位电路在音频放大器、通信系统和传感器信号处理等领域有广泛的应用。
尽管有源钳位电路存在一些限制，但它仍然是一种简单有效的信号处理电路。
有源钳位原理
有源钳位原理有源钳位原理是一种常见的信号测量和保护技术。
它通常用于测量电路中的低电平信号，以防止高电平信号对电路产生负面影响。
以下是有关有源钳位原理的详细介绍：1. 什么是有源钳位？有源钳位是指将一个可控的高电平电源与地电位之间的电路引入到测量信号的路线中。
这样，当测量信号超过高电平电源值时，该电路将限制测量信号的电压，以保护电路不会受到损坏。
这种电路通常称为“限幅器”。
2. 有源钳位的工作原理是什么？当测量信号小于高电平电源值时，有源钳位电路将不起作用。
但是，当测量信号的电压超过高电平电源值时，有源钳位将变为一个限幅器，将信号电压限制在高电平电源与地电位之间。
有源钳位电路最常见的形式是基于操作放大器的设计。
在这种设计中，操作放大器被用作比较器，当输入信号超出设定阈值时，输出信号将被限制在高电平和地电位之间。
3. 有源钳位的应用范围是什么？有源钳位常用于测试和保护电路中的低电平信号。
它可以防止高电平信号过载保护电路，并允许对特定电路进行精确的测量。
有源钳位也广泛应用于生物医学工程领域，用于保护生物信号获取设备不受外界噪声的影响。
此外，有源钳位还可以用于电路设计，以确保在工作时不受负载的影响，从而提高电路的可靠性和稳定性。
4. 有源钳位的优缺点是什么？优点：① 有源钳位可以保护电路免受过高电平的影响，避免设备损坏。
② 对于测量低电平信号时，有源钳位可提高信噪比，减少测量误差。
③ 有源钳位还可以提高电路的稳定性和可靠性。
缺点：① 由于需要增加一个高电平电源，有源钳位电路显然比单纯的测量电路更加复杂。
② 有源钳位会对测量信号产生一定的畸变，从而降低测量的精度。
③有源钳位电路的电源电压和参考电位需进行多层滤波和干扰抑制，以避免对信号的干扰。
总体而言，有源钳位是一种重要的电路保护和测量技术。
在选择和应用有源钳位时应注意其特点和限制，以充分发挥其优点。
高边有源钳位反激式UPS充电器的研究设计
3.2.3高频变压器设计 高频变压器是有源钳位反激变换器的关键部
件，变压器设计很复杂,需要考虑输入输出电压，开
关频率，原边电流和副边电流以及变压器损耗等参
数，变压器设计常用AP法选取合适的磁芯，设计 中选取新康达铁氧体EE55磁芯，磁芯参数人=
420 x10"，窗口面积4” =710.64 X10'6，磁通
式中血为输入功率尢”为开关频率,Krf为电 流纹波系数。
第5期
杨银平：高边有源钳位反激式UPS充电器的研究设计
741
有源钳位反激变换器在DCM模式时，电流纹 波系数取1,CCM模式电流纹波系数小于1 ,电流 纹波系数越小,原边电流平均值越小,原边开关管
的开关损耗越小,但是电流纹波系数越小,变压器
体积和重量越大,本设计实际取0.6。
% "3飞=957V
?F1 1- — ^^Dlrms =5. 57A 设计时选取ROHM的SCS230KE2AHR二极 管,反向耐压值为1200V,导通电流为30A,满足设 计要求。
3.2.5钳位电路设计 有源钳位反激变换器在MOS管关断瞬间，由
变压器励磁电流给钳位电容Cclamp充电，为变压 器漏感和钳位电容谐振提供必要条件，钳位电容两
性。(I)有源钳位反激变换器开关管实现ZVS,电 源工作效率和EMI得到改善。(2)变压器漏感能 量回收再利用，一方面减小了开关管应力，另一方
面提高了电源效率。(3)有源钳位反激变换器是 单端拓扑结构,副边元器件较少,磁性元器件设计 简单,电路设计大大简化。
参考文献：
[1] 张涛.基于Buck变换器的UPS充电器设计[J ].机电工程， 2016,33(1) ：92 -95.
压器和光耦等器件工作在非线性区，为了便于对有 源反激变换器控制,对有源钳位电路进行等效分 析,等效电路如图2所示。
有源钳位正激电源变换器的工作原理及优势
有源箝位正激电源变换器的工作原理及优势— Bob Bell, 美国国家半导体公司电源应用工程师对设计人员来说，有源箝位正激变换器有很多优点，现在正得到广泛应用。
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。
虽然正激结构的普及有各种各样的原因，但设计者主要青睐的是它的简捷、性能和效率。
正激变换器来源于降压结构。
两者之间的主要区别是：正激结构变压器的输入地和输出地之间是绝缘的，另外它还有降压或升压功能。
正激结构中的变压器不会象在对称结构（如推挽、半桥和全桥）中那样，在每个开关周期内进行自复位。
正激功率变换器中使用了一些不同的复位机制，它们各有自己的优点和挑战。
对设计者而言，有源箝位正激变换器具有诸多的优点，因此现在这个拓扑被广泛应用。
图1： 降压和前向拓扑结构图 1 显示了 降压 和正激转换器之间的相似之处。
注意两种变换功能的唯一区别是在正激变换功能中，匝数比(Ns/Np)这一名词所包含的内容。
Ns 和 Np 分别为次级匝数和初级匝数，均绕在变压器磁芯上。
图 2 显示了一个变压器模型，其中包括与初级绕组并联的“励磁电感”（Lm）。
这个励磁电感可以在次级绕组开路状态下在初级端子处测量。
励磁电感中的电流与磁芯中的磁通密度成正比。
确定尺寸的某种磁芯只能支持到某个磁通密度，然后磁芯就会进入饱和。
当磁芯饱和时，电感量会急剧下降。
变压器模型中另外一个部分是与初级绕组串联的“漏感”（LL）。
漏感可以在次级绕组短路情况下在初级端子处测量。
这一名称表示杂散的初级电感，它不会耦合到次级。
图2 转换模式有源箝位电路的工作图3a 图3b图3c图 3a 到 3c 表示了有源箝位正激电源转换器的主要工作步骤。
在时刻 t0 时，主功率开关（Q1）导通，在变压器初级施加一个 VIN。
变压器次级绕组电压为 VIN x Ns/Np。
此时的初级电流包括两个部分：来自输出电感的映射电流(IL x Ns/Np)；以及在激磁电感（Lm）中上升的电流。
有源钳位变换器的工作原理及应用
有源钳位变换器的工作原理及应用
杨国柱
【期刊名称】《淮阴工学院学报》
【年(卷),期】2004(013)005
【摘要】在DC-PWM变换技术中,开关管的开通或断开,在其电压或电流不等于零的状态下进行时,存在着开关损耗,工作频率越高,开关损耗越大,为了提高变换器的工作效率,实现零转换是变换器的重要发展方向之一.介绍DC-DC正激式有源钳位零电压开关-脉宽调制变换器(ZVS-PWM)的工作原理及其应用.
【总页数】3页(P19-20,23)
【作者】杨国柱
【作者单位】淮安信息职业技术学院,电子工程系,江苏,淮安,223001
【正文语种】中文
【中图分类】TM401
【相关文献】
1.用于单级桥式PFC变换器电压尖峰抑制的有源钳位电路 [J], 黄奕毅;贲洪奇;王韦琦;周迪;齐超
2.有源钳位反激变换器在UPS充电器中的设计与应用 [J], 杨银平
3.变结构有源钳位正激变换器 [J], 张绪;嵇保健;李俊
4.有源钳位单级隔离型AC-DC功率因数变换器 [J], 张志;孟利伟;唐校;张兆云;谢小鲲
5.高频链DC/AC变换器有源钳位调制方法研究 [J], 杨佳佳;苏建徽;解宝;赖纪东;施永
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有源钳位技术
1 D *VIN − *VIN =VIN 1 − D 1 − D
（eq.18）
公式 18 的结果是低压钳位电压像比高压钳位电压要高压输入电压，图 8 所示三者的关 系：
因此，钳位电容的选择首先要知道在给定的输入电压范围内电容的耐压。图 8 所示△ VC 随输入电压线性变化。高输入电压时，高边钳位的电压应力较小。然而电容的选择必须 基于最低输入时的钳位电压，最大占空比，本例中约为 80V。 钳位电容的容量值选择主要是要能承受其纹波电压。此外，假设电容的容量足够大， 其
2
VIN *VO * N VIN − N *VO
（eq.15）
VDS(HS) =
VIN VIN − N *VO
（eq.16）
公式 15 的结果可以用图形表示固定输出， 固定匝比的钳位电压， 变压器复位电压波形和输 入电压的关系可以用图形表示。用输出电压为 4V（3.3V 加上压降） ，图 6 绘制出不同变压 器匝比的公式 15 的结果：
首先，PWM 驱动信号，VAUX 为正，D1 和 C1 正向偏置充电为负 VAUX 电压。然后电容器的
版本：V1.2（枪版） 2010-05-04
文档资料来自 TI,ON 文档
等级：内部密 翻译：周月东
电压通过 R1 放电。 如果公式 9 中 RC 时间常数比开关周期长， C1 两端的电压保持相对稳定。 Q2 栅极就产生一个相对于 0V 的负 VAUX 电压。 因此 VAUX 有效的转换为负， 能够充分驱动 P 沟道 MOS： R1*C1≌
VIN VIN − N *VO
2
（eq.7） （eq.8）
VO *VIN * N VIN − N *VO
对于固定输出， 固定匝比的钳位电压， 变压器复位电压波形和输入电压的关系可以用图形表 示。用输出电压为 4V（3.3V 加上压降） ，图 2 绘制出不同变压器匝比的公式 7 的结果：
有源钳位变换技术 高边 低边
1 *VIN 1 − D
（eq.14）
版本：V1.2（枪版） 2010-05-04
文档资料来自 TI,ON 文档
等级：内部密 翻译：周月东
公式 6 代入公式 12、14，简化得用 VIN、VO 和 N 表达的 VRESET(HS)和 VDS(HS)公式: VRESET(HS)=Vc(HS)=
2 * π * Lmag * CCL＞10 * tOFF (max)
公式两边同时除以总时间周期 T，通过已知的参数可以解出 CcL:
（eq.19）
10 * (1 − DMIN ) CcL＞ 2 Lmag * (2 * π * FW )
2
（eq.20）
通过公式 20 计算的 CcL，通过实际电路测量纹波电压得的最终设计的电容值可能跟计 算的值有差异。公式 20 可以应用于高边，低边钳位电路，对于每个案例理想的钳位电容值 是相同的（是说同一案例使用高或低钳位时，电容值相同，并不是说条件不同的电路电容值 一样） 。 7. 结论 有源钳位的高低应用有类似之处，也有一些不同。表 1 中总结了两者的相同和差异 之处。两个电路的主 MOS 电压应力和变压器复位电压是相同的。虽然钳位电压传递函数的 差异很小， 但是对变压器匝比和钳位电容的选择有重要影响。 对于单端电源转换器钳位电路 的绝对电压应力，高边钳位是最好的选择。尽管高边钳位的整体钳位电压较低，但是电压趋 势在最低输入，最大占空比时是更加急剧。因此必须精确限制最大占空比防止超过主 MOS 的耐压。高边钳位使用 N 沟道的 MOS，选择比低边 P 沟道要多。然而高边钳位需要一个信 号变压器，对于成本较为苛刻的低边相对较好。 最终结论： 100V 以下一般用低边钳位， 100V 以上用高边钳位（个人认为哦，毕竟目前 P 沟道的 MOS 较少，耐压也不高） 图 1：高/低边钳位对照 参数 VDS 高边钳位 低边钳位
(完整word版)有源钳位正激变化器的工作原理
第2章有源箝位正激变换器的工作原理2。
1 有源箝位正激变换器拓扑的选择单端正激变换器具有结构简单、工作可靠、成本低廉、输入输出电气隔离、易于多路输出等优点,因而被广泛应用在中小功率变换场合.但是它有一个固有缺点：在主开关管关断期间,必须附加一个复位电路，以实现高频变压器的磁复位，防止变压器磁芯饱和[36]。
传统的磁复位技术包括采用第三个复位绕组技术、无损的LCD箝位技术以及RCD箝位技术。
这三种复位技术虽然都有一定的优点,但是同时也存在一些缺陷[37—39]。
(1）第三复位绕组技术采用第三个复位绕组技术正激变换器的优点是技术比较成熟，变压器能量能够回馈给电网。
它存在的缺点是：第三复位绕组使得变压器的设计和制作比较复杂;变压器磁芯不是双向对称磁化，因而利用率较低;原边主开关管承受的电压应力很大。
（2)RCD箝位技术采用RCD箝位技术正激变换器的优点是电路结构比较简单，成本低廉。
它存在的缺点是:在磁复位过程中，磁化能量大部分都消耗在箝位网络中,因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化,磁芯利用率较低。
（3) LCD箝位技术采用无损的LCD箝位技术正激变换器的优点是磁场能量能够全部回馈给电网，效率较高。
它存在的缺点是：在磁复位过程中,箝位网络的谐振电流峰值较大，增加了开关管的电流应力和通态损耗，因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化，磁芯利用率较低。
而有源箝位正激变换器是在传统的正激式变换器的基础上，增加了由箝位电容和箝位开关管串联构成的有源箝位支路，虽然与传统的磁复位技术相比，有源箝位磁复位技术增加了一个箝位开关管，提高了变换器的成本，但是有源箝位磁复位技术有以下几个优点：(1）有源箝位正激变换器的占空比可以大于0。
5，使得变压器的原副边匝比变大，从而可以有效地减少原边的导通损耗；（2）在变压器磁复位过程中，寄生元件中存储的能量可以回馈到电网，有利于变换器效率的提高;(3)变压器磁芯双向对称磁化,工作在B—H回线的第一、三象限,因而有利于提高了磁芯的利用率;(4）有源箝位正激变换器的变压器原边上的电压是是有规律的方波，能够为副边同步整流管提供有效、简单的自驱动电压信号，因而大大降低了同步整流电路的复杂度。
有源钳位正激电源变换器的工作原理及优势
有源钳位正激电源变换器的工作原理及优势该电源变换器具有以下几个优势：
1.高效率：有源钳位正激电源变换器在功率开关管导通时，电流与电
压的乘积变小，从而减小了功率损耗。
这使得该变换器的效率很高，节约
了能源。
2.快速响应：有源钳位正激电源变换器能够快速响应输入电压的变化，迅速调整输出电压，使其保持稳定。
这个特点使得该变换器在需要快速响
应的应用中表现出色，例如电动车充电器、UPS电源等。
3.宽工作范围：有源钳位正激电源变换器可以在宽范围的输入电压下
工作，从而适应不同的工作环境。
这个特点使得该变换器具有较大的应用
范围，能够满足不同领域的需求。
4.输出稳定性好：有源钳位正激电源变换器在反馈控制的作用下，通
过对输入电压进行调节，使输出电压保持稳定。
这大大提高了稳压性能，
使得该变换器在需要高稳定性的应用中表现出色，例如精密仪器、工业控
制系统等。
5.体积小、重量轻：有源钳位正激电源变换器采用了高频开关方式，
使得变换器的体积小、重量轻。
这使得该变换器适合在体积、重量有限的
场合使用，例如移动设备、航空航天等。
总之，有源钳位正激电源变换器作为一种电源变换器，具有高效率、
快速响应、宽工作范围、输出稳定性好和体积小、重量轻等优势。
这些优
势使得该变换器在许多领域中有着广泛的应用前景。
IGBT有源钳位技术
IGBT应用技术之有源钳位详解IGBT关断尖峰电压产生原理：在光伏逆变器等大功率应用场合，主电路（直流电容到IGBT模块间）存在较大杂散电感(几十到数百nH)。
IGBT关断时，集电极电流下降率较高，即存在较高的dioff/dt，在杂散电感两端感应出电动势，方向与直流母线电压一致，并与直流母线一起叠加在IGBT两端。
从而使IGBT集电极-发射极间产生很大的浪涌电压，甚至会超过IGBT额定集射极电压，使IGBT 损坏。
传统的无源缓冲吸收电路（RC）在大功率应用场合，吸收IGBT关断尖峰电压时损耗较大，有时会使吸收电路温升过高，造成额外的风险，而且吸收电路占用较大体积。
IGBT 关断时若发生短路，尖峰电压更高，会出现保护死区，易造成IGBT损坏。
目前国内外生产的大功率IGBT驱动器采用检测导通饱和压降的方法进行短路保护及软关断。
采用瞬态电压抑制器(TVS)有源箝位的方法，能够较好地抑制浪涌电压，而且能解决IGBT关断时发生短路而导致驱动器短路保护失效的问题。
有源箝位电路可以直接在驱动器上设计，节省体积，损耗小，成本低，抑制速度快，可靠性较高。
文章来源：/qd/25.html IGBT 的关断尖峰电压是由于通过IGBT 的电流在IGBT 的关断时而产生的瞬时高电压。
这个过程可以以下左图所示的感性负载半桥电路的关断过程来说明。
假设Q2 截止，Q1 处于开通状态。
若主回路为理想电路且不存在寄生电感，当Q1 由导通变截止时，由于感性负载电流不能突变，将通过续流二极管D2 续流，以构成电流回路。
此时Q1上的电压将上升，直到它的值达到比母线电压Ed高出一个二极管的压降值才停止增加。
但在实际的功率电路中存在寄生电感，如图中的等效寄生电感LS。
当Q1 截止时，电感LS 阻止负载电流Io向Q2 的续流二极管D2 切换。
在电感LS 两端产生阻止母线电流变化的电压，它与电源电压相叠加以尖峰电压的形式加在Q1 的两端。
在极端情况下，该尖峰电压会超过IGBT 的VCES 额定值，并能使IGBT 损害，在实际应用中，寄生电感LS分布于整个功率电路中，但是效果是等同的，上下图是尖峰电压的波形图。
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VIN VIN − N *VO
2
（eq.7） （eq.8）
VO *VIN * N VIN − N *VO
对于固定输出， 固定匝比的钳位电压， 变压器复位电压波形和输入电压的关系可以用图形表 示。用输出电压为 4V（3.3V 加上压降） ，图 2 绘制出不同变压器匝比的公式 7 的结果：
版本：V1.2（枪版） 2010-05-04
3. 低边钳位门极驱动注意事项 既然确定了辅助 MOS 低位钳位，必须放置一个 P 沟道 MOS，需要充分的负栅极电压 加在驱动上。然而大多数 PWM 控制器或门极驱动器不产生低于参考地的负电压输出。图 4 所示一个门级驱动器加在低边钳位上， 低边驱动电路或 PWM 门极信号可以直接驱动 P 沟道 MOS。无论驱动信号来自谁，主开关的驱动电压必须和辅助开关的驱动电压同步同相，如 图 4 所示的时间图（没有死区延时 ） 。使用先进的 PWM 控制器，如 UCC2891，驱动 MOS 就简单了。内部有±2A 的驱动器，用户可编程死区时间和精确最大占空比限制，UCC2891 提供了精确的相位和专为低边有源钳位设计的驱动信号。
D *VIN 1 − D
（eq.12）
在变压器复位期间，变压器的极性反转，所以主 MOS 的 D,S 之间的电压为： VDS(HS) =VIN+Vc(HS) （eq.13） 如果展开公式 11 得到的 Vc(HS) 代入公式 13 ，得到输入电压和 MOS 的漏源极电压的传 递函数为： VDS(HS) =
2
VIN *VO * N VIN − N *VO
（eq.15）
VDS(HS) =
VIN VIN − N *VO
（eq.16）
公式 15 的结果可以用图形表示固定输出， 固定匝比的钳位电压， 变压器复位电压波形和输 入电压的关系可以用图形表示。用输出电压为 4V（3.3V 加上压降） ，图 6 绘制出不同变压 器匝比的公式 15 的结果：
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6. 钳位电容的选择 无论是高边钳位或低边钳位， 变压器初级的伏秒必须使得复位电压相等。 因为两种电路 的 MOS 电压力和变压器复位电压都是一样的，但是必须考虑钳位电容两端电压的变化。钳 位电容电压变化的细节可以看出钳位电压传输函数的不同。 △VC=Vc(LS)-Vc(HS) （eq.17） 公式 2 和 11 代入公式 17 得： △VC=
等级：内部密 翻译：周月东 有源钳位变压器复位：高边还是低边？ 摘要
有源钳位变压器复位技术相比传统单端复位技术有很多优点，如主开关 MOS 应 力较低，能在零电压开关，减少 EMI 电磁干扰和占空比可以大于 50%。使用有 源钳位的单端正激拓扑是目前最流行的，同样可以使用于反激电路。大量的文章 报道了有源钳位技术比更为广泛的 RCD 钳位，线包复位和谐振复位性能要好。 但是，具体应用是如何获得通过优化电路来获得有源钳位的最佳性能。 1. 简介 本文所写的有源钳位技术是有源钳位电路直接加在变压器初级两端或者直接加 在主 MOS 开关两端。有趣的是作者对低边和高边的应用两者的优缺点提的很少 或没有解释。在变压器高边和低边有源钳位应用中存在细微且应注意的差别。 不 同的电压在应用有源钳位复位时，导致不同的传输过程。这将影响钳位电容的容 值和电压以及栅极驱动电路。 2. 低边钳位 图 1 所示为一个有全波整流和 LC 滤波的基本单端正激变换器。
1 D *VIN − *VIN =VIN 1 − D 1 − D
（eq.18）
公式 18 的结果是低压钳位电压像比高压钳位电压要高压输入电压，图 8 所示三者的关 系：
因此，钳位电容的选择首先要知道在给定的输入电压范围内电容的耐压。图 8 所示△ VC 随输入电压线性变化。高输入电压时，高边钳位的电压应力较小。然而电容的选择必须 基于最低输入时的钳位电压，最大占空比，本例中约为 80V。 钳位电容的容量值选择主要是要能承受其纹波电压。此外，假设电容的容量足够大， 其
1 *VIN 1 − D
（eq.3）
在变压器复位期间，变压器初级极性反转，变压器初级边的电压为： VRESET(LS) = VC(LS)-VIN 将公式 2 代入公式 4 简化得出输入电压和钳位电压关系传递函数为： VRESET(LS) = *VIN 1 − D
（eq.4）
D
（eq.5）
另外，单端正激变换器的占空比 D 可以用输入电压，输出电压和变压器的匝比 N（N= 来定义。 D=
Np ） Ns
VO *N VIN
（eq.6）
将公式 6 代入公式 3 和 5， 简化得用 VIN,VO 和 N 表达的 VC(LS)和 VRESET(LS)的表达式， 如下公 式 7,8： VDS(LS) =VC(LS)= VRESET(LS)=
1 *VIN 1 − D
（eq.2）
值得注意的是方程式 2 跟非隔离 BOOST 变换器传递函数一样，这就是低边钳位通常被称 为升压（BOOST）型钳位。
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方程式 2 的结果给出了钳位电压和输入电压的传递函数关系。 但是， 注意图 1 中 MOS Q2 导通时，钳位电压加在主 MOS 的 D,S 之间而非变压器励磁电感两端，因此公式 2 可以扩展 写成主 MOS 的 D ，S 电压应力。 VDS(LS)=VC(LS)=
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钳位电压近似一个恒定的电压。 但是， 根据公式 2、 11 看出钳位电压随输入电压变化的关系。 无论怎样都要控制占空比突变或线性暂态， 它要取钳位电压总时间的一部分， 变压器的钳位 电压也随之变化。大容量电容产生较少的纹波电压，但是限制瞬态响应。较小容量电容在高 纹波电压下瞬态响应快速（意思是说，容量小了，纹波电压高） 。理想的钳位电容选择必须 承受一些纹波电压但是有不能超过主 MOS、 Q1 的漏源电压应力。 允许大约 20%的纹波电压， 同时注意主 MOS 的 VDS。 一个简单的方法来得到 CcL,就是使得谐振时间常数远大于最大关闭时间。 虽然其他因素 如功率传输时间，控制回路的带宽等也会影响瞬态响应，公式 19 的办法从有源钳位的角度 看保证了瞬态响应。
D *VIN 1 − D
（eq.11）
有趣的是公式 11 跟非隔离反激变化器的传递函数一样， 所以高边钳位也叫反激型钳位。 公式 11 传递函数的结果表达了输入电压跟钳位电压的关系。从图 5 中知道 Q2 导通是， 输入电压直接加在变压器励磁电感上。因此展开公式 11 得 VRESET(HS)得表达式为： VRESET(HS)=Vc(HS)=
当主开关管 Q1 导通是，输入电压全部加在变压器励磁电感上，此过程为功率传输过程。 当辅助开关管 Q2 导通时，钳位电压加在励磁电感上的电压和 Q1 开通时相反，这个为变 压器复位过程。低位钳位的特殊之处是辅助开关管 Q2，因为体二极管的方向，只能放置一 个 P 沟道 MOS。因为这个原因，主要考虑低栅电荷 MOS，低 RDS 为次要。 （意思是说低栅 电荷更重要）在 Q1 关闭，Q2 开通期间，还要加入死区时间。在死区时间期间，电流任然 通过辅助 MOS 的体二极管 Q2 或主 MOS Q1。 这就是俗称的谐振周期， 具备了零电压 （ZVS） 开关的条件。 这是有源钳位重要且独特的特征， 但是这对于高边钳位还是低边前面没啥意义。 忽略漏感，低位钳位传输函数可以用变压器励磁电感伏秒平衡原则推导出。 D*VIN=(1-D)*VC(LS)-(1-D)*VIN （eq.1） 简化方程式 1，得到钳位电压 VC(LS),得： VC(LS)=
1 *VIN 1 − D
（eq.14）
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公式 6 代入公式 12、14，简化得用 VIN、VO 和 N 表达的 VRESET(HS)和 VDS(HS)公式: VRESET(HS)=Vc(HS)=
因为通过公式 16 得到的图形 6 跟公式 7 得到低位钳位的一样，因此图 2 也可代表公式 16 的结果。 5. 高边钳位栅极驱动注意事项 跟图 4 所示的低边钳位不同， 高位钳位使用 N 沟道的 MOS 做为辅助开关。 假设 PWM 芯片内部没有内置高边驱动器，就要用如图 7 中 1:1 的驱动变压器或者专用高边驱动芯片。 高边驱动电路中主开关的驱动电压也必须和辅助开关的驱动电压异步异相， 如图 7 所示 （没 有死区延时） 。 UCC2893 的电气性能跟图 4 所示的 UCC2891 一样，只有一点不同，UCC2891 内置低边 钳位电路，UCC2893 则提供了精确的相位控制和高边钳位驱动信号。因此，UCC2893 提供 的主，辅输出相位相反，如图 7 中的时间图：
2 * π * Lmag * CCL＞10 * tOFF (max)
公式两边同时除以总时间周期 T，通过已知的参数可以解出 CcL:
（eq.19）
10 * (1 − DMIN ) CcL＞ 2 Lmag * (2 * π * FW )
2
（eq.20）
通过公式 20 计算的 CcL，通过实际电路测量纹波电压得的最终设计的电容值可能跟计 算的值有差异。公式 20 可以应用于高边，低边钳位电路，对于每个案例理想的钳位电容值 是相同的（是说同一案例使用高或低钳位时，电容值相同，并不是说条件不同的电路电容值 一样） 。 7. 结论 有源钳位的高低应用有类似之处，也有一些不同。表 1 中总结了两者的相同和差异 之处。两个电路的主 MOS 电压应力和变压器复位电压是相同的。虽然钳位电压传递函数的 差异很小， 但是对变压器匝比和钳位电容的选择有重要影响。 对于单端电源转换器钳位电路 的绝对电压应力，高边钳位是最好的选择。尽管高边钳位的整体钳位电压较低，但是电压趋 势在最低输入，最大占空比时是更加急剧。因此必须精确限制最大占空比防止超过主 MOS 的耐压。高边钳位使用 N 沟道的 MOS，选择比低边 P 沟道要多。然而高边钳位需要一个信 号变压器，对于成本较为苛刻的低边相对较好。 最终结论： 100V 以下一般用低边钳位， 100V 以上用高边钳位（个人认为哦，毕竟目前 P 沟道的 MOS 较少，耐压也不高） 图 1：高/低边钳位对照 参数 和 C1 正向偏置充电为负 VAUX 电压。然后电容器的