有源钳位正激电路的分析设计
有源钳位正激电路的分析设计
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。
有源钳位正激原理与设计实例
有源钳位正激原理与设计实例
有源钳位正激原理与设计实例
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。
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。
（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。
有源钳位正激原理与设计实例。
有源钳位DC／DC正激变换器硬件电路及参数的设计
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。
有源钳位正激变换器的分析与设计
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。
有源箝位正激式电路的特点及其参数设计
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 。
有源钳位正激变换器设计释心分享
第四部分
使用PSpice对主电路进行开环仿真研究
输出稳定时滤波电感电流的波形
14.57A 12.50A
10.00A
7.50A
2.4954ms 2.5000ms I(L1)
2.5100ms
2.5200ms
2.5300ms Time
2.5400ms
2.5500ms 2.556
输出电压和电流波形
主开关管和辅助开关管的驱动信号波形
开关模态3（T2-T3）：DF续流阶段
Lo
Cc Vin
Lr
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Q1 D1 Coss
QF DF Cossf
Co Vo
QR
DR
Cossr
T2时刻后，Coss电压升高于Vin Io由DR换流至DF,通过DF续流 Lm、Lr和Coss谐振 T3时刻，Coss充至Vin+Vc
开关模态4（T3-T4）：Q2的零电压开通阶段
D2
D3
CR
S
当开关S闭合时，电源电压加在高频变压器原边绕组 N1上，建立起励磁磁通。只要磁心不饱和，副绕组 N2上就会感应电势
正激变换器磁复位的方法
• 多谐振复位技术 • RCD钳位技术 • 有源钳位技术 • ……
优缺点对比
优点
缺点
主开关管漏-源极电压应力达
多 谐 振 复 输入电流波形较为平滑，EMI 到 输 入 电 压 的 3—4 倍 ，
0.0380 Transfer function:
0.001216 s + 16 ----------------------------2.4e-008 s^2 + 2.4e-005 s + 1 >> num=[3.18e-4 1]; den=[2.64e-4 0]; Gc=tf(num,den); figure(2) bode(Gc); G=series(Gc,G0); figure(3) margin(G)
有源钳位
有源钳位-正反激电路分析参考样机：LAMBDA 全砖，500W ，36~75V 输入，28V/18A 输出； 电路拓扑结构：有源钳位-正反激； 测试条件：48V 输入，9A 输出； 电路模型：I VinL术语：Vin: 输入直流电压；V o: 输出电压；n: 变压器匝比； I L ：变压器T1和T2的漏感；Lm1,Lm2：T1和T2的激磁电感； Im1,Im2：T1和T2的激磁电流；Ip1,Ip2：负载折算到原边的电流；Ip: 原边电流； Id1,Id2：变压器次级电流。
t4t1Vs2t2Vs1Vgs_Q2Id1t3t6Ipt5Vgs_Q1Id2电路工作原理与过程：状态1：(t1~t2） Q1导通，Q2截止。
+VinI L变压器T1原边电感储能，漏感储能，T2向负载传送能量。
Im1=Im2+Ip2=I L状态2：(t2~t3)Q1由导通变为截止，Q2仍截止。
+L-VinId1I当Q1截止瞬间，所有的直流电流通路被断开，Lk 和Lm1为了阻止电流减小的趋势而产生反向电动势。
Lm1与Lm2上的电压幅值相等（等于Vo*n ），方向相反。
Im1提供T2的激磁电流Im2以及负载电流Ip2和Ip1，并同I L 一起对C2充电。
Ic2- I L = Im1-Ip1=Im2+Ip2。
Ip1从零电流开始上升，Ip2从最大电流开始下降。
当Ip2下降到零时，Ip1=Im1-Im2，Lm2上的电压反相。
Id1VinL IC2上电压很快被充至Vc1，Q2的体二极管D4导通，C1被充电。
充电电流Ic1=Im2= I L +Im1-Ip1 (Ic1忽略)，Ic1由最大充电电流开始下降，Ip1则继续上升。
状态3：(t3~t5)Q1仍截止，Q2由截止变为导通。
Id1VinQ2开通时，C1仍然还在充电，直到C1上的电压充到最高值，C1开始放电。
Ip1=Ic1-I L ，放电电流一方面给Lm2提供反相电流，同时使Ip1继续上升。
状态4：(t5~t6)Q1仍截止，Q2由导通截止变为截止。
有源钳位正激电路的分析设计
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。
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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S. . . . . ..S.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。
有源钳位正激电路的原理图如下所示：下面分七个阶段分析其工作过程：(1)t0～t1：向负边传输能量阶段t=t0时刻使T1导通，T2处于关断阶段，则D1导通，变压器原边向副边传输能量，同时激磁电感L m上的电流以斜率U i/L m线性上升。
(2)t1～t2：C ds充电阶段t=t1时，T1被关断，激磁电流i L m与变压器原边电流I c/N同时对C ds 充电。
由于变压器原边电流远远大于激磁电流，电容C ds主要由原边电流I o/N充电，可近似认为其端电压u d 漏源。
(3)t2～t3：D2续流阶段t=t2时，u ds＝U i，D1关断，D2续流。
又由于C ds很小，充电时间t12=t2-t1很短，可近似认为激磁电感电流I m1在这段时间维持不变。
S. . . . . ..S. . . . . ..(4)t3～t4，L m与C ds谐振阶段t2时刻以后，变压器不再向负载传送能量，原边电流下降为0，L m与C ds串联谐振，等效电路如图1-4(d)所示。
I L m与u ds的本阶段的变化规律为：i Lm I m1cos t(5) t～t4，L m与C c谐振阶段D2关断,L m与C ds，C c 共同谐振。
由于C c 远远大于C ds，为简化分析，可忽略C ds的作用，近似认为L m与Cc 。
(6)t5～t6，L m与C ds再谐振阶段T2关断以后激磁电感L m与C ds再次串联谐振，其等效电路与阶段(3)相同，但由于处始条件不同，其变化规律也不同.(7)t6～t7，u ds下降阶段t=t6时刻，u ds下降到U i，D1开通，D1与D2共同导通期间为i m在副续流提供了路径，如u ds可下降到零时，则为T1的开通创造了Z VS的条件。
S. . . . . ..S. . . .. ..带Flyback 箝位电路的有源箝位正激变换器的原理波形经小信号建模得到其等效模型如下图所示：(//)*/Uo D n Vd Ug Ug D Ron n Rl Rd R -=+++本电路要求的设计指标要求如下：输入电压：18—32v输出电压：100v输出功率：1kw效率值：不小于0.93.变压器的设计(1) 占空比和变压器变比的确定n18 32(18 32)(10010)0.1047可得出最大占空比为：0.1047（100+10）0.64Dmax 18 (2)磁芯的选取Pi=100*10/0.9=1111w铁芯窗口面积W 与其有效截面积Ac 之积AP=W Ac当考虑绕组线圈所占面积应于窗口面积相等，而实际占有率为 35%时，AP 值可计算如下：AP=16.71cm 4查阅磁芯有关的资料，可选用2—75EI磁芯(3)计算原边绕组的匝数，有下式算出：Np=18*0.64/2.72*0.15*50*1000=5.7匝，取其为6匝，则取Ns=60S. . . . . ..匝(4)股数和线径的计算可以得出原边的股数r 1 21.82510.5 3.14取r111。
则导线的直径为：1 dwp 11421.8250.479 [mm]3.14同理可得副边的股数：r 22.53.14 3.57取r24。
则导线的直径为：1 dws 44 2.50.446[mm] 3.14S. . . . . ..4. 电子器件的选择功率开关管的选择功率管选用IRF530（14A/100V ）副边二极管的选择：f=50KHz二极管PX15A02（15A/1500V ）二极管的损耗二极管的开关损耗(反向恢复)：99111012.145 6.07251022rr rr RM Q t I --=**=⨯⨯=⨯ 7() 6.224310J gDD rr V W V Q n -=+*=⨯23.112210DD DD s P W f W -=*=⨯1max max 2246DS i o N U U U V N =+=11min max 1122oP i P I I A U D μη=+=221438D i o N U U U VN =+=二极管通态损耗：1.11011DS P U I W =*=⨯=二极管的总损耗：11.031122D DD DS P P P W =+=MOSFET 的损耗:开通损耗：4201()() 2.30625102ON g W V n V i t t J -=**+**-=⨯关断损耗：4201()() 1.1510J 2off g W V n V i t t -=**+**-=⨯结电容的损耗：2814.9310J 2mo oos c W C V -=**=⨯MOSFET 的通态损耗：22max ()0.160.6412.14515.054433ds on pkon R on D I P W ⨯⨯===MOSFET 总损耗：16.7839mos on off mo P P P P W =++=变压器损耗:漏感损耗：21()*16.2812942lk lP Pk P L I f W ==直流损耗:22121122 4.536dc dc dc dc dc P P P I R I R W =+=+=交流损耗:磁芯损耗:' 2.184c e P P V W =*=变压器损耗：26.59898c cu lk P P P P W =++=电路总损耗：65.445124tot D mos P P P P W =++=实际效率：93.8757%η=Ωm R F R dc ac 844.522=*=22121122 3.597ac ac ac ac ac ac ac P P P I R I R W=+=+=12II ac ∆=Ωm R F R dc ac 312.2611=*=Aldc *=ρR5.仿真电路图:仿真波形：主开关管和箝位开关管的时序波形：仿真波形：输出电压V0波形：6.实验总结：电路工作情况为：在变压器初级绕组两端输入电压，传输能量，次级整流开关管导通，续流开关管关断；在第 1 个死区，整流管的驱动电压开始下降，但仍会导通一段时间，此时开关管处于不完全导通状态，然后驱动电压下降到完全关断，此区间两个同步整流管通过它们的体二极管开始换流，整流开关管零电压关断，然后续流开关管开始导通，续流开关管即为零电压开通；然后进入复位阶段，续流开关管导通，整流开关管关断；然后进入第 2 个死区，续流管零电压关断，二极管开始换流，整流开关管零电压开通，然后开始下一个工作周期。
可以看到两个同步整流管开通关断过程的损耗很小，此时主要的损耗来源于体二极管的导通损耗和由负载端大电流引起的导通损耗。
在设计过程中，各个器件的设计是关键。
其中重点是有变压器的选择、滤波电感和输出电容的选择，器件的选择合适度和必要的裕量。
在最后的仿真中，发现两个开关管的同步驱动信号的选择是很关键的，开始仿真的时候设置的主开关管的开通区间是0:180，即占空比是50%，箝位开关管的开通区间是206:290，占空比23%，这样的同步整流方式得出的波形在均值为100V（理想值）附件等副震荡，这是因为在箝位开关管的导通时间过长，导致积累的能量反复在原边和副边发生交换，从而出现上述波形。
而通过减小箝位开关管的导通时间，且增大主开关管的导通时间，控制箝位开关管和主开关管之间的死区时间，应大于一定的数值，给LC谐振以充足的时间。