如何用非耗散钳位电路提高反激式电源的效率

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

在标准反激式电源转换器中，变压器的漏电感会在初级侧FET的漏极上产生电压尖峰。为防止这种尖峰，FET通常需要一个钳位保护，如图1所示。但钳位保护中的功率损耗限制了反激转换器的效率。在本电源技巧中，我们将研究反激式电源转换器的两种不同结构，它们使用非耗散钳位技术来回收泄漏能量并提高效率。

图片.png
图1大多数反激式转换器采用耗散钳位

耗散钳位中的功率损耗与存储与电感的能量有关。当FET导通时，变压器初级绕组中的电流逐渐增加到峰值电流。当FET关断时，能量通过变压器的次级绕组传递到输出端，泄漏能量不通过变压器铁心耦合，因此它可以保留在初级侧并流入钳位。

重要的是要了解不仅泄漏能量在钳位中消散，磁化能量的一部分也是如此。如功率提示＃17中所述，将初级绕组电压钳制得远高于反射输出电压可以最大限度地减少钳位中燃烧的磁化能量。

双开关反激是反激式转换器的常见变体，可回收泄漏能量。图2是双开关反激的简化示意图。两个FET与它们之间的初级绕组串联连接，这两个FET同时开启或关闭。当它们接通时，初级绕组连接到输入端，并通电至峰值电流。当它们关闭时，次级绕组将磁化能量传递给输出端，泄漏能量通过D1和D2再循环回输入端。通过回收泄漏能量，双开关反激式电池的效率高于单开关耗散型开关。

图片.png
图2双开关反激回收钳位能量到输入

两个开关同时导通会抵消效率，因此传导损耗趋于增加，特别是在低输入电压应用中。幸运的是，两个FET的漏极——源极电压都会钳位到输入电压，因此与单开关反激式相比，您可以使用额定电压较低的FET。同时，钳位电压的能力在高输入电压应用中也是有利的。

效率增益与漏电感与磁化电感的比率有关，通常约为2％。回收泄漏能量除了提高效率之外还具有其他益处，例如在高功率反激式应用中（通常大于75W），耗散钳位中的损耗会产生热管理，双开关反激式完全消除了这种热源。

这种更高效率和改进的热性能的折衷是成本和复杂性的增加。不仅需要额外的FET;同时也需要高端FET的隔离驱动器。另外，需要设置变压器匝数比，使得输出电压小于最小输入电压。否则，输出电压将被钳位，变压器将无法正常复位。因此，双开关反激本质上限于最大50％的占空比。实际上，输出电压应该足够低于最小输入电压，以允许漏电感的快速复位。

图3中的电路显示了另一种回收泄漏能量的方法，但使用的是单开关反激式。这种非消耗性钳位技术并不是新的，但它也不为人所熟知。然而它提供了许多与双开关反激式相同的好处。

图片.png
图3一个简单的非耗散钳位添加到单开关反激式

实现此钳位需要在变压器的初级侧添加钳位绕组。该绕组必须具有与初级绕组相同的匝数。增加一个钳位电容，连接到FET的漏极。钳位电容的另一端通过二极管D1钳位到输入电压，并通过二极管D2钳位到钳位绕组。

钳位绕组和D2将钳位电容两端的电压限制为等于输入电压的最大值，在主回路周围应用基尔霍夫电压定律时很明显，如图4所示。请注意，两个初级绕组电压相互抵消，无论任何的极性或大小。只有在两个绕组上使用相同的匝数时，此方法才有效。

图片.png
图4钳位电容电压受输入电压的限制

要了解此钳位如何工作，请考虑FET关闭时会发生什么。当初级FET关断时，漏电感中的电流流过钳位电容并使二极管D1正向偏置。当D1导通时，漏电感将在其两端的电压等于输入电压和反射输出电压之间的差值。一旦漏电感中的电流降至零，D1就会关闭。传递到钳位电容器的泄漏能量暂时使钳位电容器上的电压略高于输入电压。当D1关断时，D2钳位通过变压器绕组中的耦合有效地将存储的电荷传输到输出侧。

该钳位电路需要更少的元件，并且比双开关反激式元件便宜。就像双开关反激式一样，它可以提高几个百分点的效率，并消除与耗散泄漏能量相关的热问题。该钳位电路还将占空比限制在最大值的50％。需要考虑的是电路需要一个更高电压的FET，其额定输入电压必须超过输入电压的两倍。与双开关反激相比，FET的漏极上的较高电压也可能对电磁干扰提出更多挑战。

有源钳位反激是另一种版本的反激式回收漏电能量，同时可以提供零电压开关。有源钳位反激更复杂，需要专用控制器。下次设计高功率反激电源时，请考虑采用非耗散钳位来提高效率并保持良好散热。

关键字：反激式电源钳位电路引用地址：如何用非耗散钳位电路提高反激式电源的效率

上一篇：Vicor将在北京、深圳和上海举办高性能电源转换技术研讨会
下一篇：Vicor分比式架构电源助力Phasor实现超高密度天线

推荐阅读

2018年09月17日 | 三星Note 9北极银配色确认：将在32个市场上架

8月15日，三星Galaxy Note 9国行版在上海正式发布。6GB+128GB版售价6999元，8GB+512GB版本售价8999元，提供丹青黑、寒霜蓝和玄镜铜三种配色。　　近日，slashleaks给出了三星Note 9的新配色，表示新配色与之前的三星S8/S8+的北极银颇为相似。而这个配色日前被官方证实，并预计会在30多个市场上架。　　据SamMobile报道，三星Note 9的新配色除了...

2019年09月17日 | 优傲机器人高载荷协作机器人UR16e重磅亮相

2019年9月17日，优傲机器人(Universal Robots，以下简称为UR) 宣布推出全新UR16e，这是一款有效载荷高达16公斤的协作机器人。UR作为协作机器人的先驱和市场领导者，被广泛应用于全球各个行业的自动化产线，并始终受到客户的一致赞誉。UR16e拥有更高载荷，其半径为900毫米，重复精度为+/- 0.05毫米。结合这些优势，UR16e非常适合执行一些高负重的自动化...

2020年09月17日 | 和网易云音乐深度合作，华米科技新品支持独立音乐播放

华米科技将于9 月 22 日在北京举行“Beyond GT”秋季新品发布会，正式发布 Amazfit GTR 2与Amazfit GTS 2 两款智能手表。今天华米科技官方微博发布了首张倒计时预热海报，宣告新品智能手表将搭载独立音乐播放功能。随后，华米科技CEO黄汪还透露了华米将与网易云音乐深度合作，直接将歌单导入手表中，享受更加个性化的音乐体验。目前，在智能手表...

2021年09月17日 | ZDS2022示波器百集实操视频之98：存储深度应用实例

大家好，在致远电子示波器微信用户交流群中，我看到这样一些信息，有位用户的一个项目中需要用到多结点高速串行通信总线，使用CPLD作为收发控制器，总线设计速度为5Mbps，由于码率较高，所以他想测试下该总线信号的稳定性。手头刚好有一台ZDS2022示波器，因为之前已经了解到ZDS2022示波器存储深度高达112Mpts，所以想用它来试一试。为了测试信号的稳定性，...

史海拾趣

Electronic Concepts Inc公司的发展小趣事

作为一家有社会责任感的企业，ECI始终关注环境保护和社会公益。公司积极参与各种环保活动，如节能减排、废物回收等。此外，ECI还设立了公益基金，资助贫困地区的教育事业和医疗事业。这些举措不仅提升了ECI的社会形象，也为公司赢得了更多客户的信任和支持。

Elpakco Inc公司的发展小趣事

随着电子行业的不断发展，Elpakco Inc公司意识到，只有不断创新才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。公司加大研发投入，积极引进先进技术和设备，不断推出具有创新性和竞争力的新产品。其中，公司研发的一款智能封装技术，不仅提高了生产效率，还降低了生产成本，引领了行业的技术潮流。

富捷(FOJAN)公司的发展小趣事

自成立以来，富捷电子始终将技术创新视为企业发展的核心驱动力。公司投入巨资建立了一支国际专业的晶片电阻核心技术研发团队，专注于贴片电阻、合金电阻、车规电阻等产品的研发与生产。近年来，富捷电子成功研发出高端抗静电汽车晶片电阻FQS系列产品，并建设了“高端抗静电汽车晶片电阻智能工厂”，实现了从原材料入库到成品出库的全程智能化、自动化操作。这一创新不仅提升了产品性能，还满足了汽车电子行业对元件高可靠性、高稳定性的严格要求，推动了公司在汽车电子领域的快速发展。

BULGIN公司的发展小趣事

BULGIN公司的历史可以追溯到1923年，当时A.F.Bulgin先生和他的同伴在英国创立了A.F.Bulgin有限公司。公司专注于无线电电子零件的制造与生产，凭借产品的优质口碑，BULGIN的品牌逐渐广为人知。随着订单的不断增加，公司迅速成长，并在二战前已经拥有了当时最先进的现代化大规模生产线。

Eurofarad公司的发展小趣事

随着Eurofarad产品质量的不断提高和市场份额的逐步扩大，公司开始积极拓展国际市场。Eurofarad的产品已经广泛应用于航空航天、国防、医疗、铁路、石油勘探等领域，赢得了全球客户的信赖和好评。同时，Eurofarad还与国际知名企业建立了紧密的合作关系，共同推动电子行业的发展。

地博电子(DIBO)公司的发展小趣事

随着公司业务的不断发展，地博电子在2010年成功投产了2条全自动化PC薄膜生产线。这一举措不仅大大提高了生产效率，降低了生产成本，还确保了产品质量的稳定性和一致性。全自动化生产线的投产，为地博电子在电子材料行业中的竞争地位奠定了坚实的基础。

问答坊 | AI 解惑

DIYA面全过程,附图一直非常想要拥有一款自己喜欢的又很与众不同的笔记本电脑，因此也一直格外关注各个笔记本电脑厂商的定制业务。前阵子发现清华同方的imini推出了定制业务，进行了相关咨询后，发现机器价格才3198，定制费也只需再加400元，价格经济，当然立即一试。 ...… 查看全部问答∨	如何将MATLAB应用到Visual Studio中 RTMATLAB做语音的信号处理很好，可以运用多种filter。但是如何将MATLAB运用到Visual Studio .NET中?请有经验的大侠给个建议谢谢… 查看全部问答∨
怎么简单的修改这样的驱动？？这个驱动用到的一个芯片换掉了，新的芯片也没有啥改动，就是自带的指令功能有更新，要修改这个驱动的话，具体修改哪一部分呢？大部分的函数不用修改的吧？？ … 查看全部问答∨	关于微机原理单片机问题题目简介：该设计用单片机控制，采用矩阵式输出，使单片机的15根口线控制56路彩灯。本控制器在电路不变的条件下，通过更改软件，能实现各种吧同德花样控制。本控制器可以用在广告灯箱控制，大型广告牌背景灯控制，各种“跑灯”、“流水灯”控制等场 ...… 查看全部问答∨
表达式中1U,3U什么意思？表达式中1U,3U什么意思？ #define GPIO_PIN_MASK(pin) (1U << (pin)) #define GPIO_PIN_2BITS_MASK(pin) (3U << (((pin) % 16) ...… 查看全部问答∨	请问CE5.0下如何导入filter？我用了如下3种方法都不能导入系统自带的inftee.dll的例子 1.使用了pb5.0编译得到的regsvr32.exe，然后使用 regsvr32.exe inftee.dll，系统返回错误：Registration Operation failed hr = 0x800700c1 2.使用了ce4.0的REGSVRCE.EXE ，说 DllRegiste ...… 查看全部问答∨
分析一下为什么在嵌入设备中不能使用这些函数：stricmp, strxfrm, stricmp, strincmp, stristr？如题,谢谢… 查看全部问答∨	我们的电容爆了本帖最后由 paulhyde 于 2014-9-15 03:58 编辑如题，电源题，加上电压，电容爆了，吓到我了 … 查看全部问答∨
谁能帮我解释下((GPIO_TypeDef ) GPIOC_BASE) 是什么意思特别是那“”号的位置，为什么不是((GPIO_TypeDef ）GPIOC_BASE) ？？原程序 GPIOC->CRL 查看GPIOC的定义如下： #define GPIOC ((GPIO_TypeDef ) GPIOC_BA ...… 查看全部问答∨	高频变压器的屏蔽层接法问题请教各位大侠，从电磁兼容性上来讲，高频变压器的初级和次极屏蔽层是接到输入地、输出地还是机壳上好呢？… 查看全部问答∨

小广播

DIYA面全过程,附图一直非常想要拥有一款自己喜欢的又很与众不同的笔记本电脑，因此也一直格外关注各个笔记本电脑厂商的定制业务。前阵子发现清华同方的imini推出了定制业务，进行了相关咨询后，发现机器价格才3198，定制费也只需再加400元，价格经济，当然立即一试。 ...… 查看全部问答∨	如何将MATLAB应用到Visual Studio中 RTMATLAB做语音的信号处理很好，可以运用多种filter。但是如何将MATLAB运用到Visual Studio .NET中?请有经验的大侠给个建议谢谢… 查看全部问答∨
怎么简单的修改这样的驱动？？这个驱动用到的一个芯片换掉了，新的芯片也没有啥改动，就是自带的指令功能有更新，要修改这个驱动的话，具体修改哪一部分呢？大部分的函数不用修改的吧？？ … 查看全部问答∨	关于微机原理单片机问题题目简介：该设计用单片机控制，采用矩阵式输出，使单片机的15根口线控制56路彩灯。本控制器在电路不变的条件下，通过更改软件，能实现各种吧同德花样控制。本控制器可以用在广告灯箱控制，大型广告牌背景灯控制，各种“跑灯”、“流水灯”控制等场 ...… 查看全部问答∨
表达式中1U,3U什么意思？表达式中1U,3U什么意思？ #define GPIO_PIN_MASK(pin) (1U << (pin)) #define GPIO_PIN_2BITS_MASK(pin) (3U << (((pin) % 16) ...… 查看全部问答∨	请问CE5.0下如何导入filter？我用了如下3种方法都不能导入系统自带的inftee.dll的例子 1.使用了pb5.0编译得到的regsvr32.exe，然后使用 regsvr32.exe inftee.dll，系统返回错误：Registration Operation failed hr = 0x800700c1 2.使用了ce4.0的REGSVRCE.EXE ，说 DllRegiste ...… 查看全部问答∨
分析一下为什么在嵌入设备中不能使用这些函数：stricmp, strxfrm, stricmp, strincmp, stristr？如题,谢谢… 查看全部问答∨	我们的电容爆了本帖最后由 paulhyde 于 2014-9-15 03:58 编辑如题，电源题，加上电压，电容爆了，吓到我了 … 查看全部问答∨
谁能帮我解释下((GPIO_TypeDef ) GPIOC_BASE) 是什么意思特别是那“”号的位置，为什么不是((GPIO_TypeDef ）GPIOC_BASE) ？？原程序 GPIOC->CRL 查看GPIOC的定义如下： #define GPIOC ((GPIO_TypeDef ) GPIOC_BA ...… 查看全部问答∨	高频变压器的屏蔽层接法问题请教各位大侠，从电磁兼容性上来讲，高频变压器的初级和次极屏蔽层是接到输入地、输出地还是机壳上好呢？… 查看全部问答∨

对于机器学习项目入门，请给一个学习大纲以下是一个适用于电子领域资深人士的机器学习项目入门的学习大纲：项目选择和目标定义：学习如何选择合适的机器学习项目，考虑到个人兴趣、领域知识和技术能力等因素。定义项目的具体目标和可衡量的指标，确保项目的可行性和可评估性。数据获取和理 ...… 查看全部问答∨	请推荐一些pcb基础入门教学当您初次涉足PCB设计时，以下资源可以帮助您建立基础知识：PCB设计入门教程：网上有许多PCB设计入门教程，从基本概念到设计流程都有涵盖。这些教程通常会介绍PCB的基础知识、常用工具、设计原理和布局技巧。您可以在YouTube、专业网站和博客上找到 ...… 查看全部问答∨
我想学机器学习入门，应该怎么做呢？学习机器学习可以分为几个步骤，特别是对于电子领域的专业人士：建立数学基础：机器学习涉及许多数学概念，包括线性代数、概率统计和微积分。建议复习这些基础知识，因为它们是理解和应用机器学习算法的基础。学习编程：掌握编程是学习机器学习的关 ...… 查看全部问答∨	请推荐一些fpga教程初学以下是一些适合初学者的FPGA教程：《FPGA原理与应用》（第2版）：这本由张力教授编著的教材详细介绍了FPGA的基本原理、设计方法和应用实例，适合初学者入门。Xilinx官方教程：Xilinx官方网站提供了一系列针对不同级别学习者的教程，包括入门级别的 ...… 查看全部问答∨
fpga 如何入门学习FPGA的入门可以按照以下步骤进行：1. 了解基本概念：FPGA基础知识：了解FPGA（Field-Programmable Gate Array）的基本概念、结构和工作原理。FPGA应用领域：了解FPGA在数字逻辑设计、信号处理、通信、图像处理等领域的应用。2. 学习基本原理： ...… 查看全部问答∨	我想学习卷积神经网络入门，应该怎么做呢？学习卷积神经网络（CNN）是深入了解现代深度学习的重要一步。以下是学习卷积神经网络的一些建议步骤：理解基本概念：了解卷积神经网络的基本原理和结构，包括卷积层、池化层、全连接层等。学习CNN在图像识别、物体检测、图像分割等领域的应用。学习 ...… 查看全部问答∨
小白怎么入门pcb 作为小白想要入门PCB设计，以下是一些建议：学习基础知识：开始之前，建议先了解一些基本的PCB设计知识，包括PCB的结构、元件的布局、电路连接、PCB层次结构、引脚定义等。可以通过在线教程、视频课程或相关书籍学习。选择合适的工具：PCB设计通常 ...… 查看全部问答∨	如何零基础入门单片机开发当然，请问有什么我可以帮您的吗？… 查看全部问答∨
我想人工神经网络算法BP入门，应该怎么做呢？ BP算法（Backpropagation Algorithm）是一种用于训练神经网络的常用算法，以下是学习BP算法的一些建议步骤：理解基本概念：确保您对神经网络的基本概念有清晰的理解，包括神经元、权重、激活函数等。这些概念是理解BP算法的基础。了解BP算法原理： ...… 查看全部问答∨	我想nxp单片机驱动入门，应该怎么做呢？要入门Neuroph神经网络，你可以按照以下步骤进行：了解神经网络基础知识：在开始学习Neuroph之前，建议你先了解一些神经网络的基础知识，包括神经元、神经网络结构、前向传播、反向传播等。你可以通过阅读相关的书籍或者在线教程来学习这些知识。 ...… 查看全部问答∨

2019年09月17日 | 如何用非耗散钳位电路提高反激式电源的效率