有源钳位电路及有源钳位系统的制作方法

本实用新型涉及电路设计领域，尤其涉及一种有源钳位电路及有源钳位系统。

背景技术：

近年来，随着电力电子技术的发展和创新，开关电源被广泛应用于电子设备。开关电源是通过控制开关管开通和关断的时间，维持稳定输出电压的一种电源。由于变压器漏感的存在，会使电路中产生较高尖峰电压，可能会击穿开关管。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种有源钳位系统及有源钳位电路，本有源钳位电路采用一种简易的电路，加入放电电路模块，可有效消除有源钳位电路中开机瞬间钳位电容对开关管的浪涌冲击电流。

本实用新型实施例第一方面提供一种有源钳位电路，包括输入电路、变压器和输出电路，所述输入电路包括钳位电路模块和放电电路模块，所述钳位电路模块包括第二电容和第二开关管，所述第二电容为钳位电容，所述第二开关管为钳位开关管；

所述输入电路外接输入电源，所述钳位电容和所述放电电路模块并联，所述输入电路通过变压器与所述输出电路连接，所述输出电路连接负载；

所述输入电源用于为所述输入电路提供电压，所述输入电路用于连接所述输入电源和维持稳定电压，所述钳位电路模块用于将所述输入电源的电压峰值固定在预设电压值上，所述放电电路模块用于消除钳位电路模块的浪涌冲击电流，所述输出电路用于稳定输出电压。

在一个实施例中，所述输入电路还包括第一电容、第四电容和第一开关管，所述输出电路包括二极管和第三电容；

所述输入电路为所述变压器原边绕组电路，所述输入电路的正极连接所述第一电容的正极、所述放电电路模块的一端、所述钳位电路模块的一端和所述变压器原边绕组的一端，所述钳位电路模块和所述变压器原边绕组并联，所述变压器原边绕组的另一端连接所述第一开关管的一端，所述第四电容与所述第一开关管并联，所述第一开关管的另一端连接所述第一电容的负极和所述输入电路的负极；

所述输出电路为变压器副边绕组电路，所述变压器的副边绕组的一端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的正极连接，并形成正输出，所述第三电容的负极与所述变压器的副边绕组的另一端连接，并形成负输出。

在一个实施例中，所述第二电容的一端连接所述输入电路的正极，所述第二电容的一端还与所述第一电容的一端、所述放电电路模块的一端以及所述变压器原边绕组的一端连接；所述第二电容的另一端与所述第二开关管的一端以及所述放电电路模块的另一端连接，所述第二开关管的另一端与所述变压器原边绕组的另一端以及所述第一开关管的一端连接。

在一个实施例中，所述放电电路模块为纯被动放电电路模块或驱动放电电路模块，用于为所述第二电容提供放电回路。

在一个实施例中，所述放电电路模块为所述纯被动放电电路模块，所述纯被动放电电路模块的一端连接所述输入电路的正极，所述纯被动放电电路模块的一端还连接所述第二电容的一端、所述第一电容的一端以及所述变压器原边绕组的一端；所述纯被动放电电路模块的另一端连接所述第二电容的另一端。

在一个实施例中，所述放电电路模块为驱动放电电路模块，所述驱动放电电路模块包括放电电路驱动和放电元件，所述放电电路驱动与所述放电元件连接，所述驱动放电电路模块与所述第二电容并联。

本申请实施例第二方面提供一种有源钳位系统，包括上述的有源钳位电路、输入电源和负载；

所述输入电源、所述有源钳位电路和所述负载依次连接；

所述输入电源用于为所述有源钳位电路和负载提供电压，所述有源钳位电路用于连接所述输入电源和维持稳定电压，所述负载用于连接所述有源钳位电路和消耗电压。

在一个实施例中，所述有源钳位电路包括输入电路、变压器和输出电路，所述输入电路包括钳位电路模块和放电电路模块，所述钳位电路模块包括第二电容和第二开关管，所述第二电容为钳位电容，所述第二开关管为钳位开关管；

所述输入电路外接所述输入电源，所述钳位电容和所述放电电路模块并联，所述输入电路通过变压器与所述输出电路连接，所述输出电路连接所述负载；

所述输入电源用于为所述输入电路提供电压，所述输入电路用于连接所述输入电源和维持稳定电压，所述钳位电路模块用于将所述输入电源的电压峰值固定在预设电压值上，所述放电电路模块用于消除钳位电路模块的浪涌冲击电流，所述输出电路用于稳定输出电压。

在一个实施例中，所述输入电路还包括第一电容、第四电容和第一开关管，所述输出电路包括二极管和第三电容，所述放电电路模块为纯被动放电电路模块或驱动放电电路模块；

所述输入电路为所述变压器原边绕组电路，所述输入电路的正极连接所述输入电源的正极、所述第一电容的一端、所述放电电路模块的一端、所述钳位电路模块的一端和所述变压器原边绕组的一端，所述钳位电路模块和所述变压器原边绕组并联，所述变压器原边绕组的另一端连接所述第一开关管的一端，所述第四电容与所述第一开关管并联，所述第一开关管的另一端连接所述第一电容和所述输入电路的负极，所述输入电路的负极连接所述输入电源的负极；

所述输出电路为变压器副边绕组电路，所述变压器的副边绕组的一端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的一端连接，并形成正输出，所述第三电容的另一端和所述变压器的副边绕组的另一端连接，并形成负输出，所述正输出和所述负输出连接所述负载。

在本实用新型中，有源钳位电路包括输入电路、变压器和输出电路，所述输入电路包括钳位电路模块和放电电路模块，所述钳位电路模块包括第二电容和第二开关管，所述第二电容为钳位电容，所述第二开关管为钳位开关管；所述输入电路外接输入电源，所述钳位电容和所述放电电路模块并联，所述输入电路通过变压器与所述输出电路连接，所述输出电路连接负载；所述输入电源用于为所述输入电路提供电压，所述输入电路用于连接所述输入电源和维持稳定电压，所述钳位电路模块用于将所述输入电源的电压峰值固定在预设电压值上，所述放电电路模块用于消除钳位电路模块的浪涌冲击电流，所述输出电路用于稳定输出电压。可见，本实用新型中有源钳位电路中的钳位电容并联放电电路模块，避免了由于变压器漏感的存在，钳位电容上产生的电压尖峰能量无法释放，对钳位开关管造成损害；且在有源钳位电路中都可利用加入钳位电容放电模块，解决对钳位开关管的浪涌冲击问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或背景技术中所涉及到的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的示意图；

图2是图1具体的一种有源钳位电路的示意图；

图3是图1具体的另一种有源钳位电路的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路系统的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

开关电源被广泛应用于电子设备中，开关电源的结构有很多种，但其核心器件为变压器。励磁电感能量可通过理想变压器耦合到变压器副边,而漏感因为不耦合,能量不能传递到变压器副边,如果不采取措施,漏感将通过寄生电容释放能量,引起电路电压过冲和振荡,影响电路工作性能。一般采用采用电阻、电容、二极管或齐纳钳位，消耗能量的方式来抑制漏感产生的尖峰电压，这种方式电源效率相对偏低；或采用钳位电路加以抑制。一般的有源钳位电路可以实现降低损耗，在常用的有源钳位电路中，关机时，钳位电容仍存有上一个工作周期产生的电压尖峰能量，无法泄放。当电源再次开机时，当第一开关管关闭后，钳位电容继续吸收变压器漏感产生的尖峰电压，钳位电容两端电压将高于正常工作时的钳位电压，第二开关管导通，钳位电容通过第二开关管放电，此时放电电流将远高于正常工作时电流，对第二开关管产生较大的浪涌电流冲击，严重时还是会导致第二开关管过流损坏。

针对上述问题，本实用新型实施例提出一种有源钳位电路及有源钳位系统，所述有源钳位电路包括输入电路、变压器和输出电路，所述输入电路包括钳位电路模块和放电电路模块，所述钳位电路模块包括第二电容和第二开关管，所述第二电容为钳位电容，所述第二开关管为钳位开关管；其中，

所述输入电路外接输入电源，所述钳位电容和所述放电电路模块并联，所述输入电路通过变压器与所述输出电路连接，所述输出电路连接负载；所述输入电源用于为所述输入电路提供电压，所述输入电路用于连接所述输入电源和维持稳定电压，所述钳位电路模块用于将所述输入电源的电压峰值固定在预设电压值上，所述放电电路模块用于消除钳位电路模块的浪涌冲击电流，所述输出电路用于稳定输出电压。可见，本实用新型实施例中有源钳位电路中的钳位电容并联放电电路模块，避免了由于变压器漏感的存在，钳位电容上产生的电压尖峰能量无法释放，对钳位开关管造成损害；且在有源钳位电路中都可利用加入钳位电容放电模块，解决对钳位开关管的浪涌冲击问题。

下面结合附图对本实用新型实施例进行介绍。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的示意图，该有源钳位电路100包括输入电路110、变压器120和输出电路130，所述输入电路110包括钳位电路模块111和放电电路模块112，所述钳位电路模块111包括第二电容c2和第二开关管q2，所述第二电容c2为钳位电容，所述第二开关管q2为钳位开关管；其中：

所述输入电路110外接输入电源，所述钳位电容c2和所述放电电路模块112并联，所述输入电路110通过变压器120与所述输出电路130连接，所述输出电路130连接负载；

所述输入电源用于为所述输入电路110提供电压，所述输入电路110用于连接所述输入电源和维持稳定电压，所述钳位电路模块111用于将所述输入电源的电压峰值固定在预设电压值上，所述放电电路模块112用于消除钳位电路模块111的浪涌冲击电流，所述输出电路130用于稳定输出电压。

可见，本示例中，通过并联在钳位电容c2上的放电电路模块112在关闭电源时，将钳位电容c2上的能量释放掉，避免对第二开关管q2产生浪涌电流冲击，损坏第二开关管q2。

作为一种可能的实施方式，请参阅图1，所述输入电路还包括第一电容c1、第四电容c4和第一开关管q1，所述输出电路130包括二极管d1和第三电容c3；

所述输入电路110为所述变压器原边绕组电路，所述输入电路的正极(hv+)连接所述第一电容c1的正极、所述放电电路模块112的一端、所述钳位电路模块111的一端和所述变压器原边绕组的一端，所述钳位电路模块111和所述变压器120原边绕组并联，所述变压器120原边绕组的另一端连接所述第一开关管q1的一端，所述第四电容c4与所述第一开关管q1并联，所述第一开关管q1的另一端连接所述第一电容c1的负极和所述输入电路的负极(hv-)。

所述输出电路130为变压器120副边绕组电路，所述变压器120的副边绕组的一端和所述第一二极管d1的阳极连接，所述第一二极管d1的阴极与所述第三电容c3的正极连接，并形成正输出(vout+)，所述第三电容c3的负极与所述变压器120的副边绕组的另一端连接，并形成负输出(vout-)。

其中，所述第一开关管q1和所述第二开关管q2都需要连接脉冲宽度调制(pwm，pulsewidthmodulation)来调制晶体管栅极或基极的偏置，实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，即所述第一开关管q1还连接pwm1，所述第二开关管q2还连接pwm2，输入电路110外接高压输入电源，经钳位电路模块111限制和稳定电压，使变压器120原边绕组的电压稳定。

其中，输入电路110正极外接输入的高压电源的正极，经钳位电路模块111固定变压器120原边绕组的电压，再经第一开关管q1连接到输入的高压电源的负极，钳位电路模块111并联放电电路模块112以释放钳位电路模块111上的能量。变压器120将原边绕组的电压转换为同频率的副边绕组的电压，再连接到负载。

可见，本示例中，通过钳位电路模块111可以将电压数值稳定在到指定的电压数值上，保证输出电压的稳定性，且并联在钳位电容c2上的放电电路模块112，可将钳位电容c2上的能量释放掉，避免对第二开关管q2产生浪涌电流冲击，损坏第二开关管q2。

作为一种可能的实施方式，请参阅图1，所述钳位电路模块111包括所述第二电容c2和所述第二开关管q2，所述第二电容c2的正极连接所述输入电路的正极，所述第二电容c2的正极还与所述第一电容c1正极、所述放电电路模块112的一端和所述变压器120原边绕组的一端连接；所述第二电容c2的负极与所述第二开关管q2的一端以及所述放电电路模块112的另一端连接，所述第二开关管q2的另一端与所述变压器120的原边绕组的另一端以及所述第一开关管q1的一端连接。

其中，第二电容c2和第二开关管q2串联组成钳位电路模块111，钳位电路模块111将输入电路脉冲信号的某一部分固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变的电路。

可见，本示例中，通过在电路中加入钳位电路模块111，保持电路中电压的稳定，克服电压波动，保证了电路电压的稳定性。

作为一种可能的实施方式，所述放电电路模块112为纯被动放电电路模块或驱动放电电路模块，用于为所述第二电容c2提供放电回路。

其中，放电电路模块112有多种选择性，包括但不限于使所述第二电容c2主动放电和驱动钳位电容放电的放电电路。只要是在关机时，能够给第二电容c2提供一个放电回路，都属于此放电电路模块112的应用范畴。

作为一种可能的实施方式，请参阅图2，图2为一种有源钳位电路的示意图，所述放电电路模块为所述纯被动放电电路模块1121，所述纯被动放电电路模块1121的一端连接所述输入电路110的正极(hv+)，所述纯被动放电电路模块1121的一端还连接所述第二电容c2的正极、第一电容c1的正极和所述变压器120原边绕组的一端；所述纯被动放电电路模块1121的另一端连接所述第二电容c2的正极。

其中，所述放电电路为纯被动放电电路模块1121时，纯被动放电电路模块1121可以由单个被动元件1122组成，例如电阻等；也可以由两个及其以上的被动元件1122组成。关机时，纯被动放电电路模块1121与上述钳位电容c2构成放电回路，释放上述钳位电容c2上的电压能量。

可见，本示例中，放电电路模块采用纯被动放电电路模块对钳位电容c2进行放电操作，能够避免对所述第二开关管q2的浪涌冲击，且电路简单，成本低。

作为一种可能的实施方式，请参阅图3，图3为一种有源钳位电路的示意图，所述放电电路模块为驱动放电电路模块1123，所述驱动放电电路模块1123包括放电电路驱动1124和放电元件1125，所述放电电路驱动1124和所述放电元件1125连接，所述驱动放电电路模块1123与所述第二电容c2并联。

其中，所述放电电路为驱动放电电路模块1123时，可以由放电电路驱动1124连接一个或多个放电元件1125，例如放电电路驱动和电阻串联构成驱动放电电路模块。在关机时，主动输出放电功能，与上述第二电容c2构成放电回路，释放上述钳位电容上的电压能量。

可见，本示例中，放电电路模块采用驱动放电电路模块1123对钳位电容c2进行放电操作，能够避免对所述第二开关管q2的浪涌冲击，能够快速对钳位电容c2进行放电。

本实用新型实施例还提供一种有源钳位系统，请参阅图4，图4为所述有源钳位系统的示意图，所述有源钳位系统包括输入电源200、有源钳位电路100和负载300；

所述输入电源200、所述有源钳位电路100和所述负载300依次连接；

所述输入电源200用于为所述有源钳位电路100和所述负载300提供电压，所述有源钳位电路100用于连接所述输入电源200和维持稳定电压，所述负载300用于连接所述有源钳位电路100和消耗电压。

在一个可能的示例中，请参阅图4，所述有源钳位电路100包括输入电路110、变压器120和输出电路130，所述输入电路110包括钳位电路模块111和放电电路模块112，所述钳位电路模块111包括第二电容和第二开关管，所述第二电容为钳位电容，所述第二开关管为钳位开关管；

所述输入电路110连接所述输入电源200、所述第二电容和所述放电电路模块112并联，所述输入电路110通过变压器120与所述输出电路130连接，所述输出电路130连接所述负载300；

所述输入电源200用于为所述输入电路110提供电压，所述输入电路110用于连接所述输入电源200和维持稳定电压，所述钳位电路模块111用于将所述输入电源的电压峰值固定在预设电压值上，所述放电电路模块112用于消除钳位电路模块的浪涌冲击电流，所述输出电路130用于稳定输出电压。

在一个可能的示例中，所述输入电路110包括第一电容、第四电容和第一开关管，所述输出电路130包括二极管和第三电容，所述放电电路模块112为纯被动放电电路模块或驱动放电电路模块；

所述输入电路110为所述变压器原边绕组电路，所述输入电路110的正极连接所述输入电源200的正极、所述第一电容的正极、所述放电电路模块112的一端、所述钳位电路模块111的一端和所述变压器120原边绕组的一端，所述钳位电路模块111和所述变压器120原边绕组并联，所述变压器120原边绕组的另一端连接所述第一开关管的一端，所述第四电容与所述第一开关管并联，所述第一开关管的另一端连接所述第一电容的负极和所述输入电路110的负极，所述输入电路110的负极连接所述输入电源200的负极；

所述输出电路130为变压器副边绕组电路，所述变压器120的副边绕组的一端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的正极连接，并形成正输出，所述第三电容的负极和所述变压器120的副边绕组的另一端连接，并形成负输出，所述正输出和所述负输出连接所述负载300。

可见，本申请中有源钳位电路中的钳位电容并联放电电路模块，避免了由于变压器漏感的存在，钳位电容上产生的电压尖峰能量无法释放，对钳位开关管造成损害；且在有源钳位电路中都可利用加入钳位电容放电模块，解决对钳位开关管的浪涌冲击问题。

需要说明的是，对于前述的各实用新型实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。