一种具有能量转移功能的有源钳位电路的制作方法

1.本实用新型属于工业领域的电源、逆变器等应用技术领域，具体涉及一种具有能量转移功能的有源钳位电路。


背景技术：

2.对于电压钳位电路，一般常用电阻（如压敏电阻）、稳压二极管（包括瞬态稳压二极管tvs）等无源器件以耗能的方式消除不需要的电能量。这种无源钳位方式方法简单易行，对于需要除能不多的设计适用；但对于需要消耗较大能量以获得电压钳位的电路，则不是个较好选择。耗能方式的钳位电路，多余的电能以热的形式耗散，降低了系统的效率，增加了散热的设计或成本。无源钳位电路钳位电压波动范围大，响应时间并非理想。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有能量转移功能的有源钳位电路。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
5.一种具有能量转移功能的有源钳位电路，其包括：
6.第一接口，用于与待钳位电路连接；
7.第二接口，用于与蓄电装置连接；
8.第一整流电路，与所述第一接口连接，用于交直流转换；
9.电量缓冲器，与所述第一整流电路的输出端连接，用于多余电量存储；
10.逆变器，与电量缓冲器的正负端连接，用于将电量缓冲器转移的直流电逆变为交流方波形式；
11.电压转换电路，分别与逆变器的输出端以及第二接口连接，用于将由电量缓冲器存储的多余电量转换为蓄电装置的电压；
12.脉冲宽度调制电路，与逆变器的控制端连接，用于待钳位电路的钳位电压调节。
13.有源钳位电路设有反馈电路，所述反馈电路分别与电量缓冲器以及脉冲宽度调制电路连接。
14.所述反馈电路包括控制芯片n1、与控制芯片n1连接的负反馈运放电路、与控制芯片n1连接的用于提供同相端偏置电压的电位电路、稳压二极管z1以及光耦隔离电路，所述稳压二极管z1与所述电量缓冲器并联设置，所述光耦隔离电路的受光管端与控制芯片n1连接，所述光耦隔离电路的发光管端与稳压二极管z1连接。
15.所述脉冲宽度调制电路与所述逆变器之间设有隔离驱动电路。
16.所述电压转换电路包括用于将电量缓冲器转移的能量转移到电池中的变压器以及与第二接口之间设有第二整流电路。
17.所述第二整流电路与所述第二接口之间设有lc滤波电路。
18.所述脉冲宽度调制电路包括控制芯片n1，与控制芯片n1连接的振荡电路以及与控
制芯片n1连接的软启动电路。
19.所述逆变器为功率管q11、功率管q12和电容c14、电容c15构成的半桥逆变电路。
20.所述负反馈运放电路的电路构成如下：控制芯片n1的
‑
v端分别与电阻r7以及电阻r6连接，电阻r7的另一端与控制芯片n1的comp端连接，电阻r6的另一端与光耦隔离电路的受光管的c端连接。
21.所述电位电路的电路构成如下：控制芯片n1的 v端分别与电阻r9以及电阻r8连接，电阻r8的另一端接地，电阻r9的另一端接控制芯片n1的vref端，并通过电阻r5与光耦隔离电路的受光管的c端连接。
22.本实用新型的有益效果：通过电容吸收需要钳位电路的能量，然后经过逆变、变压器电压隔离变换、整流、滤波，把钳位电路吸收的能量转移释放到电池或更大的能量池中，从而保持钳位电路部分的电压稳定。比无源钳位电路电压钳位控制精确，无类似斯密特电路的回差特性，响应迅速（快恢复二极管的导通时间，数纳秒级）；实现了能量的回馈，提高了系统的效率，尤其相比于消耗较大能量的无源钳位方式更具有明显的优势。
附图说明
23.图1为本实用新型的电路原理框图。
24.图2为本实用新型的实施例1的电路原理图。
25.图3为本实用新型的实施例2的电路原理图。
具体实施方式
26.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。
27.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
30.实施例1，
31.一种具有能量转移功能的有源钳位电路，其包括：
32.第一接口，用于与待钳位电路连接；
33.第二接口，用于与蓄电装置连接，其中蓄电装置为电池或能量池；
34.第一整流电路，与所述第一接口连接，用于交直流转换，由快恢复二极管v1，v2，v3，v4构成桥式整流电路；
35.电量缓冲器，与所述第一整流电路的输出端连接，用于多余电量存储；由电解电容c14，c15和薄膜电容c12构成；
36.逆变器，与电量缓冲器的正负端连接，用于将电量缓冲器转移的直流电逆变为交流方波形式；由功率管q11，q12和电容c14，c15构成半桥逆变电路；
37.电压转换电路，分别与逆变器的输出端以及第二接口连接，用于将由电量缓冲器存储的多余电量转换为蓄电装置的电压；所述电压转换电路包括用于将电量缓冲器转移的能量转移到电池中的变压器以及与第二接口之间设有第二整流电路。所述第二整流电路与所述第二接口之间设有lc滤波电路。
38.其中变压器为高频变压器t2，高频变压器t2实现能量转移，电压隔离变换，把钳位电路部分产生的能量转移到蓄电装置中。
39.其中第二整流电路由快恢复二极管v5，v6，把高频变压器t2次级的交流电转换为直流电；电感l1和电容c6构成lc滤波电路，把能量平滑的回馈给电池；电容c19，c5是外部供电电源的辅助耦合电容。
40.脉冲宽度调制电路，与逆变器的控制端连接，用于待钳位电路的钳位电压调节。由控制芯片n1(sg3525)，电容c3，c11，c16，c17和电阻r10，r12，r13构成脉冲宽度调制（pwm）电路，并把驱动信号通过隔离变压器t3驱动功率管q11和q12；其中控制芯片n1的5、6、7引脚，r12，r13，c17构成振荡电路，提供振荡源；控制芯片n1的8引脚和c13，构成软起动电路，保证电路上电时，pwm的占空比逐步增加；r10连接n1的13引脚，用于限制控制芯片n1的11、14引脚的驱动电流；c11为去耦电容；c16为控制芯片n1的16引脚滤波电容；控制芯片n1的1、2和9引脚是内部运放电路，此时运放输出为高电位，pwm的占空比恒为最大值。
41.所述脉冲宽度调制电路与所述逆变器之间设有隔离驱动电路。由变压器t3，电容c20，c21和电阻r14，r15构成半桥逆变电路的隔离驱动电路。
42.该实施例1的控制方式为开环控制，pwm的占空比d恒为最大值，不可调，钳位电压与电池电压的关系：
43.vclamp=(d*n1/n2)*vbattery
44.由于电池电压波动范围不大，因而钳位电压的波动范围确定；可以满足一般条件的电压钳位要求。
45.其中：vclamp—钳位电路的理论钳位电压；
46.d
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逆变电路中的脉宽调制（pwm）占空比；
47.n1—变压器初级，n2—变压器次级；
48.vbattery—电池电压（或能量池电压）；
49.逆变器部分采用开环固定占空比（d）控制，结构简单，但钳位电压的稳定性跟随电池（或能量池）的电压而波动。
50.实施例2
51.一种具有能量转移功能的有源钳位电路，其包括：
52.第一接口，用于与待钳位电路1连接；
53.第二接口，用于与蓄电装置8连接，其中蓄电装置为电池或能量池；
54.第一整流电路2，与所述第一接口连接，用于交直流转换，由快恢复二极管v1，v2，v3，v4构成桥式整流电路；
55.电量缓冲器3，与所述第一整流电路的输出端连接，用于多余电量存储；由电解电容c14，c15和薄膜电容c12构成；
56.逆变器4，与电量缓冲器的正负端连接，用于将电量缓冲器转移的直流电逆变为交流方波形式；由功率管q11，q12和电容c14，c15构成半桥逆变电路；
57.电压转换电路，分别与逆变器的输出端以及第二接口连接，用于将由电量缓冲器存储的多余电量转换为蓄电装置的电压；所述电压转换电路包括用于将电量缓冲器转移的能量转移到电池中的变压器5以及与第二接口之间设有第二整流电路6。所述第二整流电路与所述第二接口之间设有lc滤波电路7。
58.其中变压器5为高频变压器t2，高频变压器t2实现能量转移，电压隔离变换，把钳位电路部分产生的能量转移到蓄电装置中。
59.其中第二整流电路由快恢复二极管v5，v6，把高频变压器t2次级的交流电转换为直流电；电感l1和电容c6构成lc滤波电路，把能量平滑的回馈给电池；电容c19，电容c5是外部供电电源的辅助耦合电容。
60.脉冲宽度调制电路10，与逆变器的控制端连接，用于待钳位电路的钳位电压调节。由控制芯片n1(sg3525)，电容c3，c11，c16，c17和电阻r10，r12，r13构成脉冲宽度调制（pwm）电路，并把驱动信号通过隔离变压器t3驱动功率管q11和q12；其中控制芯片n1的5、6、7引脚，r12，r13，c17构成振荡电路，提供振荡源；控制芯片n1的8引脚和电容c13，构成软起动电路，保证电路上电时，pwm的占空比逐步增加；r10连接n1的13引脚，用于限制控制芯片n1的11、14引脚的驱动电流；c11为去耦电容；c16为控制芯片n1的16引脚滤波电容；控制芯片n1的1、2和9引脚是内部运放电路，此时运放输出为高电位，pwm的占空比恒为最大值。
61.所述脉冲宽度调制电路与所述逆变器之间设有隔离驱动电路9。由变压器t3，电容c20，c21和电阻r14，r15构成半桥逆变电路的隔离驱动电路。其中变压器t3包括一个初级绕组以及两个次级绕组，其中两个次级绕组的一端分别通过电阻r14、电阻r15与对应的功率管q11、q12的基极连接，且连接节点分别通过电容c20、c21接电量缓冲器的负极pgnd，利用变压器t3实现逆变电路与控制芯片n1之间的隔离，且能够通过控制芯片n1对逆变电路起到驱动的作用。
62.有源钳位电路设有反馈电路，所述反馈电路分别与电量缓冲器以及脉冲宽度调制电路连接。
63.所述反馈电路包括控制芯片n1、与控制芯片n1连接的负反馈运放电路、与控制芯片n1连接的用于提供同相端偏置电压的电位电路、稳压二极管z1以及光耦隔离电路，所述稳压二极管z1与所述电量缓冲器并联设置，所述光耦隔离电路的受光管端与控制芯片n1连接，所述光耦隔离电路的发光管端与稳压二极管z1连接。
64.所述负反馈运放电路的电路构成如下：控制芯片n1的
‑
v端分别与电阻r7以及电阻r6连接，电阻r7的另一端与控制芯片n1的comp端连接，电阻r6的另一端与光耦隔离电路的
受光管的c端连接。
65.所述电位电路的电路构成如下：控制芯片n1的 v端分别与电阻r9以及电阻r8连接，电阻r8的另一端接地，电阻r9的另一端接控制芯片n1的vref端，并通过电阻r5与光耦隔离电路的受光管的c端连接。
66.实施例2采用的是闭环控制方式，相对于开环控制其钳位电压精确，不受电池电压的影响。
67.控制芯片n1的1、9引脚和r6、r7构成负反馈运放电路，r8,r9提供一个适当的同相端偏置电压；当钳位电压高于稳压二极管z1的稳压值时，光耦n19的二极管导通，其受光的三极管的c、e端导通，连接r5的电位下降，低于同相端偏置电压时，经比例运放，pwm的占空比d增加，回馈给电池的能量增加，钳位电压降低；钳位电压降低，穿通稳压二极管z1的电流则减少，光耦n19的发光管导通电流减小，其受光的三极管的c、e端电流减小电位升高，连接r5的电位上升，高于同相端偏置电压时，经比例运放，pwm的占空比降低；经过这种反馈控制钳位电压稳定在一个固定值。闭环控制下，钳位电压仅与所选的稳压二极管z1相关，钳位电压近似等于稳压二极管z1的稳压值，钳位电压控制更精确。
68.其工作原理如下：
69.待钳位电路，先经过桥式整流电路（采用快恢复二极管，ac/dc,dc/dc）变为直流状态，把多余能量存储到由电解电容和薄膜电容组成的电量缓冲器中；电量缓冲器连接h桥（或半桥，推挽）构成的逆变器（dc/ac），把直流电逆变为交流方波形式，再经过变压器(n1：n2)隔离电压转换为与电池（或能量池）相关联的电压；之后再整流（桥式或全波，ac/dc）为直流，经电感，把需要钳位电路中的能量转移到电池（或能量池）中。
70.本实用新型采用有源电路方式，通过电容吸收需要钳位电路的能量，然后经过逆变、变压器电压隔离变换、整流、滤波，如此，把钳位电路吸收的能量转移释放到电池或更大的能量池中，从而保持钳位电路部分的电压稳定。
71.实施例不应视为对本实用新型的限制，但任何基于本实用新型的精神所作的改进，都应在本实用新型的保护范围之内。