鉗位電路的案例
單片機中如何用二極管實現不同電壓的輸出？
利用二極管的單向導電性可以設計出好玩、實用的電路。
分享本文，分析限幅電路和鉗位電路，是如何用二極管來實現的。
限幅電路
如下圖所示，當在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二極管正向導通。此時，VOUT會被鉗位在0.7V上。
而當VIN小于0.7V時二極管是截止狀態，在負半周期時相當于電流反向，二極管也是截至狀態，此時VOUT=VIN，VOUT波形跟隨VIN變化。
限輻電路示意圖▲
根據上面限輻電路的原理，可以設計如下雙向限輻電路。
雙向限輻電路示意圖▲
然而有時候0.7V電壓不能滿足要求，那么，怎么產生不同大小的限幅電壓？在電路中加入偏置電壓VBIAS，只有當VIN大于等于VBIAS時二極管才能導通。此時VOUT被鉗位，其值是0.7V+VBIAS，如下圖所示。
偏壓限幅電路示意圖▲
鉗位電路
下面是二極管結合電容實現的鉗位電路。分析中不考慮二極管的導通壓降，假設RC時間常數足夠大，從而使輸出波形不會失真。
鉗位電路原理
當輸入Vin在負半周期為負時，電流如下圖中紅色箭頭所示。二極管導通，電容逐漸充電至V，在此過程中Vout=0。
當輸入Vin在正半周為正時，電流如藍色箭頭所示。二極管截止，Vout等于電容上電壓加上正半周電壓V，此時Vout=2V。
鉗位電路原理▲
偏壓鉗位電路
跟限幅電路類似的，為了獲得所需要的鉗位值，要在電路中加入偏置電壓，如下圖所示。
偏壓鉗位電路▲
當所加的偏壓與二極管導通方向一致，鉗位值會提高V1，Vout=2V+V1。
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鉗位電路原理▲
偏壓鉗位電路
跟限幅電路類似的，為了獲得所需要的鉗位值，要在電路中加入偏置電壓，如下圖所示。
偏壓鉗位電路▲
當所加的偏壓與二極管導通方向一致，鉗位值會提高V1，Vout=2V+V1。
雙向二極管鉗位電路應用舉例
在某些電路中會利用兩個二極管的鉗位作用進行保護，如下圖所示，假設0.7V為D1和D2的導通電壓。
Vin大于等于Vmax，D1導通，Vout會被鉗位在Vmax
Vin小于等于Vmin時，Vout被鉗位在Vmin
二極管鉗位保護電路▲
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鉗位電路原理
當輸入Vin在負半周期為負時，電流如下圖中紅色箭頭所示。二極管導通，電容逐漸充電至V，在此過程中Vout=0。
當輸入Vin在正半周為正時，電流如藍色箭頭所示。二極管截止，Vout等于電容上電壓加上正半周電壓V，此時Vout=2V。
鉗位電路原理▲
偏壓鉗位電路
跟限幅電路類似的，為了獲得所需要的鉗位值，要在電路中加入偏置電壓，如下圖所示。
偏壓鉗位電路▲
當所加的偏壓與二極管導通方向一致，鉗位值會提高V1，Vout=2V+V1。
雙向二極管鉗位電路應用舉例
在某些電路中會利用兩個二極管的鉗位作用進行保護，如下圖所示，假設0.7V為D1和D2的導通電壓。
Vin大于等于Vmax，D1導通，Vout會被鉗位在Vmax
Vin小于等于Vmin時，Vout被鉗位在Vmin
二極管鉗位保護電路▲
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▼ 鉗位電路原理
當輸入Vin在負半周期為負時，電流如下圖中紅色箭頭所示。二極管導通，電容逐漸充電至V，在此過程中Vout=0。
當輸入Vin在正半周為正時，電流如藍色箭頭所示。二極管截止，Vout等于電容上電壓加上正半周電壓V，此時Vout=2V。
鉗位電路原理
▼ 偏壓鉗位電路
跟限幅電路類似的，為了獲得所需要的鉗位值，要在電路中加入偏置電壓，如下圖所示。
偏壓鉗位電路
當所加的偏壓與二極管導通方向一致，鉗位值會提高V1，Vout=2V+V1。
▼ 雙向二極管鉗位電路應用舉例
在某些電路中會利用兩個二極管的鉗位作用進行保護，如下圖所示，假設0.7V為D1和D2的導通電壓。
Vin大于等于Vmax，D1導通，Vout會被鉗位在Vmax。
Vin小于等于Vmin時，Vout被鉗位在Vmin。
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萬萬沒想到，二極管竟然還可以這樣用？
偏壓鉗位電路
當所加的偏壓與二極管導通方向一致，鉗位值會提高V1，Vout=2V+V1。
（3）雙向二極管鉗位電路應用舉例
在某些電路中會利用兩個二極管的鉗位作用進行保護，如下圖所示，假設0.7V為D1和D2的導通電壓。
Vin大于等于Vmax，D1導通，Vout會被鉗位在Vmax。
Vin小于等于Vmin時，Vout被鉗位在Vmin。
二極管鉗位保護電路
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這6種ESD保護方法，經常在PCB布局中使用！
下圖為ESD 保護電路示例，該電路由差分 I/O 上的并聯 TVS 二極管組成。
ESD 保護電路示例
1）典型的電壓鉗位二極管電路
典型的電壓鉗位二極管電路如下所示。該電壓鉗位電路主要是限制緩沖器輸入端的電壓累積。
在正常情況下，二極管 D1 和 D2 是反向偏置的，只要輸入端的電壓大于電源軌電壓，二極管 D1 就會正向偏置并導通。類似地，當輸入電壓低于地時，二極管 D2 正向偏置并從地向輸入導通。
下圖為單端緩沖器 I/O 上的 ESD 保護電路中使用的齊納二極管。
單端緩沖器 I/O 上的 ESD 保護電路中使用的齊納二極管。
上述電路可以使用一些具有高反向偏置擊穿電壓的簡單二極管（例如齊納二極管），或者并聯或背靠背配置組合的TVS二極管。用于確定使用哪種類型二極管的主要因素是擊穿電壓和正向電流。
TVS 二極管分為兩種類型，兩種類型的 TVS 二極管都在正常工作條件下充當開路，并且在發生 ESD 浪涌時充當接地短路。
2）單向瞬態抑制二極管
用于 ESD 保護的單向 TVS 浪涌二極管如下所示。TVS 二極管不一定是簡單的齊納二極管，也可以是專門作為 TVS 二極管銷售的組件，如下圖所示。
下圖為受保護組件電源軌上的單向 TVS 抑制二極管。
受保護組件電源軌上的單向 TVS 抑制二極管
在 ESD的正周期期間，該二極管變為反向偏置并以雪崩模式運行，導致 ESD 電流從輸入端流向地。在負周期期間，此 TVS 二極管變為正向偏置并傳導 ESD 電流。
單向 TVS 二極管保護電路免受 ESD 影響的方式：通過阻止或允許 ESD 電流流動，具體取決于其極性。
展開 干貨｜開關電源電路各種損耗的分析
改善方法：恒流啟動方式啟動，啟動完成后關閉啟動電路降低損耗。
03
與開關電源工作相關的損耗
04
鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
改善方法：用TVS鉗位如下圖，可免除電阻放電損耗（注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的）
當然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。
05
供電繞組的損耗
電源芯片是需要一定的電流和電壓進行工作的，如果Vcc供電電壓越高損耗越大。
改善方法：由于IC內部消耗的電流是不變的，在保證芯片能在安全工作電壓區間的前提下盡量降低Vcc供電電壓！
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改善方法：恒流啟動方式啟動，啟動完成后關閉啟動電路降低損耗。
與開關電源工作相關的損耗
鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
改善方法：用TVS鉗位如下圖，可免除電阻放電損耗（注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的）
當然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。
干貨｜詳盡分析開關電源電路的各種損耗
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鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
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03
與開關電源工作相關的損耗
04
鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
改善方法：用TVS鉗位如下圖，可免除電阻放電損耗（注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的）
當然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。
MOSFET與IGBT的區別
關斷損耗 —問題尚未結束
在硬開關、鉗位感性電路中，MOSFET的關斷損耗比IGBT低得多，原因在于IGBT 的拖尾電流，這與清除圖1中PNP BJT的少數載流子有關。圖7顯示了集電極電流ICE和結溫Tj的函數Eoff，其曲線在大多數IGBT數據表中都有提供。這些曲線基于鉗位感性電路且測試電壓相同，并包含拖尾電流能量損耗。
圖2顯示了用于測量IGBT Eoff的典型測試電路， 它的測試電壓，即圖2中的VDD，因不同制造商及個別器件的BVCES而異。在比較器件時應考慮這測試條件中的VDD，因為在較低的VDD鉗位電壓下進行測試和工作將導致Eoff能耗降低。
降低柵極驅動關斷阻抗對減小IGBT Eoff損耗影響極微。如圖1所示，當等效的多數載流子MOSFET關斷時，在IGBT少數載流子BJT中仍存在存儲時間延遲td(off)I。不過，降低Eoff驅動阻抗將會減少米勒電容CRES和關斷VCE的dv/dt造成的電流注到柵極驅動回路中的風險，避免使器件重新偏置為傳導狀態，從而導致多個產生Eoff的開關動作。
ZVS和ZCS拓撲在降低MOSFET和IGBT的關斷損耗方面很有優勢。不過ZVS的工作優點在IGBT中沒有那么大，因為當集電極電壓上升到允許多余存儲電荷進行耗散的電勢值時，會引發拖尾沖擊電流Eoff。ZCS拓撲可以提升最大的IGBT Eoff性能。正確的柵極驅動順序可使IGBT柵極信號在第二個集電極電流過零點以前不被清除，從而顯著降低IGBT ZCS Eoff 。
MOSFET的Eoff能耗是其米勒電容Crss、柵極驅動速度、柵極驅動關斷源阻抗及源極功率電路路徑中寄生電感的函數。
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干貨 | 常見開關電源各種保護電路實例詳細解剖
過壓保護自鎖控制電路
1、概述（電路類別、實現主要功能描述）：
在電源系統中，當反饋回路失效時，輸出電壓不受控，電壓升高超出規定范圍，此時過高的輸出電壓有可能造成后續電器設備的損壞。為解決這問題，通常在電源中增加過壓保護電路。過壓保護的方式一般有三種。
A、鉗位型：當反饋失效時，通過過壓鉗位電路將輸出電壓鉗位在一個定值。
B、間歇保護型：當反饋失效時，通過保護電路使輸出電壓來回重啟，輸出電壓的最高點為過壓保護點。
C、自鎖型：當輸出電壓達到過壓保護點時，電路動作，關閉PWM使模塊無輸出。在排除故障后再重啟電源輸出才正常供電。下述電路為自鎖型控制電路。
2、電路組成（原理圖）：
3、工作原理分析(主要功能、性能指標及實現原理):
上圖中為隔離的自鎖型控制電路。當過壓保護信號CON TROL端給出一個高電平時，U1中的三極管導通，VCC為整個電路的供電端。Vcc經R5給Q2一個基極電流，Q1導通并進入飽和狀態，SHUT端被Q2拉至低電平，PWM關閉電源無輸出。Q2同時控制Q1的導通。當 Q2導通時，Q1的基極電流經R2到地，Q1導通，經R3再提供一個基極電流給Q2，維持Q2的導通。Q1及R1、R2、R3構成了Q2的正反饋電路。
4、電路的優缺點
優點：可有效的進行自鎖保護，整個電路等效于一個可控硅。
缺點：整個電路需要一個固定的Vcc。當PWM電源端無供電時，也需保證上圖中VCC電壓的存在。
5、應用的注意事項：
1． 此電路要有持續的供電自鎖才有效。
2．
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應用的注意事項
當過壓保護電路起作用時，電路處于非正常工作狀態。對于有輸出電壓上下調功能的電路，過壓保護點應大于輸出電壓上調最大值。
過壓保護自鎖控制電路
01
概述
在電源系統中，當反饋回路失效時，輸出電壓不受控，電壓升高超出規定范圍，此時過高的輸出電壓有可能造成后續電器設備的損壞。為解決這問題，通常在電源中增加過壓保護電路。過壓保護的方式一般有三種。
A、鉗位型：當反饋失效時，通過過壓鉗位電路將輸出電壓鉗位在一個定值。
B、間歇保護型：當反饋失效時，通過保護電路使輸出電壓來回重啟，輸出電壓的最高點為過壓保護點。
C、自鎖型：當輸出電壓達到過壓保護點時，電路動作，關閉PWM使模塊無輸出。在排除故障后再重啟電源輸出才正常供電。下述電路為自鎖型控制電路。
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電路組成（原理圖）
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工作原理分析
上圖中為隔離的自鎖型控制電路。
展開 干貨｜開關電源里的特殊元件，它們的類型和用途你都知道嗎?
快恢復二極管(FRD)----快恢復二極管的反向恢復時間一般為幾百納秒，正向壓降為0.6V~1V，正向電流為幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百伏特至幾千伏特，可用作開關電源中的輸出整流管、一次側鉗位保護電路的阻塞二極管。
▲ 快恢復二極管(FRD)
2. 超快恢復二極管(SRD)----超快恢復二極管則是在快恢復二極管基礎上發展而成的，其反向恢復電荷進一步減小，反向恢復時間可低至幾十納秒，可用作開關電源適配器輸出整流管、阻塞二極管、反饋電路中的整流管。
▲ 超快恢復二極管(SRD)
3. 肖特基二極管(SBD)----全稱為肖特基勢壘二極管，它屬于低電壓、低功耗、大電流、超高速半導體功率器件，其反向恢復時間可小到幾納秒，正向導通壓降僅為0.4V左右，整流電流可達幾十至幾百安培。特別適合做開關電源充電器低壓輸出電路中的整流二極管、續流二極管。
▲ 肖特基二極管(SBD)
4. 瞬變變壓抑制二極管(TVS)----亦稱瞬態電壓抑制器，其響應速度極快、鉗位電壓穩定，是一種新型過電壓保護器件，可用來保護開關電源PWM集成電路、MOS功率器件以及其他對電壓敏感的半導體器件。
▲ 瞬變變壓抑制二極管(TVS)
5. 雙向觸發二極管(DIAC)----亦稱二端交流器件，常與晶閘管配套使用，構成開關電源變壓器輸出過電壓保護電路。
▲ 雙向觸發二極管(DIAC)
二、特種電阻器
1.
展開 開關電源里的特殊元件, 類型和用途你都知道嗎?
01
特種二極管
1.1 快恢復二極管(FRD)
快恢復二極管的反向恢復時間一般為幾百納秒，正向壓降為0.6V~1V，正向電流為幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百伏特至幾千伏特，可用作開關電源中的輸出整流管、一次側鉗位保護電路的阻塞二極管。
快恢復二極管
1.2 超快恢復二極管(SRD)
超快恢復二極管則是在快恢復二極管基礎上發展而成的，其反向恢復電荷進一步減小，反向恢復時間可低至幾十納秒，可用作開關電源適配器輸出整流管、阻塞二極管、反饋電路中的整流管。
超快恢復二極管
1.3 肖特基二極管(SBD)
全稱為肖特基勢壘二極管，它屬于低電壓、低功耗、大電流、超高速半導體功率器件，其反向恢復時間可小到幾納秒，正向導通壓降僅為0.4V左右，整流電流可達幾十至幾百安培。特別適合做開關電源充電器低壓輸出電路中的整流二極管、續流二極管。
肖特基二極管
1.4 瞬變變壓抑制二極管(TVS)
亦稱瞬態電壓抑制器，其響應速度極快、鉗位電壓穩定，是一種新型過電壓保護器件，可用來保護開關電源PWM集成電路、MOS功率器件以及其他對電壓敏感的半導體器件。
瞬變變壓抑制二極管
1.5 雙向觸發二極管(DIAC)
亦稱二端交流器件，常與晶閘管配套使用，構成開關電源變壓器輸出過電壓保護電路。
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