有源钳位原理

问题描述

精选答案

有源钳位的过程的本质是一个负反馈环路。给定是TVS的击穿点，被控对象是集电极电位。

实际上有源钳位电路可以用自动控制理论进行建模。在控制理论中，有一个重要的术语，叫“反馈”，它的意思是，将某个物理量，引导至前面的环节，从而对该物理量产生影响。

反馈分成两大类：

1. 正反馈

2. 负反馈

正反馈的引入会使某物理量发散，而负反馈的引入会使某物理量收敛。

有源钳位正是利用了负反馈的原理，对集电极电位进行压制，使之收敛于某一给定值。

在实际的有源钳位电路中，反馈是存在的，集电极和门极之间通过一个回路建立了联系。由于集电极的相位与门极的相位总是相反的，相差180度，（门极电位向上时集电极电位向下），所以反馈系统中存在一个“负号”，因此这是一个负反馈。

有源钳位电路的控制环路的数学模型：

Vz：环路给定值，实际为TVS管的击穿电压；

Vc：被控对象，实际为IGBT的集电极电位；

P：环路的前向传递函数，可以理解为门极对集电极的影响能力，是IGBT芯片内部的行为；

G：环路的反馈传递函数，可以理解为集电极信号被传达到门极时所经过的路径的行为；

环路的带宽：这是指环路对被控对象的响应速度，如果被控对象变化速度很快，那么环路的速度必须比被控对象更快，否则就没有办法对被控对象进行控制。在这个电路里，如果带宽不够，其具体表现为，集电极电位钳不住。

所以，有源钳位电路必须是高带宽环路。

影响有源钳位电路的速度(带宽)的因素：

被控对象(集电极电位)的性质：这是一个速度非常快的模拟量，电压尖峰只会出现100ns~300ns左下，甚至更短；

这就要求，控制回路必须比集电极电位变化更快，才能控制住集电极电位。换句话说，这要求，控制环路的带宽必须很高，是超高速模拟电路。

这里有两个因素会影响环路速度，分别是P和G所代表的回路，有以下结论：

1. P所在的回路，是IGBT的门极对集电极的影响能力，这一环节由IGBT芯片决定；

2. G所在的回路，即TVS回路，要求快速。TVS的性能对有源钳位性能影响极大，TVS的品牌和型号需要仔细挑选，且这一路径必须靠近IGBT模块，连接的PCB线要短，否则这个电路的性能会受较大的影响，其直接表现为，电压钳不住。

其他回答

自考视界

源钳位原理是电子电路中一种常用的电压参考技术。它通过使用一个电压源和一个负反馈放大器来提供一个稳定的参考电压，以确保其他电路组件可以在该参考电压下正常工作。

源钳位电路通常由以下几个主要组成部分构成：

1. 电压源（Vref）：它是一个稳定的参考电压源，通常由稳压器、电池或其他精度较高的电路提供。这个电压源被用作参考，被认为是一个固定值。

2. 运算放大器（Op-Amp）：它是一个差分放大器，具有很高的增益、输入阻抗和共模抑制比。负反馈会使运算放大器尽力将其输出电压调整到一个使输入端的电位差为零的状态。

3. 反馈电阻（Rf）：它将运算放大器的输出电压与输入端的电位差连接起来。通常，反馈电阻通过调整其值，来控制运算放大器的增益。

工作原理：

当运算放大器的正输入端和负输入端之间的电位差等于零时，通过负反馈，运算放大器会调整输出电压，使其与参考电压（Vref）保持相等。这样一来，通过源钳位电路输出的电压就可以稳定地等于参考电压。

当其他电路需要一个稳定的参考电压时，它们可以通过连接到源钳位电路的输出端来获得这个参考电压。由于源钳位电路使用负反馈原理来调整输出电压，可以有效地抑制输入偏差、温度变化和供电波动等对参考电压的影响，从而提供一个稳定的参考。