RCD-Dämpfer - Funktionsprinzip und Berechnungsbeispiel

Der Grund, warum sie auf die Verwendung von Dämpfern zurückgreifen

Bei der Entwicklung eines Leistungsimpulswandlers (insbesondere für leistungsstarke Push-Pull- und Forward-Topologiegeräte, bei denen das Schalten in harten Modi erfolgt) muss darauf geachtet werden, die Leistungsschalter vor Spannungsausfällen zu schützen.

Trotz der Tatsache, dass in der Feldarbeitsdokumentation die maximale Spannung zwischen Drain und Source bei 450, 600 oder sogar 1200 Volt angegeben ist, kann ein zufälliger Hochspannungsimpuls am Drain ausreichen, um den teuren (sogar Hochspannungs-) Schlüssel zu brechen. Darüber hinaus können benachbarte Elemente der Schaltung, einschließlich eines knappen Treibers, angegriffen werden.

Ein solches Ereignis wird sofort zu einer Reihe von Problemen führen: Woher bekommt man einen ähnlichen Transistor? Ist es jetzt im Verkauf? Wenn nicht, wann wird es erscheinen? Wie gut wird die neue Feldarbeit sein? Wer, wann und für welches Geld wird sich verpflichten, all dies zu löten? Wie lange hält der neue Schlüssel und wiederholt er nicht das Schicksal seines Vorgängers? usw. und so weiter.

In jedem Fall ist es besser, sofort sicher zu sein und bereits in der Entwurfsphase des Geräts Maßnahmen zu ergreifen, um solche Probleme an der Wurzel zu vermeiden. Glücklicherweise ist eine zuverlässige, kostengünstige und einfach zu implementierende Lösung auf der Basis passiver Komponenten seit langem bekannt, die sowohl bei Fans von Hochspannungsgeräten als auch bei Profis beliebt geworden ist. Es geht um den einfachsten RCD-Snubber.

Traditionell ist bei Impulswandlern die Induktivität der Primärwicklung eines Transformators oder Induktors in der Drain-Schaltung eines Transistors enthalten. Und bei einem scharfen Abschalten des Transistors unter Bedingungen, bei denen der Schaltstrom gemäß dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion noch nicht auf einen sicheren Wert gesunken ist, tritt an der Wicklung eine hohe Spannung auf, die proportional zur Induktivität der Wicklung und der Geschwindigkeit des Transistors vom leitenden Zustand in den verriegelten Zustand ist.

Wenn die Front steil genug ist und die Gesamtinduktivität der Wicklung im Drain-Schaltkreis des Transistors signifikant ist, führt die hohe Spannungsanstiegsrate zwischen Drain und Source sofort zu einer Katastrophe. Um diese Wärmewachstumsrate beim Verriegeln des Transistors zu verringern und zu erleichtern, wird ein RCD-Dämpfer zwischen dem Drain und der Source des geschützten Schlüssels angeordnet.

Wie funktioniert der RCD-Snubber?

RCD Snabber funktioniert wie folgt. In dem Moment, in dem der Transistor verriegelt ist, kann der Strom der Primärwicklung aufgrund seiner Induktivität nicht sofort auf Null abfallen. Und anstatt den Transistor zu verbrennen, strömt die Ladung unter der Wirkung einer hohen EMF durch die Diode D zum Kondensator C der Dämpfungsschaltung, lädt sie auf und der Transistor schließt im weichen Modus eines kleinen Stroms durch seinen Übergang.

Wenn der Transistor wieder zu öffnen beginnt (abrupt in die nächste Schaltperiode übergeht), wird der Dämpfungskondensator entladen, jedoch nicht durch den bloßen Transistor, sondern durch den Dämpfungswiderstand R. Und da der Widerstand des Dämpfungswiderstands um ein Vielfaches größer ist als der Widerstand des Übergangs Quelle, dann wird der Hauptteil der im Kondensator gespeicherten Energie genau auf den Widerstand und nicht auf den Transistor verteilt. Somit absorbiert und leitet der RCD-Dämpfer die Energie der störenden Hochspannungsstoßinduktivität c ab.

Berechnung der Dämpfungskette

P ist die am Dämpfungswiderstand verbrauchte Leistung. C ist die Kapazität des Dämpfungskondensators. T ist die Sperrzeit des Transistors, während der der Dämpfungskondensator aufgeladen wird. U ist die maximale Spannung, auf die der Dämpfungskondensator geladen wird. I ist der Strom durch den Transistor, bis er f-mal pro Sekunde schließt Snabber (Transistorschaltfrequenz)

Um die Werte der Schutzdämpfungselemente zu berechnen, werden sie zunächst durch die Zeit eingestellt, für die der Transistor in dieser Schaltung vom leitenden Zustand in den verriegelten Zustand übergeht. Während dieser Zeit muss der Dämpfungskondensator Zeit haben, sich über die Diode aufzuladen. Hierbei wird der Durchschnittsstrom der Leistungswicklung berücksichtigt, vor dem geschützt werden muss. Mit der Versorgungsspannung der Wandlerwicklung können Sie einen Kondensator mit einer geeigneten maximalen Spannung auswählen.

Als nächstes müssen Sie die Leistung berechnen, die vom Dämpfungswiderstand verbraucht wird, und anschließend den spezifischen Wert des Widerstands basierend auf den Zeitparametern der erhaltenen RC-Schaltung auswählen. Darüber hinaus sollte der Widerstand des Widerstands nicht zu klein sein, damit der maximale Entladestromimpuls zusammen mit dem Betriebsstrom den kritischen Wert für den Transistor nicht überschreitet, wenn der Kondensator beginnt, sich durch ihn zu entladen. Dieser Widerstand sollte nicht zu groß sein, damit der Kondensator noch Zeit zum Entladen hat, während der Transistor den positiven Teil der Arbeitsperiode ausarbeitet.

Schauen wir uns ein Beispiel an.

Ein Netzwerk-Push-Pull-Wechselrichter (Amplitude einer Versorgungsspannung von 310 Volt), der 2 kW verbraucht, arbeitet mit einer Frequenz von 40 kHz, und die maximale Spannung zwischen Drain und Source für seine Schlüssel beträgt 600 Volt. Für diese Transistoren muss der RCD-Dämpfer berechnet werden. Die Ausschaltzeit des Transistors in der Schaltung sei 120 ns.

Der durchschnittliche Wicklungsstrom 2000/310 = 6,45 A. Die Spannung am Schlüssel darf 400 Volt nicht überschreiten. Dann ist C = 6,45 · 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Wir wählen einen Filmkondensator mit einer Kapazität von 2,2 nF bei 630 Volt. Die von jedem Dämpfer für 40.000 Perioden aufgenommene und abgegebene Leistung beträgt P = 40.000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Angenommen, das minimale Impuls-Tastverhältnis an jedem der beiden Transistoren beträgt 30%. Dies bedeutet, dass die minimale Öffnungszeit jedes Transistors 0,3 / 80.000 = 3,75 μs beträgt. Unter Berücksichtigung der Front nehmen wir 3,65 μs. Wir nehmen 5% dieser Zeit für 3 * RC und lassen den Kondensator während dieser Zeit fast vollständig entladen. Dann ist 3 · RC = 0,05 · 0,00000365. Von hier (Ersatz C = 2,2 nF) erhalten wir R = 27,65 Ohm.

Wir installieren zwei Fünf-Watt-Widerstände mit 56 Ohm parallel in jedem Dämpfer unseres Zweitakts und wir erhalten 28 Ohm für jeden Dämpfer. Der Impulsstrom aus dem Betrieb des Dämpfers, wenn sich der Kondensator durch den Widerstand entlädt, beträgt 400/28 = 14,28 A - dies ist der Strom im Impuls, der zu Beginn jeder Periode durch den Transistor fließt. Gemäß der Dokumentation für die meisten gängigen Leistungstransistoren übersteigt der maximal zulässige Impulsstrom für sie den maximal durchschnittlichen Strom um mindestens das Vierfache.

Was die Diode betrifft, so ist eine Impulsdiode in der RCD-Dämpfungsschaltung mit der gleichen maximalen Spannung wie die des Transistors angeordnet und kann dem maximalen Strom standhalten, der in einem Impuls durch den Primärkreis dieses Wandlers fließt.