RCD snubber - werkingsprincipe en rekenvoorbeeld

De reden dat ze hun toevlucht nemen tot het gebruik van snubbers

Tijdens de ontwikkeling van een stroompulsconvertor (vooral voor krachtige push-pull- en forward topology-apparaten, waarbij schakelen in harde modi plaatsvindt), moet ervoor worden gezorgd dat de stroomschakelaars worden beschermd tegen spanningsuitval.

Ondanks het feit dat de veldwerkdocumentatie de maximale spanning tussen de afvoer en de bron op 450, 600 of zelfs 1200 volt aangeeft, kan één willekeurige hoogspanningspuls op de afvoer voldoende zijn om de dure (zelfs hoogspannings) sleutel te verbreken. Bovendien kunnen aangrenzende elementen van het circuit, waaronder een schaarse bestuurder, worden aangevallen.

Zo'n gebeurtenis zal meteen leiden tot een hoop problemen: waar haal je een vergelijkbare transistor? Is het nu te koop? Zo nee, wanneer verschijnt het? Hoe goed zal het nieuwe veldwerk zijn? Wie, wanneer en voor welk geld zal dit ondernemen? Hoe lang gaat de nieuwe sleutel mee en herhaalt deze niet het lot van zijn voorganger? enz. enzovoort.

In elk geval is het beter om meteen veilig te zijn en zelfs in de ontwerpfase van het apparaat maatregelen te nemen om dergelijke problemen aan de wortel te voorkomen. Gelukkig is er al lang een betrouwbare, goedkope en eenvoudig te implementeren oplossing op basis van passieve componenten die populair is geworden bij zowel fans van hoogspanningsapparatuur als professionals. Het gaat om de eenvoudigste RCD-snubber.

Traditioneel voor pulsomzetters is de inductantie van de primaire wikkeling van een transformator of inductor opgenomen in het afvoercircuit van een transistor. En met een scherpe uitschakeling van de transistor onder omstandigheden waarin de geschakelde stroom nog niet is gedaald tot een veilige waarde, volgens de wet van elektromagnetische inductie, zal een hoge spanning op de wikkeling verschijnen, evenredig met de inductie van de wikkeling en de overgangssnelheid van de transistor van de geleidende toestand naar de vergrendelde toestand.

Als de voorkant steil genoeg is en de totale inductantie van de wikkeling in het afvoercircuit van de transistor aanzienlijk is, zal de hoge spanningsstijging tussen de afvoer en de bron onmiddellijk leiden tot een ramp. Om deze thermische groeisnelheid van het vergrendelen van de transistor te verminderen en te vergemakkelijken, wordt een RCD-snubber geplaatst tussen de afvoer en de bron van de beschermde sleutel.

Hoe de RCD-snubber werkt

RCD snabber werkt als volgt. Op het moment dat de transistor is vergrendeld, kan de stroom van de primaire wikkeling door zijn inductie niet onmiddellijk tot nul dalen. En in plaats van de transistor te verbranden, snelt de lading, onder invloed van hoge EMF, door de diode D naar de condensator C van het snubbercircuit, laadt deze op en de transistor sluit in de zachte modus van een kleine stroom door zijn overgang.

Wanneer de transistor weer begint te openen (abrupt overgaand naar de volgende schakelperiode), wordt de snubbercondensator ontladen, maar niet door de kale transistor, maar door de snubberweerstand R. En omdat de weerstand van de snubberweerstand meerdere keren groter is dan de weerstand van de junctie bron, dan wordt het grootste deel van de energie opgeslagen in de condensator exact toegewezen aan de weerstand, en niet aan de transistor. Aldus absorbeert en verdrijft de RCD-snubber de energie van de valse hoogspanningsstootc inductantie.

Snubber ketting berekening

P is het gedissipeerde vermogen op de snubberweerstand C is de capaciteit van de snubbercondensator t is de vergrendelingstijd van de transistor gedurende welke de snubbercondensator is opgeladen U is de maximale spanning tot welke de snubbercondensator is opgeladen I is de stroom door de transistor totdat deze sluit hoeveel keer per seconde snabber (transistor schakelfrequentie)

Om de waarden van de beschermende snubberelementen te berekenen, worden ze om te beginnen bepaald door de tijd gedurende welke de transistor in dit circuit van de geleidende toestand naar de vergrendelde toestand gaat. Gedurende deze tijd moet de snubbercondensator tijd hebben om door de diode te laden. Hier wordt rekening gehouden met de gemiddelde stroom van de stroomwikkeling, waartegen het moet worden beschermd. En door de voedingsspanning van de omwikkelingswikkeling kunt u een condensator met een geschikte maximale spanning kiezen.

Vervolgens moet u het vermogen berekenen dat door de snubberweerstand wordt gedissipeerd en daarna de specifieke waarde van de weerstand selecteren op basis van de tijdparameters van het verkregen RC-circuit. Bovendien moet de weerstand van de weerstand niet te klein zijn, zodat wanneer de condensator erdoor begint te ontladen, de maximale ontladingsstroompuls samen met de bedrijfsstroom de kritische waarde voor de transistor niet overschrijdt. Deze weerstand moet niet te groot zijn, zodat de condensator nog tijd heeft om te ontladen, terwijl de transistor het positieve deel van de werkperiode aan het uitwerken is.

Laten we een voorbeeld bekijken.

Een netwerk push-pull omvormer (amplitude van een voedingsspanning van 310 volt) die 2 kW verbruikt, werkt op een frequentie van 40 kHz en de maximale spanning tussen de afvoer en de bron voor zijn sleutels is 600 volt. Het is noodzakelijk om de RCD-snubber voor deze transistoren te berekenen. Laat de uitschakeltijd van de transistor in het circuit 120 ns zijn.

De gemiddelde wikkelstroom 2000/310 = 6,45 A. Laat de spanning op de sleutel 400 volt niet overschrijden. Dan is C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. We kiezen voor een filmcondensator met een capaciteit van 2,2 nF bij 630 volt. Het opgenomen vermogen en gedissipeerd door elke snubber gedurende 40.000 periodes zal P = 40.000 * 0.0000000022 * 400 * 400/2 = 7.04 W.

Stel dat de minimale pulscyclus op elk van de twee transistoren 30% is. Dit betekent dat de minimale open tijd van elke transistor 0,3 / 80.000 = 3,75 μs zal zijn, rekening houdend met de voorkant, nemen we 3,65 μs. We nemen 5% van deze tijd voor 3 * RC, en laten de condensator bijna volledig ontladen gedurende deze tijd. Dan 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Vanaf hier (vervanging C = 2.2 nF) krijgen we R = 27.65 Ohm.

We installeren twee vijf-watt weerstanden van 56 Ohm parallel in elke snubber van onze tweetakt en we krijgen 28 Ohm voor elke snubber. De pulsstroom van de werking van de snubber wanneer de condensator door de weerstand ontlaadt, is 400/28 = 14,28 A - dit is de stroom in de puls die aan het begin van elke periode door de transistor stroomt. Volgens de documentatie voor de meeste populaire vermogenstransistors, overschrijdt de maximaal toelaatbare pulsstroom voor hen de maximale gemiddelde stroom met minstens 4 keer.

Wat betreft de diode, een pulsdiode wordt in het RCD-snubbercircuit geplaatst met dezelfde maximale spanning als die van de transistor en is in staat om de maximale stroom die door het primaire circuit van deze omzetter stroomt in een puls te weerstaan.