RCD snubber - principiu de operare și exemplu de calcul

Motivul pentru care recurg la utilizarea snubber-urilor

În timpul dezvoltării unui convertor de impulsuri de putere (în special pentru dispozitivele de topologie puternică push-pull și forward, unde comutarea are loc în modurile hard), trebuie să aveți grijă să protejați întrerupătoarele de putere de la întreruperea tensiunii.

În ciuda faptului că documentația pentru lucrările de teren indică tensiunea maximă dintre scurgere și sursă la 450, 600 sau chiar 1200 volți, un impuls aleatoriu de înaltă tensiune pe scurgere poate fi suficient pentru a rupe cheia scumpă (chiar și de înaltă tensiune). Mai mult, pot fi atacate elemente vecine ale circuitului, inclusiv un șofer rar.

Un astfel de eveniment va duce imediat la o grămadă de probleme: unde să obții un tranzistor similar? Este la vânzare acum? Dacă nu, când va apărea? Cât de bine va fi noua lucrare de teren? Cine, când și pentru ce bani se va angaja pentru a lipa toate acestea? Cât va dura noua cheie și nu va repeta soarta predecesorului său? etc. și așa mai departe.

În orice caz, este mai bine să fiți în siguranță imediat și chiar în faza de proiectare a dispozitivului luați măsuri pentru a preveni astfel de probleme la rădăcină. Din fericire, o soluție fiabilă, ieftină și ușor de implementat, bazată pe componente pasive, este cunoscută de mult timp, care a devenit populară atât în ​​rândul fanilor echipamentelor de înaltă tensiune, cât și a profesioniștilor. Este vorba despre cel mai simplu RCD snubber.

În mod tradițional pentru convertoarele de impulsuri, inductanța înfășurării primare a unui transformator sau inductor este inclusă în circuitul de drenaj al unui tranzistor. Și cu o oprire bruscă a tranzistorului în condițiile în care curentul comutat nu a scăzut până la o valoare sigură, conform legii inducției electromagnetice, o înălțime va apărea la înfășurare, proporțională cu inductanța înfășurării și viteza tranzistorului de la starea conducătoare la starea blocată.

Dacă partea din față este suficient de abruptă și inductanța totală a înfășurării în circuitul de scurgere a tranzistorului este semnificativă, atunci rata ridicată a creșterii tensiunii dintre canalul de scurgere și sursă va duce instantaneu la dezastre. Pentru a reduce și a facilita acest ritm de creștere termică de blocare a tranzistorului, este plasat un buton RCD între dren și sursa cheii protejate.

Cum funcționează tabăra RCD?

Snabber RCD funcționează după cum urmează. În momentul în care tranzistorul este blocat, curentul înfășurării primare, din cauza inductanței sale, nu poate scădea instantaneu la zero. Și în loc să arde tranzistorul, încărcarea, sub acțiunea unui EMF ridicat, trece prin dioda D către condensatorul C al circuitului snubber, încărcându-l, iar tranzistorul se închide în modul moale al unui mic curent prin tranziția sa.

Când tranzistorul începe să se deschidă din nou (trecerea brusc la următoarea perioadă de comutare), condensatorul se va descărca, nu prin tranzistorul gol, ci prin rezistența de tip snubber R. Și întrucât rezistența snubber este de câteva ori mai mare decât rezistența de tranziție de scurgere. sursă, apoi partea principală a energiei stocate în condensator va fi alocată exact pe rezistor, și nu pe tranzistor. Astfel, amortizorul RCD absoarbe și disipează energia inductanței de tensiune mare de înaltă tensiune.

Calculul lanțului de snubber

P este puterea disipată pe rezistența de etanșare C este capacitatea condensatorului de tip snubber t este timpul de blocare al tranzistorului în timpul căruia condensatorul condensatorului U este tensiunea maximă la care este încărcat condensatorul de tip snubber I este curentul prin tranzistor până se închide f de câte ori pe secundă snabber (frecvența de comutare a tranzistorului)

Pentru a calcula valorile elementelor protectoare, pentru început, acestea sunt setate în funcție de timpul pentru care tranzistorul din acest circuit trece de la starea de conducere la starea de blocare. În acest timp, condensatorul de tip snubber trebuie să aibă timp să se încarce prin diodă. Aici se ține cont de curentul mediu al înfășurării electrice, de care este necesar să se protejeze. Iar tensiunea de alimentare a înfășurării convertorului vă va permite să alegeți un condensator cu o tensiune maximă adecvată.

În continuare, trebuie să calculați puterea care va fi disipată de rezistența de tip snubber, iar după aceea selectați valoarea rezistorului specific pe baza parametrilor de timp ai circuitului RC obținut. Mai mult decât atât, rezistența rezistorului nu trebuie să fie prea mică, astfel încât atunci când condensatorul începe să se descarce prin el, impulsul maxim al curentului de descărcare împreună cu curentul de funcționare nu depășește valoarea critică pentru tranzistor. Această rezistență nu ar trebui să fie prea mare, astfel încât condensatorul să mai aibă timp să se descarce, în timp ce tranzistorul lucrează partea pozitivă a perioadei de lucru.

Să ne uităm la un exemplu.

Un invertor push-pull de rețea (amplitudinea unei tensiuni de alimentare de 310 volți) care consumă o putere de 2 kW funcționează la o frecvență de 40 kHz, iar tensiunea maximă dintre scurgere și sursă pentru cheile sale este de 600 volți. Este necesar să se calculeze snubberul RCD pentru aceste tranzistoare. Permiteți timpul de oprire a tranzistorului în circuit să fie de 120 ns.

Curentul mediu de înfășurare 2000/310 = 6,45 A. Lasă ca tensiunea de pe cheie să nu depășească 400 de volți. Atunci C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Alegem un condensator de film cu o capacitate de 2,2 nF la 630 volți. Puterea absorbită și disipată de fiecare snubber pentru 40.000 de perioade va fi P = 40.000 * 0.0000000022 * 400 * 400/2 = 7.04 W.

Să presupunem că ciclul minim de funcționare a impulsului pe fiecare dintre cele două tranzistoare este de 30%. Aceasta înseamnă că timpul de deschidere minim al fiecărui tranzistor va fi de 0,3 / 80,000 = 3,75 μs, ținând cont de partea frontală, luăm 3,65 μs. Luăm 5% din acest timp pentru 3 * RC și lăsăm condensatorul să se descarce aproape complet în acest timp. Apoi 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. De aici (înlocuitorul C = 2,2 nF) obținem R = 27,65 Ohmi.

Instalăm două rezistențe de cinci wați de 56 Ohmi în paralel în fiecare snubber al nostru în doi timpi și obținem 28 Ohms pentru fiecare snubber. Curentul de impuls de la funcționarea snubberului când condensatorul se descarcă prin rezistență este de 400/28 = 14,28 A - acesta este curentul în impulsul care trece prin tranzistor la începutul fiecărei perioade. Conform documentației pentru cele mai populare tranzistoare de putere, curentul maxim de impuls admis pentru aceștia depășește curentul maxim maxim de cel puțin 4 ori.

În ceea ce privește dioda, o diodă cu impuls este plasată în circuitul RCD-snubber la aceeași tensiune maximă ca cea a tranzistorului și este capabilă să reziste la curentul maxim care circulă prin circuitul primar al acestui convertor într-un impuls.