RCD snubber: exemple de principi de funcionament i càlcul

La raó per la qual recorren a l’ús de snubbers

Durant el desenvolupament d’un convertidor d’impulsos d’energia (especialment per a potents dispositius de topologia push-pull i forward, on la commutació es produeix en modes durs), cal tenir cura de protegir els interruptors d’energia de l’aturada de la tensió.

Tot i que la documentació del treball de camp indica la tensió màxima entre el desguàs i la font a 450, 600 o fins i tot 1200 volts, pot ser suficient un pols d’alta tensió aleatòria al desguàs per trencar la cara (fins i tot d’alta tensió). A més, poden ser atacats elements veïns del circuit, inclòs un conductor escàs.

Aquest esdeveniment provocarà immediatament un munt de problemes: on obtenir un transistor similar? Ja està a la venda? Si no, quan apareixerà? Què serà de bo el nou treball de camp? Qui, quan i per a quins diners es comprometrà a soldar tot això? Quant de temps durarà la nova clau i no repetirà el destí del seu predecessor? etc., etc.

En qualsevol cas, és millor estar segur alhora i, fins i tot, en l’etapa de disseny del dispositiu adoptar mesures per evitar aquest tipus d’arrel. Afortunadament, des de fa molt de temps es coneix una solució fiable, barata i fàcil d’implementar basada en components passius que s’ha popularitzat tant en els fanàtics dels equips d’alta tensió com en els professionals. Es tracta del subjecció RCD més simple.

Tradicionalment per als convertidors d’impuls, la inductància del bobinat primari d’un transformador o inductor s’inclou en el circuit de drenatge d’un transistor. I amb una forta apagada del transistor en condicions quan el corrent commutat encara no ha disminuït fins a un valor segur, segons la llei de la inducció electromagnètica, apareixerà una alta tensió al bobinat, proporcional a la inductància del bobinat i la velocitat del transistor des de l'estat conductor fins a l'estat bloquejat.

Si la part davantera és prou escarpada i la inductància total del bobinat al circuit de drenatge del transistor és important, llavors l’elevada taxa de pujada de tensió entre el desguàs i la font provocarà immediatament un desastre. Per tal de reduir i facilitar aquest ritme de creixement tèrmic de bloqueig del transistor, es col·loca un embussador RCD entre el desguàs i la font de la clau protegida.

Com funciona el subjacent RCD?

El Rafinador RCD funciona de la següent manera. En el moment en què el transistor està bloquejat, el corrent de la bobinada primària, per la seva inductància, no pot disminuir immediatament a zero. I en lloc de cremar el transistor, la càrrega, sota l’acció d’alta EMF, s’enfila a través del díode D fins al condensador C del circuit d’atmosfera, carregant-lo i el transistor es tanca en mode suau d’un petit corrent mitjançant la seva transició.

Quan el transistor comenci a obrir-se de nou (passant bruscament al següent període de commutació), el condensador d’enganxada es descarregarà, però no a través del transistor nu, sinó a través de la resistència snubber R. I ja que la resistència de la resistència snubber és diverses vegades major que la resistència de la unió. font, llavors la part principal de l’energia emmagatzemada en el condensador s’assignarà exactament a la resistència i no al transistor. Així, el subjecció RCD absorbeix i dissipa l’energia de la inductància espurna d’alta tensió.

Càlcul de cadena snubber

P és la potència que es dissipa a la resistència de retenció C és la capacitat del condensador de tàpia t és el temps de bloqueig del transistor durant el qual es carrega el condensador de snubber. La tensió màxima a la qual es carrega el condensador de snubber és la corrent a través del transistor fins que es tanca f-quantes vegades per segon snabber (freqüència de commutació del transistor)

Per calcular els valors dels elements de protecció obert, es defineixen inicialment el temps en què el transistor d'aquest circuit passa de l'estat conductor a l'estat de bloqueig. Durant aquest temps, el condensador de caça ha de tenir temps per carregar-se a través del díode. Aquí, es té en compte el corrent mitjà del bobinatge elèctric, del qual cal protegir. I la tensió d’alimentació del bobinatge del convertidor us permetrà escollir un condensador amb una tensió màxima adequada.

A continuació, cal calcular la potència que serà dissipada per la resistència de captura i després seleccioneu el valor específic de la resistència en funció dels paràmetres de temps del circuit RC obtingut. A més, la resistència del resistor no ha de ser massa petita de manera que quan el condensador comença a descarregar-se a través d'ella, el pols de corrent de descàrrega màxim junt amb el corrent de funcionament no excedeix el valor crític del transistor. Aquesta resistència no ha de ser massa gran perquè el condensador encara tingui temps de descàrrega, mentre que el transistor està treballant la part positiva del període de treball.

Mirem un exemple.

Un inversor push-pull de xarxa (l'amplitud d'una tensió d'alimentació de 310 volts) que consumeix 2 kW funciona amb una freqüència de 40 kHz, i el voltatge màxim entre el desguàs i la font per a les seves claus és de 600 volts. Cal calcular el molinet RCD per a aquests transistors. Que el temps d’apagat del transistor al circuit sigui de 120 ns.

El corrent de bobinatge mitjà 2000/310 = 6,45 A. Que la tensió de la clau no superi els 400 volts. Aleshores C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Escollim un condensador de pel·lícula amb una capacitat de 2,2 nF a 630 volts. La potència absorbida i dissipada per cada snubber durant 40.000 períodes serà P = 40.000 * 0.0000000022 * 400 * 400/2 = 7.04 W.

Suposem que el cicle mínim de pols de cadascun dels dos transistors és del 30%. Això vol dir que el temps obert mínim de cada transistor serà de 0,3 / 80.000 = 3,75 μs, tenint en compte la part frontal, agafem 3,65 μs. Prenem un 5% d’aquest temps per 3 * RC, i deixem que el condensador s’hagi descarregat gairebé completament durant aquest temps. Llavors 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. A partir d’aquí (substitut C = 2,2 nF) obtenim R = 27,65 Ohms.

Instal·lem dues resistències de cinc watts de 56 ohms en paral·lel a cada snubber del nostre temps de dos temps, i obtenim 28 Ohms per cada snubber. El corrent de pols procedent del funcionament del subjecció quan el condensador es descarrega a través de la resistència és de 400/28 = 14,28 A - aquest és el corrent del pols que passa pel transistor al començament de cada període. D’acord amb la documentació dels transistors d’energia més populars, el corrent d’impuls màxim permès per a ells supera el corrent màxim màxim com a mínim 4 vegades.

Pel que fa al díode, un díode pols es col·loca al circuit de subjecció RCD al mateix voltatge màxim que el del transistor i és capaç de suportar el corrent màxim que circula pel circuit primari d’aquest convertidor en un pols.

Comments

[#1 Egor]

Bona explicació clara.