RCD snubber - αρχή λειτουργίας και παράδειγμα υπολογισμού

Ο λόγος που καταφεύγουν στη χρήση των snubbers

Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης ενός μετατροπέα παλμών ισχύος (ειδικά για ισχυρές συσκευές τοπολογίας push-pull και forward, όπου η εναλλαγή λαμβάνει χώρα σε σκληρούς τρόπους), πρέπει να ληφθεί μέριμνα για την προστασία των διακοπτών ισχύος από την κατανομή της τάσης.

Παρά το γεγονός ότι η τεκμηρίωση πεδίου εργασίας επισημαίνει τη μέγιστη τάση μεταξύ της αποχέτευσης και της πηγής στα 450, 600 ή και τα 1200 βολτ, ένας τυχαίος παλμός υψηλής τάσης στην αποστράγγιση μπορεί να είναι αρκετός για να σπάσει το ακριβό (ακόμη και υψηλής τάσης) κλειδί. Επιπλέον, τα γειτονικά στοιχεία του κυκλώματος, συμπεριλαμβανομένου ενός σπάνιου οδηγού, ενδέχεται να υποστούν επίθεση.

Ένα τέτοιο γεγονός θα οδηγήσει αμέσως σε μια δέσμη προβλημάτων: πού να πάρετε ένα παρόμοιο τρανζίστορ; Είναι τώρα σε πώληση; Εάν όχι, πότε θα εμφανιστεί; Πόσο καλό θα είναι το νέο πεδίο εργασίας; Ποιος, πότε και για ποια χρήματα θα αναλάβει να τα κολλήσει όλα αυτά; Πόσο καιρό θα διαρκέσει το νέο κλειδί και δεν θα επαναλάβει τη μοίρα του προκατόχου του; κ.λπ. και ούτω καθεξής.

Σε κάθε περίπτωση, είναι καλύτερο να είσαστε ασφαλείς αμέσως και ακόμη και στο στάδιο του σχεδιασμού της συσκευής να λάβετε μέτρα για την αποτροπή τέτοιων προβλημάτων στη ρίζα. Ευτυχώς, μια αξιόπιστη, φθηνή και εύκολη στην εφαρμογή λύση που βασίζεται σε παθητικά εξαρτήματα έχει γίνει γνωστή εδώ και πολύ καιρό και έχει γίνει δημοφιλής μεταξύ των οπαδών του εξοπλισμού υψηλής τάσης και των επαγγελματιών. Πρόκειται για το απλούστερο απόρριμμα RCD.

Παραδοσιακά για μετατροπείς παλμών, η αυτεπαγωγή του πρωτεύοντος τυλίγματος ενός μετασχηματιστή ή ενός επαγωγέα περιλαμβάνεται στο κύκλωμα αποστράγγισης ενός τρανζίστορ. Και με την απότομη διακοπή του τρανζίστορ σε συνθήκες όπου το μεταβαλλόμενο ρεύμα δεν έχει ακόμη μειωθεί σε ασφαλή τιμή, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, θα εμφανιστεί υψηλή τάση στην περιέλιξη, αναλογική προς την επαγωγή της περιέλιξης και την ταχύτητα του τρανζίστορ από την αγώγιμη κατάσταση στην κλειδωμένη κατάσταση.

Εάν το μέτωπο είναι αρκετά απότομο και η συνολική επαγωγή της περιέλιξης στο κύκλωμα αποστράγγισης του τρανζίστορ είναι σημαντική, τότε ο υψηλός ρυθμός αύξησης της τάσης μεταξύ της αποχέτευσης και της πηγής θα οδηγήσει άμεσα σε καταστροφή. Προκειμένου να μειωθεί και να διευκολυνθεί αυτός ο ρυθμός θερμικής αύξησης της ασφάλισης του τρανζίστορ, τοποθετείται ένα παγιδευτικό RCD μεταξύ της αποχέτευσης και της πηγής του προστατευμένου κλειδιού.

Πώς λειτουργεί το snubber του RCD;

Το RCD snabber λειτουργεί ως εξής. Τη στιγμή που το τρανζίστορ είναι κλειδωμένο, το ρεύμα της πρωτεύουσας περιέλιξης, λόγω της επαγωγής του, δεν μπορεί να μειωθεί άμεσα στο μηδέν. Και αντί να καίνε το τρανζίστορ, το φορτίο, υπό τη δράση του υψηλού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF), βγαίνει από τη δίοδο D στον πυκνωτή C του κυκλώματος αποσβεστήρα, το φορτίζει και το τρανζίστορ κλείνει στη μαλακή λειτουργία ενός μικρού ρεύματος μέσω της μετάπτωσης.

Όταν ο τρανζίστορ αρχίσει να ανοίγει ξανά (απότομα μεταβαίνει στην επόμενη περίοδο διακοπής), ο πυκνωτής snubber θα αποφορτιστεί, αλλά όχι μέσω του γυμνού τρανζίστορ, αλλά μέσω της αντίστασης snubber R. Και επειδή η αντίσταση της αντιστάσεως snubber είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από την αντίσταση της διακλάδωσης πηγή, τότε το κύριο μέρος της ενέργειας που αποθηκεύεται στον πυκνωτή θα διατεθεί ακριβώς πάνω στην αντίσταση και όχι στο τρανζίστορ. Επομένως, το snubber RCD απορροφά και διασκορπίζει την ενέργεια της παραποιημένης επαγωγικής τάσης υψηλής τάσης c.

Υπολογισμός αλυσίδας snubber

P είναι η ισχύς που απορροφάται από την αντίσταση snubber C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή snubber t είναι ο χρόνος ασφάλισης του τρανζίστορ κατά τη διάρκεια του οποίου φορτίζεται ο πυκνωτής snubber U είναι η μέγιστη τάση στην οποία φορτίζεται ο πυκνωτής snubber I είναι το ρεύμα μέσω του τρανζίστορ μέχρι να κλείσει το f- snabber (συχνότητα μεταγωγής τρανζίστορ)

Για να υπολογιστούν οι τιμές των προστατευτικών στοιχείων απαγωγής, για πρώτη φορά, καθορίζονται από το χρόνο για τον οποίο το τρανζίστορ σε αυτό το κύκλωμα πηγαίνει από μια κατάσταση αγωγιμότητας σε μία κλειδωμένη κατάσταση. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο πυκνωτής απόσβεσης πρέπει να έχει χρόνο για να φορτίσει τη δίοδο. Εδώ λαμβάνεται υπόψη το μέσο ρεύμα της εκκαθάρισης ισχύος, από το οποίο είναι απαραίτητο να προστατευθεί. Και η τάση τροφοδοσίας της περιέλιξης του μετατροπέα θα σας επιτρέψει να επιλέξετε έναν πυκνωτή με κατάλληλη μέγιστη τάση.

Στη συνέχεια, πρέπει να υπολογίσετε την ισχύ που θα διαλυθεί από την αντίσταση snubber, και στη συνέχεια να επιλέξετε την ειδική τιμή αντίστασης με βάση τις παραμέτρους χρόνου του ληφθέντος κυκλώματος RC. Επιπλέον, η αντίσταση της αντίστασης δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή, ώστε όταν ο πυκνωτής αρχίσει να εκπέμπει μέσω αυτού, ο μέγιστος παλμός ρεύματος εκκένωσης μαζί με το ρεύμα λειτουργίας δεν υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή για το τρανζίστορ. Αυτή η αντίσταση δεν θα πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, έτσι ώστε ο πυκνωτής να έχει ακόμα χρόνο να εκφορτιστεί, ενώ το τρανζίστορ επεξεργάζεται το θετικό μέρος της περιόδου εργασίας.

Ας δούμε ένα παράδειγμα.

Ένας μετατροπέας push-pull δικτύου (πλάτος τάσης τροφοδοσίας 310 βολτ) που καταναλώνει 2 kW λειτουργεί σε συχνότητα 40 kHz και η μέγιστη τάση μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής για τα πλήκτρα είναι 600 volts. Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε το απόρριμμα RCD για αυτά τα τρανζίστορ. Αφήστε τον χρόνο απενεργοποίησης του τρανζίστορ στο κύκλωμα να είναι 120 ns.

Το μέσο ρεύμα περιέλιξης 2000/310 = 6.45 Α. Αφήστε την τάση στο κλειδί να μην υπερβαίνει τα 400 βολτ. Στη συνέχεια, C = 6.45 * 0.000000120 / 400 = 1.935 nF. Επιλέγουμε έναν πυκνωτή φιλμ με χωρητικότητα 2,2 nF στα 630 volts. Η ισχύς που απορροφάται και απορροφάται από κάθε απαγωγό για 40.000 περιόδους θα είναι Ρ = 40.000 * 0.0000000022 * 400 * 400/2 = 7.04 W.

Ας υποθέσουμε ότι ο ελάχιστος κύκλος λειτουργίας παλμού σε κάθε ένα από τα δύο τρανζίστορ είναι 30%. Αυτό σημαίνει ότι ο ελάχιστος ανοιχτός χρόνος κάθε τρανζίστορ θα είναι 0,3 / 80,000 = 3,75 μs, λαμβάνοντας υπόψη το μέτωπο, παίρνουμε 3,65 μs. Παίρνουμε το 5% αυτής της ώρας για 3 * RC, και αφήστε τον πυκνωτή να έχει σχεδόν εξαντληθεί κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Στη συνέχεια 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Από εδώ (υποκατάστατο C = 2.2 nF) παίρνουμε R = 27.65 Ohms.

Εγκαθιστούμε δύο αντιστάτες πέντε-watt 56 Ohm παράλληλα σε κάθε snubber του δίχρονου μας, και παίρνουμε 28 Ohms για κάθε snubber. Το ρεύμα παλμού από τη λειτουργία του αποσβεστήρα όταν ο πυκνωτής αποφορτίζεται μέσω της αντίστασης είναι 400/28 = 14,28 Α - αυτό είναι το ρεύμα στον παλμό που διέρχεται από το τρανζίστορ στην αρχή κάθε περιόδου. Σύμφωνα με την τεκμηρίωση για τα πιο δημοφιλή τρανζίστορ ισχύος, το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα παλμού για αυτά υπερβαίνει το μέγιστο μέσο ρεύμα κατά τουλάχιστον 4 φορές.

Όσον αφορά τη δίοδο, μια δίοδος παλμού τοποθετείται στο κύκλωμα απαγωγής RCD στην ίδια μέγιστη τάση με εκείνη του τρανζίστορ και είναι ικανή να αντέξει το μέγιστο ρεύμα που ρέει μέσω του πρωτεύοντος κυκλώματος αυτού του μετατροπέα σε ένα παλμό.