RCD snubber - princip rada i primjer izračuna

Razlog oni pribjegavaju uporabi snubica

Tijekom razvoja pretvarača impulsa napajanja (posebno za snažne topološke uređaje za potiskivanje i povlačenje naprijed, gdje se prebacivanje odvija u teškim režimima), potrebno je paziti da zaštitite sklopke napajanja od prekida napona.

Unatoč činjenici da dokumentacija o terenskim radovima pokazuje maksimalni napon između odvoda i izvora na 450, 600 ili čak 1200 volti, jedan slučajni visokonaponski impuls na odvodu može biti dovoljan da probije skup (čak i visoki napon) ključ. Štoviše, susjedni elementi kruga, uključujući oskudnog vozača, mogu doći na napad.

Takav će događaj odmah dovesti do gomile problema: gdje nabaviti sličan tranzistor? Je li sada na prodaju? Ako ne, kada će se pojaviti? Koliko će novi rad na terenu biti dobar? Tko će se, kada i za koji novac poduzeti za lemljenje svega toga? Koliko će trajati novi ključ i hoće li ponoviti sudbinu svog prethodnika? itd. i tako dalje.

U svakom slučaju, bolje je odmah biti na sigurnom, pa čak i u fazi dizajniranja uređaja poduzeti mjere za sprečavanje takvih problema u korijenu. Srećom, pouzdano, jeftino i lako implementirano rješenje temeljeno na pasivnim komponentama odavno je poznato koje je postalo popularno i među ljubiteljima visokonaponske opreme i kod profesionalaca. Riječ je o najjednostavnijoj RCD snubici.

Tradicionalno za impulsne pretvarače, induktivnost primarnog namotaja transformatora ili induktora uključena je u odvodni krug tranzistora. I s oštrim isključivanjem tranzistora u uvjetima kada se prebačena struja još nije smanjila na sigurnu vrijednost, prema zakonu elektromagnetske indukcije, na namotu će se pojaviti visoki napon, proporcionalan induktivnosti namota i brzini prijelaza tranzistora iz stanja provoda u zaključano stanje.

Ako je prednja strana dovoljno strma, a ukupna induktivnost namota u odvodnom krugu tranzistora značajna, tada će velika brzina porasta napona između odvoda i izvora odmah dovesti do katastrofe. Da bi se smanjila i olakšala ta toplinska stopa rasta zaključavanja tranzistora, između odvoda i izvora zaštićenog ključa postavlja se RCD snop.

Kako djeluje RCD snubber?

RCD snabber djeluje na sljedeći način. U trenutku kada je tranzistor zaključan, struja primarnog namota zbog svoje induktivnosti ne može se odmah smanjiti na nulu. I umjesto da gori tranzistor, naboj pod djelovanjem visokog EMF-a prolazi kroz diodu D do kondenzatora C snubber kruga, puni ga, a tranzistor se zatvara u mekom načinu male struje kroz svoj prijelaz.

Kada se tranzistor ponovo počne otvarati (naglo prelazeći na sljedeće razdoblje prebacivanja), kondenzator snubbe će se isprazniti, ne kroz goli tranzistor, već kroz otpornik snubber R. I budući da je otpornik snubber nekoliko puta veći od prijelaznog otpora otpora izvor, tada će glavni dio energije pohranjene u kondenzatoru biti raspoređen točno na otporniku, a ne na tranzistoru. Dakle, snop RCD apsorbira i rasipa energiju lažne visokonaponske induktivnosti c.

Izračun lančanika

P - snaga raspršena na otporniku snubbera C - kapacitet kondenzatora snubberga t - vrijeme zaključavanja tranzistora, tijekom kojeg se nabija snubber kondenzator U - maksimalni napon na koji se nabija kondenzator snubbera I - struja kroz tranzistor dok se ne zatvori f-koliko puta u sekundi snabber (frekvencija komutacije tranzistora)

Da bi se izračunale vrijednosti elemenata zaštitnih grickalica, za početak su postavljene vremenom za koji tranzistor u ovom krugu prelazi iz vodljivog u zaključano stanje. Za to vrijeme, snubber kondenzator mora imati vremena za punjenje kroz diodu. Ovdje se uzima u obzir prosječna struja namotaja snage od koje je potrebno zaštititi. A napon napajanja namotaja pretvarača omogućit će vam odabir kondenzatora s prikladnim maksimalnim naponom.

Zatim je potrebno izračunati snagu koju će rasipati snubber otpornik, a nakon toga odabrati specifičnu vrijednost otpornika na temelju vremenskih parametara dobivenog RC kruga. Štoviše, otpor otpornika ne bi trebao biti premalen, tako da kada se kondenzator počne prazniti kroz njega, maksimalni impulsni napon pražnjenja zajedno s radnom strujom ne prelazi kritičnu vrijednost za tranzistor. Taj otpor ne bi trebao biti prevelik, tako da kondenzator još uvijek ima vremena za pražnjenje, dok tranzistor obrađuje pozitivni dio radnog razdoblja.

Pogledajmo primjer.

Mrežni pretvarač (amplituda napajanja od 310 volti) snage 2 kW djeluje na frekvenciji od 40 kHz, a maksimalni napon između odvoda i izvora za njegove ključeve iznosi 600 volti. Za ove tranzistore potrebno je izračunati RCD snubber. Neka vrijeme isključivanja tranzistora u krugu bude 120 ns.

Prosječna struja namotaja 2000/310 = 6,45 A. Neka napon na ključu ne pređe 400 volti. Tada je C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Biramo filmski kondenzator kapaciteta 2,2 nF na 630 volti. Snaga koju apsorbira i raspršuje svaki grickalica tijekom 40 000 razdoblja bit će P = 40,000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Pretpostavimo da je minimalni radni ciklus impulsa na svakom od dva tranzistora 30%. To znači da će najmanje otvoreno vrijeme svakog tranzistora biti 0,3 / 80,000 = 3,75 µs, uzimajući u obzir prednju stranu, uzimamo 3,65 µs. Mi uzimamo 5% ovog vremena za 3 * RC, a kondenzator se tijekom tog vremena gotovo potpuno isprazni. Tada je 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Odatle (supstitut C = 2,2 nF) dobivamo R = 27,65 Ohma.

Ugradimo dva otpornika od pet vata po 56 Ohma paralelno u svaki snop našeg dvotaktnog motora, a za svaki snub dobijemo 28 Ohma. Struja pulsa iz rada snubbera kada se kondenzator isprazni kroz otpor je 400/28 = 14,28 A - to je struja u impulsu koja prolazi kroz tranzistor na početku svakog razdoblja. Prema dokumentaciji za većinu popularnih tranzistora snage, najveća dopuštena impulzna struja za njih premašuje maksimalnu prosječnu struju za najmanje 4 puta.

Što se tiče diode, impulsna dioda je smještena u krug snubera RCD-a pod istim maksimalnim naponom kao i tranzistor i sposobna je izdržati maksimalnu struju koja teče kroz primarni krug ovog pretvarača u impulsu.