RCD snubber - funktionsprincip och beräkningsexempel

Anledningen till att de använder sig av snubbare

Under utvecklingen av en kraftpulsomvandlare (speciellt för kraftfulla push-pull och framåtriktade topologiapparater, där omkoppling sker i hårda lägen), måste man se till att strömbrytarna skyddas från spänningsavbrott.

Trots att fältarbetsdokumentationen indikerar den maximala spänningen mellan avloppet och källan vid 450, 600 eller till och med 1200 volt, kan en slumpmässig högspänningspuls på avloppet vara tillräckligt för att bryta den dyra (till och med högspännings) nyckeln. Dessutom kan angränsande element i kretsen, inklusive en knapp drivrutin, komma till attack.

En sådan händelse kommer omedelbart att leda till ett gäng problem: var får man en liknande transistor? Är det till försäljning nu? Om inte, när kommer den att visas? Hur bra kommer det nya fältarbetet att vara? Vem, när och för vilka pengar kommer att åta sig att löda allt detta? Hur länge kommer den nya nyckeln att pågå och kommer den inte att upprepa sin föregångares öde? osv. och så vidare.

I vilket fall som helst är det bättre att vara säker med en gång, och även i anordningens konstruktionsstadium vidta åtgärder för att förhindra sådana problem i roten. Lyckligtvis är en pålitlig, billig och lättanvänd lösning baserad på passiva komponenter känd under lång tid som blivit populär bland både fans av högspänningsutrustning och proffs. Det handlar om den enklaste RCD-snubberen.

Traditionellt för pulsomvandlare ingår induktansen för den primära lindningen av en transformator eller induktor i dräneringskretsen för en transistor. Och med en kraftig avstängning av transistorn under förhållanden då den omkopplade strömmen ännu inte har minskat till ett säkert värde, enligt lagen om elektromagnetisk induktion, kommer en högspänning att visas på lindningen, proportionell mot induktansen hos lindningen och transistorns hastighet från ledningstillståndet till det låsta tillståndet.

Om fronten är tillräckligt brant och den totala induktansen hos lindningen i transistorns dräneringskrets är betydande, kommer den höga spänningshastigheten mellan avloppet och källan direkt att leda till katastrof. För att reducera och underlätta denna termiska tillväxthastighet för låsning av transistorn placeras en RCD-snubber mellan avloppet och källan till den skyddade nyckeln.

Hur fungerar RCD-snubbern?

RCD-snabber fungerar enligt följande. Just nu transistorn är låst kan strömmen för primärlindningen på grund av dess induktans inte direkt minska till noll. Och istället för att bränna transistorn, rusar laddningen under verkan av hög EMF genom dioden D till kondensatorn C på snubberkretsen, laddar den, och transistorn stängs i det mjuka läget för en liten ström genom sin övergång.

När transistorn börjar öppna igen (plötsligt övergår till nästa omkopplingsperiod) kommer snubberkondensatorn att urladdas, men inte genom den nakna transistorn, utan genom snubbermotståndet R. Och eftersom motståndet hos snubbermotståndet är flera gånger större än motståndet i korsningen källa, kommer huvuddelen av energin lagrad i kondensatorn att tilldelas exakt på motståndet och inte på transistorn. Således absorberar och avledar RCD-snubbern energin från den falska högspänningsspänningens induktans.

Beräkning av snubberkedja

P - effekt sprids på snubbermotståndet C - snubberkondensatorens kapacitet t - transistorns låstid, under vilken snubberkondensatorn laddas U - den maximala spänning som snubberkondensatorn laddas till I - strömmen genom transistorn tills den stängs f- hur många gånger per sekund snabber (transistoromkopplingsfrekvens)

För att beräkna värdena på de skyddande snubberelementen, inställs de för en start efter den tid för vilken transistorn i denna krets går från ett ledande tillstånd till ett låst tillstånd. Under denna tid måste snubberkondensatorn ha tid att ladda genom dioden. Här beaktas den genomsnittliga strömmen för kraftlindningen, från vilken det är nödvändigt att skydda. Och matningsspänningen för omvandlarens lindning gör att du kan välja en kondensator med en lämplig maximal spänning.

Därefter måste du beräkna effekten som sprids av snubbermotståndet och därefter välja det specifika värdet på motståndet baserat på tidsparametrarna för den erhållna RC-kretsen. Dessutom bör motståndet hos motståndet inte vara för litet så att när kondensatorn börjar tömma genom det, överstiger den maximala urladdningsströmpulsen tillsammans med driftsströmmen det kritiska värdet för transistorn. Detta motstånd ska inte vara för stort så att kondensatorn fortfarande har tid att urladdas medan transistorn arbetar med den positiva delen av arbetsperioden.

Låt oss titta på ett exempel.

En nätverks push-pull-inverter (amplitud för en matningsspänning på 310 volt) som förbrukar 2 kW arbetar med en frekvens av 40 kHz, och den maximala spänningen mellan avloppet och källan för dess nycklar är 600 volt. Det är nödvändigt att beräkna RCD-snubbern för dessa transistorer. Låt avstängningstiden för transistorn i kretsen vara 120 ns.

Den genomsnittliga lindningsströmmen 2000/310 = 6.45 A. Låt spänningen på tangenten inte överstiga 400 volt. Sedan C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Vi väljer en filmkondensator med en kapacitet på 2,2 nF vid 630 volt. Kraften som absorberas och sprids av varje snubber under 40 000 perioder kommer att vara P = 40 000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Anta att minsta pulsviktcykel på var och en av de två transistorerna är 30%. Detta innebär att den minsta öppna tiden för varje transistor är 0,3 / 80 000 = 3,75 μs, med beaktande av fronten tar vi 3,65 μs. Vi tar 5% av den här tiden för 3 * RC, och låter kondensatorn nästan helt urladdas under denna tid. Sedan 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Härifrån (ersättare C = 2,2 nF) får vi R = 27,65 ohm.

Vi installerar två fem-watt-motstånd på 56 Ohm parallellt i varje snubber i vår tvåtakts, och vi får 28 Ohms för varje snubber. Pulsströmmen från driften av snubbern när kondensatorn släpper ut genom motståndet är 400/28 = 14.28 A - detta är strömmen i pulsen som passerar genom transistorn i början av varje period. Enligt dokumentationen för de mest populära krafttransistorerna överstiger den maximala tillåtna pulsströmmen för den maximala genomsnittliga strömmen med minst fyra gånger.

När det gäller dioden placeras en pulsdiod i RCD-snubberkretsen med samma maximala spänning som transistorn och är i stånd att motstå den maximala ström som strömmar genom primärkretsen för denna omvandlare i en puls.