RCD snubber - driftsprinsipp og beregningseksempel

Årsaken til at de tyr til bruk av snubbere

Under utviklingen av en kraftpulsomformer (spesielt for kraftige push-pull og fremover topologienheter, der koblingen skjer i harde modus), må det tas hensyn til å beskytte strømbryterne mot spenningsbrudd.

Til tross for at feltarbeidets dokumentasjon indikerer maksimal spenning mellom avløp og kilde ved 450, 600 eller til og med 1200 volt, kan en tilfeldig høyspentpuls på avløpet være nok til å bryte den dyre (til og med høyspenningsnøkkelen). Dessuten kan nærliggende elementer i kretsen, inkludert en knapp driver, bli angrepet.

En slik hendelse vil umiddelbart føre til en haug med problemer: hvor får jeg en lignende transistor? Er det i salg nå? Hvis ikke, når vises det? Hvor bra vil det nye feltarbeidet være? Hvem, når og for hvilke penger vil påta seg å lodde alt dette? Hvor lenge vil den nye nøkkelen vare, og vil den ikke gjenta skjebnen til forgjengeren? osv. og så videre.

I alle fall er det bedre å være trygg med en gang, og til og med på designstadiet av enheten ta tiltak for å forhindre slike problemer ved roten. Heldigvis har en pålitelig, billig og lett å implementere løsning for passive komponenter vært kjent i lang tid som har blitt populær blant både fans av høyspent kraftutstyr og fagfolk. Det handler om den enkleste RCD-snubberen.

Tradisjonelt for pulsomformere er induktansen til primærviklingen av en transformator eller induktor inkludert i avløpskretsen til en transistor. Og med en kraftig avstengning av transistoren under forhold når den koblede strømmen ennå ikke har sunket til en sikker verdi, i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon, vil en høyspenning vises på viklingen, proporsjonal med induktansen til viklingen og hastigheten til transistoren fra ledende tilstand til låst tilstand.

Hvis fronten er bratt nok, og den totale induktansen av viklingen i transistorens avløpskrets er betydelig, vil den høye spenningshastigheten mellom avløpet og kilden øyeblikkelig føre til katastrofe. For å redusere og lette denne termiske veksthastigheten for låsing av transistoren, plasseres en RCD-snubber mellom avløpet og kilden til den beskyttede nøkkelen.

Hvordan fungerer RCD-snubberen?

RCD-snabber fungerer som følger. I det øyeblikket transistoren er låst, kan ikke strømmen til primærviklingen på grunn av dens induktans øyeblikkelig reduseres til null. Og i stedet for å brenne transistoren, styrter ladningen, under virkning av høy EMF, gjennom dioden D til kondensatoren C på snubberkretsen, lader den, og transistoren lukkes i myk modus for en liten strøm gjennom overgangen.

Når transistoren begynner å åpne igjen (brått går over til neste koblingsperiode), vil snubberkondensatoren bli utladet, men ikke gjennom den nakne transistoren, men gjennom snubbermotstanden R. Og siden motstanden til snubbermotstanden er flere ganger større enn motstanden i krysset kilde, vil hoveddelen av energien som er lagret i kondensatoren tildeles nøyaktig på motstanden, og ikke på transistoren. Dermed absorberer og avleder RCD-energien energien fra den falske høyspenningsspenningsinduktansen.

Beregning av snubberkjede

P er effekten spredt på snubbermotstanden C er kapasitansen til snubberkondensatoren t er låsetiden til transistoren hvor snubberkondensatoren lades U er den maksimale spenningen som snubberkondensatoren lades til I er strømmen gjennom transistoren til den lukker f- hvor mange ganger per sekund snabber (koblingsfrekvens for transistor)

For å beregne verdiene til de beskyttende snubberelementene, innstilles de for en start etter hvilken tid transistoren i denne kretsen går fra en ledende tilstand til en låst tilstand. I løpet av denne tiden må snubberkondensatoren ha tid til å lade gjennom dioden. Her blir den gjennomsnittlige strømmen til kraftviklingen tatt i betraktning, som det er nødvendig å beskytte fra. Og forsyningsspenningen til omformerens vikling vil tillate deg å velge en kondensator med en passende maksimal spenning.

Deretter må du beregne effekten som vil bli spredt av snubbermotstanden, og deretter velge den spesifikke motstandsverdien basert på tidsparametrene til den oppnådde RC-kretsen. Motstanden til motstanden skal heller ikke være for liten, slik at når kondensatoren begynner å tømme gjennom den, vil den maksimale utladningsstrømpulsen sammen med driftsstrømmen ikke overstige den kritiske verdien for transistoren. Denne motstanden skal ikke være for stor slik at kondensatoren fremdeles har tid til å tømme, mens transistoren jobber for den positive delen av arbeidsperioden.

La oss se på et eksempel.

En nettverks push-pull-omformer (amplitude av en forsyningsspenning på 310 volt) som forbruker effekt på 2 kW, fungerer med en frekvens på 40 kHz, og maksimal spenning mellom avløpet og kilden for dens nøkler er 600 volt. Det er nødvendig å beregne RCD-snubberen for disse transistorene. La avkjøringstiden til transistoren i kretsen være 120 ns.

Gjennomsnittlig viklingsstrøm 2000/310 = 6.45 A. La spenningen på nøkkelen ikke overstige 400 volt. Deretter C = 6.45 * 0.000000120 / 400 = 1.935 nF. Vi velger en filmkondensator med en kapasitet på 2,2 nF ved 630 volt. Kraften som absorberes og spres av hver snubber i 40 000 perioder, vil være P = 40 000 * 0,000000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Anta at den minimale pulssikkerhetssyklusen på hver av de to transistorene er 30%. Dette betyr at minste åpningstid for hver transistor vil være 0,3 / 80 000 = 3,75 μs, tar vi hensyn til fronten, tar vi 3,65 μs. Vi tar 5% av denne tiden for 3 * RC, og lar kondensatoren nesten helt ut i løpet av denne tiden. Deretter 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Herfra (erstatning C = 2,2 nF) får vi R = 27,65 ohm.

Vi installerer to fem-watt-motstander på 56 Ohm parallelt i hver snubber i vår toslag, og vi får 28 Ohms for hver snubber. Pulsstrømmen fra driften av snubberen når kondensatoren slipper ut gjennom motstanden er 400/28 = 14.28 A - dette er strømmen i pulsen som går gjennom transistoren i begynnelsen av hver periode. I følge dokumentasjonen for mest populære krafttransistorer, overstiger den maksimalt tillatte pulstrømmen for dem den maksimale gjennomsnittlige strømmen med minst 4 ganger.

Når det gjelder dioden, plasseres en pulsdiode i RCD-snubberkretsen med samme maksimale spenning som transistoren, og er i stand til å motstå den maksimale strømmen som strømmer gjennom primærkretsen til denne omformeren i en puls.

Comments

[#1 Egor]

God klar forklaring.