Snubber RCD - principio di funzionamento ed esempio di calcolo

Il motivo per cui ricorrono all'uso di snubbers

Durante lo sviluppo di un convertitore di impulsi di potenza (specialmente per potenti dispositivi topologici push-pull e forward, in cui la commutazione avviene in modalità difficile), è necessario prestare attenzione a proteggere gli interruttori di alimentazione dalla caduta di tensione.

Nonostante il fatto che la documentazione sul campo indichi la massima tensione tra il drain e la sorgente a 450, 600 o persino 1200 volt, un impulso ad alta tensione casuale sul drain potrebbe essere sufficiente a rompere la chiave costosa (anche ad alta tensione). Inoltre, elementi vicini del circuito, incluso un driver scarso, possono essere attaccati.

Un tale evento porterà immediatamente a una serie di problemi: dove ottenere un transistor simile? È in vendita ora? In caso contrario, quando apparirà? Quanto sarà buono il nuovo lavoro sul campo? Chi, quando e per quali soldi si impegnerà a saldare tutto questo? Quanto durerà la nuova chiave e non ripeterà il destino del suo predecessore? ecc. ecc.

In ogni caso, è meglio essere subito al sicuro e anche in fase di progettazione del dispositivo adottare misure per prevenire tali problemi alla radice. Fortunatamente, una soluzione affidabile, economica e facile da implementare basata su componenti passivi è nota da molto tempo ed è diventata popolare tra i fan delle apparecchiature ad alta tensione e dei professionisti. Si tratta del più semplice sneaker RCD.

Tradizionalmente per i convertitori di impulsi, l'induttanza dell'avvolgimento primario di un trasformatore o induttore è inclusa nel circuito di drenaggio di un transistor. E con un forte arresto del transistor in condizioni in cui la corrente commutata non è ancora diminuita a un valore sicuro, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, apparirà un'alta tensione sull'avvolgimento, proporzionale all'induttanza dell'avvolgimento e alla velocità del transistor dallo stato conduttore allo stato bloccato.

Se la parte anteriore è abbastanza ripida e l'induttanza totale dell'avvolgimento nel circuito di drenaggio del transistor è significativa, l'alto tasso di aumento di tensione tra il drenaggio e la sorgente causerà immediatamente un disastro. Al fine di ridurre e facilitare questo tasso di crescita termica di blocco del transistor, uno snubber RCD è posizionato tra il drain e la sorgente della chiave protetta.

Come funziona lo snubber RCD?

Lo snabber RCD funziona come segue. Al momento il transistor è bloccato, la corrente dell'avvolgimento primario, a causa della sua induttanza, non può immediatamente diminuire a zero. E invece di bruciare il transistor, la carica, sotto l'azione dell'alto EMF, si precipita attraverso il diodo D fino al condensatore C del circuito snubber, caricandolo, e il transistor si chiude nella modalità soft di una piccola corrente attraverso la sua transizione.

Quando il transistor inizia ad aprirsi di nuovo (passando bruscamente al successivo periodo di commutazione), il condensatore dello snubber verrà scaricato, ma non attraverso il transistor nudo, ma attraverso il resistore snubber R. E poiché la resistenza del resistore snubber è diverse volte maggiore della resistenza della giunzione sorgente, quindi la parte principale dell'energia immagazzinata nel condensatore verrà allocata esattamente sul resistore e non sul transistor. Pertanto, il soppressore RCD assorbe e dissipa l'energia dell'induttanza di sovratensione spuria ad alta tensione.

Calcolo della catena snubber

P è la potenza dissipata sul resistore snubber C è la capacità del condensatore snubber t è il tempo di blocco del transistor durante il quale viene caricato il condensatore snubber U è la tensione massima a cui viene caricato il condensatore snubber I è la corrente attraverso il transistor fino a quando si chiude f- quante volte al secondo snabber (frequenza di commutazione transistor)

Per calcolare i valori degli elementi protettivi del soppressore, per cominciare, sono impostati dal tempo per il quale il transistor in questo circuito passa dallo stato conduttore allo stato bloccato. Durante questo periodo, il condensatore dello snubber deve avere il tempo di caricarsi attraverso il diodo. Qui, viene presa in considerazione la corrente media dell'avvolgimento di potenza, da cui è necessario proteggere. E la tensione di alimentazione dell'avvolgimento del convertitore ti consentirà di scegliere un condensatore con una tensione massima adeguata.

Successivamente, è necessario calcolare la potenza che verrà dissipata dal resistore snubber e successivamente selezionare il valore specifico del resistore in base ai parametri temporali del circuito RC ottenuto. Inoltre, la resistenza del resistore non dovrebbe essere troppo piccola in modo tale che quando il condensatore inizia a scaricarsi attraverso di esso, l'impulso di corrente di scarica massimo unitamente alla corrente operativa non supera il valore critico per il transistor. Questa resistenza non dovrebbe essere troppo grande in modo che il condensatore abbia ancora il tempo di scaricarsi, mentre il transistor sta elaborando la parte positiva del periodo di lavoro.

Diamo un'occhiata a un esempio.

Un inverter push-pull di rete (ampiezza di una tensione di alimentazione di 310 volt) che consuma 2 kW funziona a una frequenza di 40 kHz e la tensione massima tra il drain e la sorgente per le sue chiavi è di 600 volt. È necessario calcolare lo snubber RCD per questi transistor. Lascia che il tempo di spegnimento del transistor nel circuito sia di 120 ns.

La corrente di avvolgimento media 2000/310 = 6,45 A. Lasciare che la tensione sulla chiave non superi i 400 volt. Quindi C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Scegliamo un condensatore a film con una capacità di 2,2 nF a 630 volt. La potenza assorbita e dissipata da ciascun snubber per 40.000 periodi sarà P = 40.000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Supponiamo che il ciclo di funzionamento minimo dell'impulso su ciascuno dei due transistor sia del 30%. Ciò significa che il tempo di apertura minimo di ciascun transistor sarà 0,3 / 80.000 = 3,75 μs, tenendo conto della parte anteriore, prendiamo 3,65 μs. Prendiamo il 5% di questo tempo per 3 * RC e lasciamo che il condensatore si sia quasi completamente scaricato durante questo periodo. Quindi 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Da qui (sostituto C = 2,2 nF) otteniamo R = 27,65 Ohm.

Installiamo due resistori da cinque watt di 56 Ohm in parallelo in ogni snubber del nostro due tempi e otteniamo 28 Ohm per ogni snubber. La corrente di impulso dal funzionamento del soppressore quando il condensatore si scarica attraverso la resistenza è 400/28 = 14,28 A - questa è la corrente nell'impulso che passa attraverso il transistor all'inizio di ogni periodo. Secondo la documentazione per i transistor di potenza più diffusi, la corrente impulsiva massima consentita per loro supera la corrente media massima di almeno 4 volte.

Per quanto riguarda il diodo, un diodo a impulsi viene inserito nel circuito di snubber RCD alla stessa tensione massima di quella del transistor ed è in grado di resistere alla corrente massima che fluisce attraverso il circuito primario di questo convertitore in un impulso.

Comments

[#1 Egor]

Buona spiegazione chiara.