RCD snubber - príklad fungovania a výpočtu

Dôvod, prečo sa uchýliť k použitiu snubbers

Pri vývoji výkonového pulzného meniča (najmä pre výkonné topologické zariadenia typu push-pull a forward, kde dochádza k prepínaniu v tvrdých režimoch), je potrebné dbať na ochranu výkonových spínačov pred prerušením napätia.

Napriek skutočnosti, že dokumentácia v teréne ukazuje na maximálne napätie medzi odtokom a zdrojom pri 450, 600 alebo dokonca 1200 V, môže stačiť jeden náhodný vysokonapäťový impulz na odtoku, aby prelomil drahý (dokonca vysokonapäťový) kľúč. Okrem toho môžu byť napadnuté susedné prvky okruhu vrátane vzácneho vodiča.

Takáto udalosť okamžite povedie k množstvu problémov: kde získať podobný tranzistor? Je to v predaji teraz? Ak nie, kedy sa objaví? Aká dobrá bude nová práca v teréne? Kto, kedy a za aké peniaze sa bude viazať na spájkovanie tohto všetkého? Ako dlho vydrží nový kľúč a nebude opakovať osud jeho predchodcu? atď. atď.

V každom prípade je lepšie byť ihneď v bezpečí a dokonca aj v štádiu návrhu zariadenia prijať opatrenia na zabránenie takýmto problémom v koreni. Našťastie je už dlho známe spoľahlivé, lacné a ľahko implementovateľné riešenie pre pasívne komponenty, ktoré sa stalo populárnym u fanúšikov vysokonapäťového napájacieho zariadenia a profesionálov. Je to o najjednoduchšom tlmiči RCD.

Tradične pre impulzné prevodníky je indukčnosť primárneho vinutia transformátora alebo induktora zahrnutá do odtokového obvodu tranzistora. A keď dôjde k prudkému vypnutiu tranzistora v podmienkach, keď spínaný prúd ešte neklesol na bezpečnú hodnotu, podľa zákona o elektromagnetickej indukcii sa na vinutí objaví vysoké napätie, úmerné indukčnosti vinutia a rýchlosti tranzistora z vodivého stavu do zablokovaného stavu.

Ak je predná strana dostatočne strmá a celková indukčnosť vinutia v drenážnom obvode tranzistora je významná, potom vysoká rýchlosť nárastu napätia medzi drenážom a zdrojom bude okamžite viesť k katastrofe. Aby sa znížila a uľahčila táto rýchlosť tepelného rastu blokovania tranzistora, je medzi odtok a zdroj chráneného kľúča umiestený tlmič RCD.

Ako funguje Rub snubber?

Snabber RCD funguje nasledovne. V okamihu, keď je tranzistor zablokovaný, nemôže prúd primárneho vinutia kvôli jeho indukčnosti okamžite klesnúť na nulu. Namiesto toho, aby sa tranzistor spálil, náboj sa pri pôsobení vysokého EMF vrhá cez diódu D do kondenzátora C snubberského obvodu, nabíja sa a tranzistor sa uzatvára v mäkkom režime malého prúdu jeho prechodom.

Keď sa tranzistor začne znova otvárať (náhle prechádza na ďalšiu spínaciu periódu), vyťažený kondenzátor sa vybije, ale nie cez holý tranzistor, ale cez odporový odpor R. A keďže odpor odporového odporu je niekoľkokrát väčší ako odpor spoja. potom bude hlavná časť energie uloženej v kondenzátore alokovaná presne na odpor a nie na tranzistor. Ruber RCD absorbuje a rozptyľuje energiu rušivej vysokonapäťovej indukčnej indukcie.

Výpočet tlmiaceho reťazca

P je výkon rozptýlený na tlmiacom odpore C je kapacitná kapacita tlmiaceho kondenzátora t je doba blokovania tranzistora, počas ktorej je tlmiaci kondenzátor nabitý U je maximálne napätie, do ktorého je tlmiaci kondenzátor nabitý I je prúd cez tranzistor, až kým nezatvorí f- koľkokrát za sekundu snabber (frekvencia spínania tranzistora)

Na výpočet hodnôt ochranných ochranných prvkov sú na začiatku stanovené hodnoty podľa času, po ktorý tranzistor v tomto obvode prechádza z vodivého stavu do zablokovaného stavu. Počas tejto doby musí mať tlmiaci kondenzátor čas na nabíjanie diódou. Pritom sa berie do úvahy priemerný prúd elektrického vinutia, z ktorého je potrebné chrániť. A napájacie napätie vinutia prevodníka vám umožní zvoliť kondenzátor s vhodným maximálnym napätím.

Ďalej musíte vypočítať výkon, ktorý bude rozptýlený rezistenčným odporom, a potom vyberte špecifickú hodnotu rezistora na základe časových parametrov získaného obvodu RC. Okrem toho by odpor odporu nemal byť príliš malý, takže keď kondenzátor začne vybíjať kondenzátor, maximálny impulz vybíjacieho prúdu spolu s prevádzkovým prúdom nepresiahne kritickú hodnotu pre tranzistor. Tento odpor by nemal byť príliš veľký, aby kondenzátor stále mal čas na vybitie, zatiaľ čo tranzistor pracuje na pozitívnej časti pracovnej doby.

Pozrime sa na príklad.

Sieťový push-pull invertor (amplitúda napájacieho napätia 310 voltov) s príkonom 2 kW pracuje pri frekvencii 40 kHz a maximálne napätie medzi odtokom a zdrojom pre jeho kľúče je 600 voltov. Pre tieto tranzistory je potrebné vypočítať tlmič RCD. Čas vypnutia tranzistora v obvode musí byť 120 ns.

Priemerný vinutý prúd 2000/310 = 6,45 A. Nechajte napätie na kľúči prekročiť 400 voltov. Potom C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1,935 nF. Vyberáme filmový kondenzátor s kapacitou 2,2 nF pri 630 voltoch. Výkon absorbovaný a rozptýlený každým snubberom počas 40 000 období bude P = 40 000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Predpokladajme, že minimálny pracovný cyklus impulzov na každom z týchto dvoch tranzistorov je 30%. To znamená, že minimálny otvorený čas každého tranzistora bude 0,3 / 80 000 = 3,75 μs, berúc do úvahy prednú časť, berieme 3,65 μs. Berieme 5% tohto času pre 3 * RC a nechajte kondenzátor počas tohto času takmer úplne vybitý. Potom 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Odtiaľ (náhrada C = 2,2 nF) dostaneme R = 27,65 Ohmov.

Nainštalujeme dva päť wattové rezistory 56 ohmov paralelne do každého tlmiča našich dvojtaktov a pre každý tlmič dostaneme 28 ohmov. Impulzný prúd z činnosti tlmiča, keď kondenzátor vybíja odporom, je 400/28 = 14,28 A - je to prúd v impulze, ktorý prechádza tranzistorom na začiatku každej periódy. Podľa dokumentácie pre najpopulárnejšie výkonové tranzistory maximálny povolený pulzný prúd pre ne prekračuje maximálny priemerný prúd najmenej štyrikrát.

Pokiaľ ide o diódu, do pulzného obvodu RCD je umiestnená pulzná dióda pri rovnakom maximálnom napätí ako napätie tranzistora a je schopná odolať impulzu maximálnemu prúdu pretekajúcemu primárnym obvodom tohto meniča.

Comments

[#1 Egor]

Dobré jasné vysvetlenie.