RCD snubber - nguyên tắc hoạt động và ví dụ tính toán

Lý do họ dùng đến việc sử dụng snubbers

Trong quá trình phát triển bộ biến đổi xung nguồn (đặc biệt đối với các thiết bị cấu trúc liên kết kéo và đẩy mạnh mẽ, trong đó việc chuyển đổi xảy ra ở chế độ cứng), phải cẩn thận để bảo vệ các công tắc nguồn khỏi sự cố điện áp.

Mặc dù thực tế là tài liệu nghiên cứu thực địa chỉ ra điện áp tối đa giữa cống và nguồn ở 450, 600 hoặc thậm chí 1200 volt, một xung điện áp cao ngẫu nhiên trên cống có thể đủ để phá vỡ phím (thậm chí cao áp) đắt tiền. Hơn nữa, các yếu tố lân cận của mạch, bao gồm một trình điều khiển khan hiếm, có thể bị tấn công.

Một sự kiện như vậy sẽ ngay lập tức dẫn đến một loạt các vấn đề: nơi để có được một bóng bán dẫn tương tự? Nó đang được bán bây giờ? Nếu không, khi nào nó sẽ xuất hiện? Lĩnh vực mới sẽ tốt như thế nào? Ai, khi nào và vì tiền nào sẽ đảm nhận để hàn tất cả những thứ này? Chìa khóa mới sẽ tồn tại bao lâu và nó sẽ không lặp lại số phận của người tiền nhiệm? vv và như vậy.

Trong mọi trường hợp, tốt hơn là nên an toàn ngay lập tức và ngay cả ở giai đoạn thiết kế của thiết bị thực hiện các biện pháp để ngăn chặn những rắc rối như vậy ở gốc. May mắn thay, một giải pháp đáng tin cậy, rẻ tiền và dễ thực hiện dựa trên các thành phần thụ động đã được biết đến từ lâu đã trở nên phổ biến đối với cả người hâm mộ thiết bị điện cao áp và các chuyên gia. Đó là về snubber RCD đơn giản nhất.

Theo truyền thống cho các bộ biến đổi xung, độ tự cảm của cuộn dây sơ cấp của máy biến áp hoặc cuộn cảm được bao gồm trong mạch thoát của bóng bán dẫn. Và với sự tắt mạnh của bóng bán dẫn trong các điều kiện khi dòng điện chuyển đổi chưa giảm đến giá trị an toàn, theo định luật cảm ứng điện từ, một điện áp cao sẽ xuất hiện trên cuộn dây, tỷ lệ thuận với độ tự cảm của cuộn dây và tốc độ chuyển tiếp của bóng bán dẫn từ trạng thái dẫn sang trạng thái khóa.

Nếu mặt trước đủ dốc và tổng độ tự cảm của cuộn dây trong mạch thoát của bóng bán dẫn là đáng kể, thì tốc độ tăng điện áp cao giữa cống và nguồn sẽ ngay lập tức dẫn đến thảm họa. Để giảm và tạo điều kiện cho tốc độ tăng trưởng nhiệt của khóa bóng bán dẫn này, một snubber RCD được đặt giữa cống và nguồn của khóa được bảo vệ.

Làm thế nào để snCD RCD hoạt động?

RCD snabber hoạt động như sau. Tại thời điểm bóng bán dẫn bị khóa, dòng điện của cuộn sơ cấp, do độ tự cảm của nó, không thể giảm ngay lập tức về không. Và thay vì đốt cháy bóng bán dẫn, điện tích, dưới tác động của EMF cao, chạy qua diode D đến tụ C của mạch snubber, sạc nó và bóng bán dẫn đóng lại ở chế độ mềm của dòng điện nhỏ thông qua quá trình chuyển đổi.

Khi bóng bán dẫn bắt đầu mở lại (đột ngột chuyển sang giai đoạn chuyển đổi tiếp theo), tụ điện snubber sẽ được xả, nhưng không qua bóng bán dẫn trần, mà qua điện trở snubber R. Và vì điện trở của điện trở snubber lớn hơn nhiều lần so với điện trở của mối nối nguồn, sau đó phần chính của năng lượng được lưu trữ trong tụ điện sẽ được phân bổ chính xác trên điện trở, chứ không phải trên bóng bán dẫn. Do đó, snubber RCD hấp thụ và tiêu tán năng lượng của điện cảm c điện áp cao giả.

Tính toán chuỗi snubber

P là công suất tiêu tán trên điện trở snubber C là điện dung của tụ snubber t là thời gian khóa của bóng bán dẫn trong đó tụ snubber được tích điện U là điện áp tối đa mà tụ snubber được tích điện I là dòng điện qua bóng bán dẫn cho đến khi nó đóng f- bao nhiêu lần mỗi giây snabber (tần số chuyển đổi bóng bán dẫn)

Để tính toán các giá trị của các phần tử snubber bảo vệ, để bắt đầu, chúng được đặt theo thời gian mà bóng bán dẫn trong mạch này đi từ trạng thái dẫn đến trạng thái khóa. Trong thời gian này, tụ snubber phải có thời gian để sạc qua diode. Ở đây, dòng điện trung bình của cuộn dây điện được tính đến, từ đó cần phải bảo vệ. Và điện áp cung cấp của cuộn dây chuyển đổi sẽ cho phép bạn chọn một tụ điện có điện áp tối đa phù hợp.

Tiếp theo, bạn cần tính toán công suất sẽ bị tiêu tán bởi điện trở snubber và sau đó chọn giá trị cụ thể của điện trở dựa trên các tham số thời gian của mạch RC thu được. Hơn nữa, điện trở của điện trở không được quá nhỏ để khi tụ bắt đầu phóng qua nó, xung dòng phóng tối đa cùng với dòng hoạt động không vượt quá giá trị tới hạn của bóng bán dẫn. Điện trở này không được quá lớn để tụ điện vẫn có thời gian xả, trong khi bóng bán dẫn đang hoạt động phần tích cực của thời gian làm việc.

Hãy xem xét một ví dụ.

Một biến tần kéo đẩy mạng (biên độ của điện áp cung cấp 310 volt) tiêu thụ 2 kW hoạt động ở tần số 40 kHz, và điện áp tối đa giữa cống và nguồn cho các phím của nó là 600 volt. Cần phải tính toán snubber RCD cho các bóng bán dẫn này. Đặt thời gian tắt của bóng bán dẫn trong mạch là 120 ns.

Dòng điện cuộn dây trung bình 2000/310 = 6,45 A. Để điện áp trên phím không vượt quá 400 volt. Khi đó C = 6,45 * 0,000000120 / 400 = 1.935 nF. Chúng tôi chọn một tụ điện có công suất 2,2 nF ở 630 volt. Công suất được hấp thụ và tiêu tán bởi mỗi snubber trong 40.000 chu kỳ sẽ là P = 40.000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Giả sử chu kỳ nhiệm vụ xung tối thiểu trên mỗi hai bóng bán dẫn là 30%. Điều này có nghĩa là thời gian mở tối thiểu của mỗi bóng bán dẫn sẽ là 0,3 / 80.000 = 3,75, s, tính đến mặt trước, chúng tôi mất 3,65 μs. Chúng tôi dành 5% thời gian này cho 3 * RC và để tụ điện gần như phóng điện hoàn toàn trong thời gian này. Thì 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. Từ đây (thay thế C = 2,2 nF) ta được R = 27,65 Ohms.

Chúng tôi cài đặt song song hai điện trở năm watt 56 Ohms trong mỗi snubber của hai thì và chúng tôi nhận được 28 Ohms cho mỗi snubber. Dòng xung từ hoạt động của snubber khi tụ phóng qua điện trở là 400-28 = 14,28 A - đây là dòng trong xung đi qua bóng bán dẫn vào đầu mỗi kỳ. Theo tài liệu cho hầu hết các bóng bán dẫn điện phổ biến, dòng xung tối đa cho phép đối với chúng vượt quá dòng trung bình tối đa ít nhất 4 lần.

Đối với diode, một diode xung được đặt trong mạch snubber RCD có cùng điện áp tối đa với bóng bán dẫn và có thể chịu được dòng điện cực đại chạy qua mạch sơ cấp của bộ biến đổi này trong một xung.

Comments

[#1 Egor]

Giải thích rõ ràng tốt.