Снабберная цепь, подключаемая параллельно эмиттер-коллектор, предназначены прежде всего для соблюдения области безопасной работы (ОБР, SOA ) — не допустить превышения максимально разрешенных значений тока, напряжения, мощности, не допустить режимы, где возможен вторичный пробой. Вторая задача снабберных цепей — снижение потерь на переключение, повышение энергетической эффективности устройства. Третья задача — уменьшение электромагнитных помех, наводимых в силовых цепях, подключаемых к преобразователю.
Теперь, руководствуясь рекомендациями производителя, подберем снабберные элементы для модуля CM600DY-24F.
В зависимости от величины коммутируемых токов применяются разные схемотехнические решения. Их можно разделить на два основных — индивидуальные и общие.
b) Зарядно-разрядный RCD-снаббер
c) Разрядно-гасительный RCD-снаббер
Для инверторов, по рекомендациям Mitsubishi подходят схемы c,d,e. Для маломощных, до 100А, подходит схема D. Например, такие применяются в Новополоцких ПЧТТ мощностью 22-30кВт. Там стоят по одному 100-амперному модулю в каждой фазе. DC-шина там простая — две алюминиевые шинки объединяют коллекторы и эмиттеры.
Демпферный конденсатор стоит примерно по середине. В остальном, силовой монтаж выполнен гибким проводом, толщиной квадратов где-то в 6. Для более мощных приводов от 200 А применяется схема С. Например, такая схема применяется в инверторе OMRON 3G3HV мощностью 185кВт. Там на каждую фазу включено в параллель по 4 модуля.
В фазе модули идут один над другим (в каждой фазе).
Процесс выключения с демпферной цепью:
здесь: Ioff — ток выключения, Vcc- напряжение на DC-шине, di/dt — скорость отключения. Vсе — напряжение эмиттер-коллектор
здесь — L1-паразитная индуктивность DC-шины, L2 — паразитная собственная индуктивность проводников снабберной цепи.
Рассчитаем элементы для разрядно-гасящей RCD снабберной цепи (схема С).
Схема ставится под напряжение, когда напряжение эмиттер-коллектор начинает превышать напряжение DC-шины. Штриховая линия на рисунке 5.8 показывает идеальное запирание транзистора. Но в действительности, из-за паразитной индуктивности монтажа, проводников, и прямого падения напряжения на снабберном диоде вызывает выброс напряжения Vcesp на стадии запирания (рисунок 5.9).
Для расчетов необходимо сделать некоторые допущения — это паразитная индуктивность DC-шины и монтажных проводников снабберных цепей. Такие вещи (возможно) проще измерить на стадии разработки — т.е.
измерить индуктивность DC-шины и монтажных проводников (как получилось сконструировать монтаж) при реальном макетном моделировании.
По таблице (что сверху) индуктивность DC-шины для токов от 600А не должна превышать 50 нГн, а индуктивность проводников снабберов — 7нГн.
- Паразитная индуктивность DС-шины
- проводник инвертор демпфирующий снаббер
- Паразитная индуктивность проводников снабберов
Коммутационный ток Io примем в 510А, а не 600, т.к. уменьшили на 15% ввиду параллельного соединения:
- Напряжение на DC-шине примем для колебаний входного напряжения до 440 В переменного тока, и при перенапряжениях на торможении ЭД, то
- Вычислим выброс напряжения во время отключении IGBT по формуле:
- Ed -напряжение на DC-шине
- VFM — падение напряжения на снабберном диоде (40-60 В)
- LS — паразитная индуктивность снаббеорных цепей ( 6,5 нГн)
- dIc/dt — скорость снижения коллекторного тока (3 А/нс)
- Вычислим емкость демпферного конденсатора:
- L — индуктивность DC-шины
- I — ток отключения (при аварийном отключении тока не менее 2Iном), пердположим, 1500 А на модуль
- VCEP — пиковое напряжение на конденсаторе (не более, чем VCE)
- Ed — напряжение на DC-шине
- Вычислим резистор в демпферной цепи:
- f — частота коммутации (примем 5кГц)
- CS — Есмкость снабберного конденсатора
Выберем снабберный диод Ds. Выбирают исходя из того, что он должен обладать малым прямим падением напряжения, которое является одним из основных факторов, влияющих на выброс напряжения во время выключения IGBT.
Если время обратного восстановления будет слишком большим, в нём будут расти потери с ростом частоты коммутации. Если обратное восстановление диода будет происходить слишком жестко, это приведет к генерации напряжения VCE.
Поэтому снабберный диод должен иметь малое падение напряжения, малое время обратного восстановления и мягкое переключение.
Где перемотать якорь электродвигателя на лебедку квадроцикла
- Производитель рекомендует применять диод для RCD — цепей RM50HG-12S.
- Причина, по которой прибегают к использованию снабберов
- В ходе разработки силового импульсного преобразователя (особенно это касается мощных устройств топологий push-pull и forward, где переключение происходит в жестких режимах), необходимо как следует позаботиться о защите силовых ключей от пробоя по напряжению.
Несмотря на то, что в документации на полевик указано предельное напряжение между стоком и истоком в 450, 600 или даже в 1200 вольт, одного случайного высоковольтного импульса на стоке может оказаться достаточно для выхода дорогостоящего (даже и высоковольтного) ключа из строя. Да еще и соседние элементы схемы, включая дефицитный драйвер, могут попасть под удар.
Такое событие сразу приведет к куче проблем: где достать аналогичный транзистор? Есть ли он сейчас в продаже? Если нет, то когда появится? Насколько качественным окажется новый полевик? Кто, когда и за какие деньги возьмется все это перепаивать? Как долго продержится новый ключ и не повторит ли он судьбу своего предшественника? и т. д. и т. п.
В любом случае лучше сразу перестраховаться, и еще на этапе проектирования устройства принять меры для предотвращения подобных неприятностей на корню. Благо, известно надежное, недорогое и простое в своей реализации решение на пассивных компонентах, давно ставшее популярным как у любителей высоковольтной силовой техники, так и у профессионалов. Речь о простейшем RCD-снаббере.
Традиционно для импульсных преобразователей, в цепь стока транзистора включена индуктивность первичной обмотки трансформатора или дросселя.
И при резком запирании транзистора в условиях, когда коммутируемый ток еще не понизился до безопасной величины, согласно закону электромагнитной индукции на обмотке возникнет высокое напряжение, пропорциональное индуктивности обмотки и скорости перехода транзистора из проводящего состояния в запертое.
Если фронт при этом достаточно крут, а общая индуктивность обмотки в цепи стока транзистора существенна, то высокая скорость нарастания напряжения между стоком и истоком мгновенно приведет к катастрофе. Чтобы эту скорость роста напряжения понизить и облегчить тепловой режим запирания транзистора — между стоком и истоком защищаемого ключа ставят RCD-снаббер.
Как работает RCD-снаббер
RCD-cнаббер работает следующим образом. В момент запирания транзистора ток первичной обмотки, в силу наличия у нее индуктивности, не может мгновенно снизиться до нуля.
И вместо того чтобы жечь транзистор, заряд, под действием высокой ЭДС, устремляется через диод D в конденсатор C снабберной цепи, заряжая его, а транзистор при этом закрывается в мягком режиме незначительного тока через его переход.
Когда транзистор вновь начнет открываться (резко переходя в проводящее состояние для отработки очередного периода коммутации), конденсатор снаббера станет разряжаться, но уже не через голый транзистор, а через снабберный резистор R.
А так как сопротивление снабберного резистора в несколько раз больше сопротивления перехода сток-исток, то основная часть запасенной в конденсаторе энергии выделится именно на резисторе, а не на транзисторе.
Таким образом RCD-снаббер поглощает и рассеивает энергию паразитного высоковольтного выброса c индуктивности.
- Расчет снабберной цепи
- P – мощность, рассеиваемая на резисторе снаббера C – емкость конденсатора снаббера t – время запирания транзистора, за которое конденсатор снаббера заряжается U – максимальное напряжение, до которого зарядится конденсатор снаббера I – ток через транзистор до его закрытия f- сколько раз в секунду будет срабатывать снаббер (частота переключения транзистора)
Углерод плюс металл 6
Чтобы рассчитать номиналы элементов защитного снаббера, для начала задаются временем, за которое транзистор в данной схеме переходит из проводящего состояния в запертое.
За это время конденсатор снаббера должен успеть зарядиться через диод. Здесь в расчет принимается средний ток силовой обмотки, от которого предстоит защищаться.
А напряжение питания обмотки преобразователя позволит выбрать конденсатор с подходящим максимальным напряжением.
Далее необходимо вычислить мощность, которая должна будет рассеиваться на резисторе снаббера, и уже после этого подобрать конкретный номинал резистора, исходя из временных параметров полученной RC-цепи.
При том сопротивление резистора не должно быть слишком малым, чтобы когда при запирании ключа конденсатор начнет разряжаться через него, импульс максимального разрядного тока вместе с рабочим током не превысили бы критическую для транзистора величину.
Не должно это сопротивление быть и слишком большим, чтобы конденсатор все же успел разрядиться, пока транзистор отрабатывает положительную часть рабочего периода.
Рассмотрим пример
Сетевой двухтактный инвертор (амплитуда напряжения питания 310 вольт) потребляющий мощность 2 кВт работает на частоте 40 кГц, причем максимальное напряжение между стоком и истоком для его ключей составляет 600 вольт. Необходимо рассчитать RCD-снаббер для этих транзисторов. Пусть время запирания транзистора в схеме составляет 120 нс.
Средний ток обмотки 2000/310 = 6,45 А. Пусть напряжение на ключе не превысит 400 вольт. Тогда C = 6,45*0,000000120/400 = 1,935 нФ. Выберем пленочный конденсатор емкостью 2,2 нФ на 630 вольт. Мощность, поглощаемая и рассеиваемая каждым снаббером за 40000 периодов составит P = 40000*0.0000000022*400*400/2 = 7,04 W.
Допустим, минимальная скважность импульса на каждом из двух транзисторов составляет 30%.
Значит минимальное время открытого состояния каждого транзистора будет равно 0,3/80000 = 3,75 мкс, с учетом фронта примем 3,65 мкс.
Примем 5% этого времени за 3*RC, и пусть за это время конденсатор успеет почти полностью разрядиться. Тогда 3*RC = 0,05*0,00000365. Отсюда (подставим C = 2.2 нФ) получим R = 27,65 Ом.
Установим по два пятиваттных резистора по 56 Ом параллельно в каждый снаббер нашего двухтактника, и получится 28 Ом для каждого снаббера.
Импульсный ток от срабатывания снаббера при разряде конденсатора через сопротивление составит 400/28 = 14,28 А — это ток в импульсе, который пройдет через транзистор в начале каждого периода.
Согласно документации на большинство популярных силовых транзисторов, максимально допустимый импульсный ток для них превосходит максимальный средний ток минимум в 4 раза.
Что касается диода, то в схему RCD-снаббера ставиться импульсный диод на такое же максимальное напряжение как у транзистора, и способный в импульсе выдерживать максимальный ток, протекающий через первичную цепь данного преобразователя.
Перенесу-ка я сюда схему устройства мягкого пуска и защиты импульсника с предыдущей страницы. Рис.1
Фактически, основной фрагмент импульсного блока питания (Рис.2), состоящий из самотактируемого полумостового драйвера, управляющего мощными полевыми транзисторами, самих транзисторов и импульсного трансформатора — издавна уже обрёл привычные очертания, отработан до мелочей и радует счастливые взоры радиолюбителей предсказуемым поведением и весьма приличными характеристиками. Рис.2
Приведённая схема импульсного источника питания позволяет снимать с блока максимальную мощность до 300Вт. Частота преобразования драйвера IR2153 — 50кГц. При желании изменить тактовую частоту следует изменить значения номиналов элементов R1 и С1 в соответствии с формулой F = 1 / [1,4×C×(R+75)].
Большинство схемотехнических решений ИПБ на IR2153, представленных в сети, не учитывают простой рекомендации производителя микросхемы по выбору номиналов данных элементов, а именно: Timing resistor value (Min) — 10 kΩ, CT pin capacitor value (Min) — 330 pF.
Как гнуть проф трубу
Для удобства приведу простой калькулятор по расчёту частотозадающих элементов IR2153.
И с другими вводными — частота IR2153 с учётом имеющихся у Вас деталей.
На страшилки по поводу опасности несущественного отклонения рабочей частоты от расчётной, как то: насыщение феррита, снижение КПД и т.д. и т.п. — не следует обращать никакого внимания. Прекрасно Ваш феррит переживёт подобные отклонения, вплоть до 10-15% изменения частоты преобразователя, без всяких последствий для собственного здоровья.
Теперь о намотке трансформатора Tr1. Парой слов здесь ограничиться не удастся, потому как именно импульсный трансформатор назначен главным ответственным за показатели ИБП.
Собственно, исходя из этих соображений, мы и посвятили целую статью расчётам и намотке трансформатора на тороидальном ферритовом сердечнике для данного блока с возможностью выбора желаемого диапазона мощностей — Ссылка на страницу.
Плавно переходим к снабберной цепочке R8, С9. Снаббер – это демпфирующее устройство, которое выполняет действие по замыканию на себе токов переходных процессов.
Устройство предназначено для подавления индуктивных выбросов, которые появляются при переключении коммутационных полупроводников и способствует снижению величины нагрева обмоток трансформатора и силовых транзисторов. В теории, существуют методики расчёта снабберных цепей.
На практике — а не пошли бы они лесом, уж очень много различных параметров необходимо учитывать для получения корректного результата. К тому же достаточно велика вероятность того, что данная цепочка вообще не понадобится в транзисторно-трансформаторном хозяйстве.
Для проверки этого предчувствия следует к выходу ИПБ подключить нагрузку, обеспечивающую его работу при 10% мощности от максимальной, и поочерёдно ткнувшись пальцем в импульсный трансформатор и радиатор выходных транзисторов, убедиться, что температура данных элементов не превышает 30-40 градусов.
Если это так, то про снабберную цепочку забываем, если не повезло — начинаем юзать снаббер, начиная со значения ёмкости конденсатора С9 200пФ и постепенно повышая её до тех пор, пока не будет получен устойчивый положительный результат. Естественным делом данный конденсатор обязан быть высоковольтным.
Что такое снаббер? Подробное описание
Снаббер – это демпфирующее устройство, работающее в качестве фильтра низкой частоты, которое выполняет действие по замыканию на себе тока переходного процесса.
Предназначение снаббера
Устройство предназначено для подавления индуктивных выбросов, для понижения значения перенапряжений в переходных процессах, которые появляются при коммутационных действиях с силовыми полупроводниками.
Они практически незаменимы для снижения влияния паразитной генерации, которая способствует снижению величины нагрева обмоток трансформатора и для предохранения от температурного перегрева диодов и мощных транзисторов.
Достигается это с помощью облегчения теплообмена при работе ключа. При этом емкость служит для понижения скорости нарастания напряжения, а индуктивность снижает нарастание величины тока.
При снижении значения динамических потерь в силовом ключе происходит формирование траектории переключения: при этом параллельно подключенные емкостные конденсаторы понизят скорость нарастания напряжения.
Индуктивность в коммутационных цепях ограничивает скорость увеличения тока.
Снаббер выполняет задачу по предотвращению ошибочного включения семистора, которое может произойти в результате сетевых помех. Полезно применение снаббера в качестве ограничителя перенапряжений для ключевого транзистора, которые появляются во время коммутации. В этом случае модель может применяться в устройствах импульсных источников питания.
Конфигурация снаббера
Устройство необходимого к использованию снаббера зависит от величины нагрузки и типа питающей сети, она связана с типом силового компонента и частоты, на которой он работает.
Рис. №1. Конфигурация снабберных конденсаторов.
Самый простой снаббер считается импульсным конденсатором незначительной емкости, который подключается параллельно силовому ключу. В конструкции обязательно должен присутствовать, подключенный параллельно конденсатору резистор, он помогает избавиться от потерь и утечек в паразитном колебательном контуре.
Основное требование к конструкции снабберной емкости – обеспечить помимо минимальной величины распределенной индуктивности, еще и удобство присоединения к терминалам силового модуля. В качестве снаббера недопустимо использовать обычные конденсаторы, как на (рис.1а).
Методика расчета снабберной цепи
Выполнение расчета связано с механизмом действия снабберной цепи. Номинальное значение конденсатора высчитывается по определенному значению уровня перенапряжения Vos и величины энергии, находящейся в запасе в паразитной индуктивности шины Lв при коммутировании токовой величины Iреак:
- С помощью снабберов происходит формирование траектории переключения, где параллельно подключенные емкости снижают быстроту нарастания значения напряжения, а индуктивности служат для ограничения скорости увеличения токовых значений.
- Вычисление емкости снаббера и максимально эффективного значения индуктивности можно выполнить если известны значения напряжения ΔV1 и ΔV2, при этом их величина С2 будет прямо пропорциональна показателям паразитной индуктивности. Формула расчета емкости будет иметь такой вид:
- Таким образом, становится ясно, что корректная типология и силового каскада, которая может обеспечить минимальную величину и значение LDC дает возможность снизить требования к снабберным цепям.
- Для определения расчета паразитного контура DC необходимо проводить коррекционные замеры параметров снабберной схемы, за основу берутся результаты экспериментальной проверки.
- Основой выбора служит минимальная величина перенапряжения и отсутствие опасных осцилляций.
Необходимо знать, снаббер не сможет помочь силовому ключу при перенапряжении плохо подобранной DC-шине, которая имеет значительную площадь токовой петли.
При подборе конденсатора учитываются такие его параметры:
- Разрешенное напряжение для цепей постоянного тока VRmax;
- Максимальное значение напряжения и тока пульсации Vnnsили Inns;
- Величину емкости и индуктивности;
- Срок эксплуатации.
Желательно учитывать, что для модулей IGBT величина напряжения шины не должна быть больше значения 9000В, для такого значения рекомендуется применять снаббер с VRmax= 1000В. Величины емкости должно хватать для подавления и сглаживания пиковых сигналов, появляющихся при отключении IGBT, емкость может быть в пределах от 0,1 до 1 мкФ.
Рис.№ 2. Классический пример использования конструкции с высокоиндуктивной шиной с применением параллельно соединенных проводников звена постоянного тока. Даже с наличием снаббера при коротком замыкании произойдет скачек напряжения более, чем в 1000 раз.
При некорректной типологии шины-DC нецелесообразно увеличивать емкость снаббера – это приводит к увеличению колебательности паразитного контура.
Типы снабберных схем
Рис. №2. Схема снаббера. (а) – обычный высоковольтный конденсатор. (б) – схема для применения в низковольтных преобразователях, рассчитанных на высокий ток с использованием MOSFET-ключами. (в) – схема цепи, ограничивающая скорость управления тиристорными ключами. В этом случае, снаббер устанавливается на всех плечах полумоста, схема состоит из диода обладающего быстрой скоростью и резистора. Они выполняют функцию разряда и ограничителя тока разряда и служат для разделения зарядных цепей. (г) – схема для снижения паразитной индуктивности, она характеризуется подключением снаббера к коллектору и эмиттеру всех транзисторов полумоста, схема используется редко, главным образом из-за сложности.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Поделиться ссылкой:
Снаббер это
Забыли пароль? Изменен п. Расшифровка и пояснения — тут. Poltergeist , 3 ноября в Электроника. Обычная схема шим управления двигателем нагруженным на сток n-канального мосфета НО ток идет предварительно на комутирующие реле 2 шт меняющее полярность подключения двигателя типа реверс.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты: Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Драйверы для полевых транзисторов, самые простые и распространённые
Корректная оценка потери мощности снаббера экономит целый рабочий день
Защита от коммутационных выбросов напряжения схем на основе тиристоров или транзисторов с полевым управлением — рядовая задача в проектировании практически любого преобразователя. Для выполнения данной задачи существует ряд стандартных схем именуемых снабберными цепями.
Снабберы, в свою очередь, могут состоять из пассивных или активных элементов, или могут совмещать их в себе например, RCD-снабберы. Схемы такого рода цепей хорошо известны и не требуют дополнительного рассмотрения.
Но, зачастую, при проектировании снабберов возникает ряд вопросов с выбором элементной базы.
Итак, какой тип конденсатора выбрать? Что лучше —ограничитель или варистор? Можно ли использовать вместо специализированных ограничителей обычные стабилитроны?
Таким образом, вопросы с комплектацией могут значительно повлиять на итоговую схему снаббера и как, в таком случае, не ошибиться? Ниже пойдёт речь о типовых проблемах с выбором элементной базы, которые, как показывает практика, чаще всего возникают при проектировании снабберных цепей.
Снабберы могут выполнять две функции: снижении скорости нарастания напряжения C-RC-RCD-снабберы или ограничение амплитуды выброса напряжения снабберы на основе супрессоров, стабилитронов или варисторов. Разумеется, эффективнее всего будут работать снабберы выполняющие обе эти функции. Более того, в состав снабберов второго типа, как правило, так или иначе,входят конденсаторы.
Конденсатор, в некотором смысле, это основа почти любой снабберной цепи и первый вопрос, возникающий после осуществления теоретических расчётов: какой тип конденсатора выбрать? Существует два основных вида конденсаторов, которые, теоретически, можно использовать в снаббере: это плёночные и керамические конденсаторы.
Из отечественного к первой группе, прежде всего, относятся конденсаторы серий К73 и К78; ко второй группе—конденсаторы серий К10 и К На практике, в качестве снабберов, самыми подходящими считаются конденсаторы К, но чаще всего применяются К, так же часто применяются керамические конденсаторы К или К для относительно низковольтных схем.
Существует мнение, что в качестве снабберов нужно использовать только плёночные конденсаторы, так как их паразитные составляющие особенно паразитная индуктивность и тангенс угла потерь намного меньше, чем для керамических конденсаторов.
Сравниваем тангенс угла потерь: для К—0,; для К—0,; для К—0, Отсюда следует, что, вроде бы, керамический конденсатор несущественно хуже плёночного К и даже гораздо лучше К Если сравнить паразитную индуктивность плёночных и керамических конденсаторов, то и здесь разницы почти нет: их индуктивность будет составлять от единиц до десятков нГн и даже более того, этот параметр по большей части обусловлен габаритными размерами конденсатора, типами выводов и, в конце концов, качеством монтажа, но не типом.
Получается, разницы нет? В своё время нам была поставлена задача заменить конденсатор К73 — 17 на керамические чип-конденсаторы требование конструкции. В итоге на конденсаторе К за несколько лет эксплуатации не были ни одного выхода из строя этого конденсатора; с керамическим конденсаторами—два выхода из строя при трёх проведённых испытаниях.
Конечно, и по паразитным составляющим тоже можно сказать, что плёночные лучше, но это если только речь идёт о специализированных конденсаторах.
Например, специализированные снабберные плёночные конденсаторы импортного производства имеют тангенс угла потерь 0, на порядок лучше К и почти в сто раз лучше К и собственную индуктивность в несколько нГн, но это именно специальные конденсаторы. Отсюда вывод: если речь идёт о больших мощностях от десятков кВт , то однозначно—специализированные снабберные конденсаторы.
Если мощность меньше, но напряжение относительно высокое —то так же однозначно плёночные общего назначения; если мощность небольшая и напряжение низкое например, из практики, при мощности около сотен Вт и напряжении порядка десятков Вольт, проблем со снабберами на керамических конденсаторах не наблюдалось , то можно обойтись керамическими конденсаторами. Последовательно снабберному конденсатору зачастую хотя и не обязательно , ставится резистор. Разумеется, мощность и номинал резистора рассчитываются, но, опять же, не каждый резистор можно ставить в снабберную цепь.
Как правило, применяются резисторы следующих типов: проволочные, металлоплёночные, углеродистые. Проволочные резисторы категорически не подходят для снабберных цепей по причине недопустимо большой паразитной индуктивности.
Металлоплёночные резисторы применять можно, хотя и у них индуктивность оставляет желать лучшего.
Наилучший вариант—углеродистые резисторы например, серия С Помимо меньшей индуктивности данный тип резисторов выгодно отличается от прочих тем, что они стойки к импульсным токам и импульсам перенапряжения.
Хотя, использование металлоплёночных резисторов самые популярные—С тоже допустимо.
Насчёт диода, если таковой используется в снабберной цепи, пожалуй, говорить не стоит, так как понятно, что его пробивное напряжение и допустимый ток должны соответствовать схеме, а время обратного восстановления должно быть как можно меньше.
Перейдём к той части снаббера, которая отвечает за ограничение напряжения. В снабберах, как уже было сказано, с целью ограничения выбросов напряжения могут устанавливаться стабилитроны, ограничители напряжения супрессоры , и варисторы.
Что, для какой схемы и по каким критериям выбрать? Основными критериями выбора элемента ограничения, помимо собственно пробивного напряжения, должны являться его мощность и быстродействие. При чём, если мощность можно нарастить последовательной установкой элементов, то сделать быстродействие лучше, чем обеспечивает производитель— не представляется возможным.
Из всех представленных ограничителей наибольшим быстродействием обладает супрессор. Производителями супрессоров заявляется быстродействие порядка нескольких нс, а иногда и меньше. Но это в тестовых схемах.
На практике супрессор, если и реагирует почти мгновенно, всё-таки открывается относительно долго и время с момента достижения напряжением пробивного напряжения супрессора до начала спада напряжения импульса обычно составляет около 10 нс и во многом зависит от тока импульса.
В плане ВАХ прибор почти аналогичный супрессору—стабилитрон. Но если по мощности можно подобрать стабилитрон близкий ограничителю напряжения в плане допустимой мощности импульса , то по быстродействию стабилитроны значительно уступают супрессору.
И если раньше стабилитроны имело смысл использовать в снабберных схемах для изделий специального назначения т.
В отличии от супрессора и стабилитрона варистор не является активным элементом, в полном смысле этого слова, представляя собой специализированный резистор.
Быстродействие варисторов, как заявляется, составляет порядка нескольких десятков нс. Для сравнения, как уже было отмечено, заявляемое быстродействие супрессоров—около нс.
Таким образом, варистор на порядок медленнее супрессора. Эту разницу подтверждает и практический случай: в транзисторном преобразователе значительно грелись ограничители напряжения и было решено попробовать варисторы, так как последние могут работать с относительно большими мощностями.
В итоге, если схема с ограничителями грелась, но работала без выходов из строя, то схема на варисторах вышла из строя при первом же включении.
Однако, указать реальное быстродействие варисторов автор не может, так как не имел достаточного опыта работы с ними. Другой, не менее критичный параметр,-предельно-допустимая мощность импульса. Здесь на первом месте стоит варистор, далее— супрессор и стабилитрон. При чём, при равных массогабаритных показателях, супрессор значительно выигрывает у стабилитрона.
Таким образом, если тиристорная схема, то варисторы; если транзисторная, то супрессоры. Стабилитроны тожеможно применять, то только в низковольтных транзисторных схемах с малыми скоростями изменения напряжения.
Например, стабилитроны BZX55C18, установленные в цепи затвора полевого транзистора, ведут себя ни чуть ни хуже симметричных супрессоров типа 1,5КЕ18СА. Как правило, выбор очевиден. Конечно, если уже имеется какая-то комплектация и нет возможности или проблематично приобрести другую комплектацию,то можно поставить что-то своё, из того что есть.
Что именно выбрать и для каких схем—сказано выше.
Содержание данной статьи носит исключительно рекомендательный характер, основывается на личном опыте и, разумеется, не является панацеей от всех проблем.
Но, тем не менее, указанные рекомендации могут помочь разработчику в такой задаче, как выбор комплектации для снабберных цепей защиты. Для отправки вам необходимо авторизоваться.
Что такое снаббер? Подробное описание
Предлагаемая статья поможет разработчикам разобраться с проблемами, возникающими в силовых импульсных каскадах, правильно выбрать снабберные цепи и оптимизировать топологию преобразователя.
Как уже было отмечено, в результате бурного развития элементной базы для силовой преобразовательной техники понятие схемотехники как искусства создания принципиальной схемы утратило свое первоначальное значение. За последние 10—15 лет задача разработчика и методы его работы изменились кардинально.
Теперь на первом месте стоит умение работать с документацией, техническими характеристиками, правильно выбирать элементы по их мощностным, статическим и динамическим характеристикам. После выбора элементной базы необходимо произвести тепловой расчет, который подтверждает правильность выбора.
Надежность работы изделия во многом определяется именно корректностью теплового расчета. Тестовая схема.
Это явление называется индуктивностью рассеяния трансформатора. При открытии ключа энергия, накопленная в индуктивности.
Снабберный модуль СБ-2-1
Снаббер — это демпфирующее устройство, работающее в качестве фильтра низкой частоты, которое выполняет действие по замыканию на себе тока переходного процесса.
Устройство предназначено для подавления индуктивных выбросов, для понижения значения перенапряжений в переходных процессах, которые появляются при коммутационных действиях с силовыми полупроводниками.
Они практически незаменимы для снижения влияния паразитной генерации, которая способствует снижению величины нагрева обмоток трансформатора и для предохранения от температурного перегрева диодов и мощных транзисторов. Достигается это с помощью облегчения теплообмена при работе ключа.
При этом емкость служит для понижения скорости нарастания напряжения, а индуктивность снижает нарастание величины тока. При снижении значения динамических потерь в силовом ключе происходит формирование траектории переключения: при этом параллельно подключенные емкостные конденсаторы понизят скорость нарастания напряжения.
Индуктивность в коммутационных цепях ограничивает скорость увеличения тока. Снаббер выполняет задачу по предотвращению ошибочного включения семистора, которое может произойти в результате сетевых помех. Полезно применение снаббера в качестве ограничителя перенапряжений для ключевого транзистора, которые появляются во время коммутации. В этом случае модель может применяться в устройствах импульсных источников питания.
Power Electronics
By harvester , December 28, in Импульсные источники питания, инверторы. У кого-то «и так работает», кто-то ставит «стандартный». Тема не раз поднималась, но мало чем подкреплялась. Даже были попытки признать это слово ругательным можно заменить на демпфер, успокоитель.
Новая тема Правила Регистрация Статистика Архив. А ведь ставил его на всякий случай, как раз погасить ВЧ-помехи.
Это интересно!
Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка. Мощность рассеивания транзистора? Зачем электродрели нужен редуктор, точнее большая шестеренка?
Easyelectronics.ru
Сообщения без ответов Активные темы. Модераторы: Горшком назвали Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0.
Power Electronics Посвящается источникам питания вообще и сварочным источникам в частности.
Текущее время: , Добавлено: , Вопрос в другом, имеет ли смысл ставить снабер 20 — 30 нан, и есть ли какие нибудь проблемы от него? Я это вижу это так.
Кстати какой это снаббер? Зарядно-разрядный RCD-снаббер, Разрядно- гасительный RCD-снаббер, RCD-снаббер. Странность в том.
Защита от перенапряжения: что выбрать?
Итак, для начала определимся с объектом нашей борьбы. Для этого рассмотрим схему синхронного buck-конвертера и осциллограмму напряжения, снятую в точке 1 в момент открытия верхнего и закрытия нижнего транзисторов:. А зачем, собственно, нам это нужно? Да потому, что эти колебания могут вызвать ряд очень неприятных последствий.
Что такое снаббер?
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 16. Как работает RC-цепь РЕАЛЬНО — САМОЕ ПОНЯТНОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ!
Возможно, наверно, подобрать снаббер с еще более удачно — снизить выброс еще больше. Для вашего мостового выпрямителя возможны три варианта. Самый оптимальный вариант, из подручных материалов, будет состоять из двух небольших двухобмоточных дросселей на ферритовых колечках. Можно однообмоточные дроссели, но четыре штуки. Можно однообмотучную одну штуку, но такая штука гоняется по предельному циклу и перегревается. Но недавно возился с этим и вроде убедился, что быстрые диоды со временем 30нс и менее практически дают то же самое.
Представьте ситуацию: ваш клиент обеспокоен. Он думает, что резистор, стоящий в цепи снаббера или демпфера регулятора напряжения, перегревается, и подозревает, что это вызовет отказы при эксплуатации.
Проблемы проектирования IGBT-инверторов: перенапряжения и снабберы
Человечество оказалось для Земли страшнее астероида, убившего динозавров. В статье рассматривается концепция передачи мультимедийных данных с высокой скоростью с помощью трансиверов SerDes.
Эти устройства имеют ряд преимуществ при передаче больших объемов данных, обеспечивая приемлемое энергопотребление, производительность и стоимость системы. Кроме того, обсуждаются аналогово-цифровые методы коррекции сигнала при его распространении по кабелям длиной более м.
Многим разработчикам, особенно не специалистам в области управления электропитанием, использование силовых ключей может показаться сложной задачей.
Разработка топологии силовых шин является наиболее ответственным этапом проектирования импульсных преобразовательных устройств.
Одна из самых сложных проблем связана с высокими скоростями изменения тока современных электронных ключей и наличием паразитных индуктивностей в цепях коммутации.
Конструкция инвертора должна при всех условиях эксплуатации обеспечивать отсутствие опасных перенапряжений, способных вывести силовые модули из строя.
Проектирование снабберных схем
В статье рассматриваются эффективные методы повышения надежности MOSFET в обратноходовых преобразователях.
Принцип работы обратноходовых преобразователей основан на накоплении энергии в трансформаторе при открытом состоянии силового ключа с последующей передачей этой энергии на выход устройства во время закрытого состояния ключа.
Обратноходовой трансформатор состоит из двух или более взаимосвязанных обмоток на сердечнике с воздушным зазором, в котором и хранится магнитная энергия до тех пор, пока она не будет передана во вторичную цепь.
На практике никогда не удается добиться идеального коэффициента связи между обмотками, поэтому не вся энергия проходит через этот воздушный зазор.
Небольшое количество энергии накапливается внутри и между обмотками. Это явление называется индуктивностью рассеяния трансформатора.
При открытии ключа энергия, накопленная в индуктивности рассеяния, не передается во вторичную обмотку, приводя к возникновению высоковольтных всплесков в первичной обмотке трансформатора и в ключе.
Кроме того, эта энергия вызывает высокочастотный колебательный процесс в контуре, состоящем из эффективной емкости открытого ключа, индуктивности первичной обмотки и индуктивности рассеяния трансформатора (см. рис. 1).
| Рис. 1. Переходные процессы в стоке транзистора, вызванные индуктивностью рассеяния трансформатора |
Если пиковое напряжение всплеска превысит напряжение пробоя переключающего элемента, чаще всего, силового транзистора MOSFET, это приведет к выходу из строя всего устройства.
Более того, колебания высокой амплитуды на стоке транзистора вызывают сильные электромагнитные помехи.
В источниках питания мощностью выше 2 Вт для ограничения всплесков напряжения на MOSFET используются ограничительные (снабберные) схемы, которые позволяют рассеивать энергию, накопленную в индуктивности рассеяния.
Принцип работы снабберной схемы
Снабберная схема используется для ограничения максимального напряжения на MOSFET до заданного значения.
Как только напряжение на MOSFET достигает порогового значения, вся дополнительная энергия рассеяния перенаправляется в снабберную схему, где она либо накапливается и медленно рассеивается, либо возвращается в преобразователь.
Одним из недостатков ограничительных схем является то, что они рассеивают энергию, снижая эффективность. В связи с этим существует несколько типов ограничительных схем (см. рис. 2). В некоторых из них используются стабилитроны (диоды Зенера), позволяющие снизить потребление мощности.
Однако из-за резкого включения стабилитронов в таких схемах часто возникают электромагнитные помехи. Ограничительные схемы RCD обеспечивают хороший баланс между эффективностью, генерацией электромагнитных помех и стоимостью и потому получили наибольшее распространение.
| Рис. 2. Типы ограничительных схем |
Ограничительная схема RCD работает следующим образом. Сразу же после закрытия MOSFET диод во вторичной цепи остается обратно смещенным, и ток намагничивания заряжает емкость стока (см. рис. 3а).
Когда напряжение в первичной обмотке достигает величины выходного отраженного напряжения VOR, определяемого соотношением витков трансформатора, открывается диод во вторичной цепи, и энергия намагничивания передается во вторичную обмотку.
Энергия рассеяния продолжает заряжать трансформатор и емкость стока до тех пор, пока напряжение в первичной обмотке не станет равным напряжению на конденсаторе ограничительной схемы (см. рис. 3б).
| Рис. 3. Первичная цепь ограничительной схемы |
В этот момент открывается блокирующий диод, и энергия рассеяния направляется через конденсатор ограничительной схемы (см. рис. 4а). Протекающий через конденсатор ток заряда ограничивает пиковое напряжение на стоке транзистора до величины VIN(MAX) + VC(MAX).
После того как энергия рассеяния полностью передана, блокирующий диод запирается, а конденсатор ограничительной схемы до начала следующего цикла разряжается через резистор этой же схемы (см. рис. 4б).
Последовательно с блокирующим диодом часто ставят дополнительный небольшой резистор, предназначенный для подавления любых колебательных процессов, возникающих в контуре из индуктивности трансформатора и конденсатора ограничительной схемы в конце цикла заряда.
На рисунке 5 показаны циклические пульсации напряжения VDELTA, наблюдаемые в ограничительной схеме, амплитуда которых определяется величиной конденсатора и резистора, стоящих параллельно друг другу.
| Рис. 4. Первичная цепь ограничительной схемы |
| Рис. 5. Измерение напряжения в ограничительной схеме RCD |
|
Принцип работы ограничительной схемы RCDZ аналогичен принципу работы RCD-схемы, за исключением того, что рассеиваемая энергия делится между стабилитроном и стоящим последовательно с ним резистором (см. рис. 2).
Стабилитрон предотвращает конденсатор от разряда ниже уровня блокирующего напряжения стабилитрона, что ограничивает рассеяние мощности и улучшает эффективность, особенно при небольших нагрузках.
Схема ZD обеспечивает жесткое ограничение напряжения на MOSFET, определяемое величиной блокирующего напряжения стабилитрона.
И, наконец, ограничительная схема RCD+Z работает, как и RCD-схема, но введение в нее стабилитрона обеспечивает безопасное ограничение напряжения на MOSFET во время переходных процессов. Как и RCD-схема, она характеризуется пониженной генерацией электромагнитных помех во время нормального режима.
При разработке ограничительных схем необходимо учитывать параметры как трансформатора, так и MOSFET. Если минимальное ограничивающее напряжение ниже VOR трансформатора, ограничительная схема работает как нагрузка. При этом теряется большее количество энергии, чем при рассеивании, что снижает эффективность.
При выборе компонентов ограничительной схемы меньших размеров, чем требуется, они перегреваются, не справляются с опасными напряжениями и генерируют электромагнитные помехи.
Необходимо, чтобы ограничительная схема обеспечивала защиту MOSFET от любых всплесков входного напряжения питания, тока нагрузки и учитывала допуски на компоненты.
Компания Power Integrations опубликовала руководство по проектированию ограничительных схем Clamp Sizing Design Guide (PI-DG-101), в котором приведена поэтапная последовательность подбора компонентов для четырех основных типов ограничительных схем, применяемых в обратноходовых источниках питания. Это руководство предназначено для использования совместно с программным пакетом PI Expertä. Данная интерактивная программа автоматически подбирает на основе параметров источника питания пользователя все компоненты (включая характеристики трансформатора), необходимые для генерации требуемого рабочего напряжения импульсного источника питания. PI Expertä автоматически создает ограничительную схему, которая, впрочем, слегка отличается от схемы, спроектированной по алгоритму из упомянутого руководства.
Проектирование ограничительной схемы RCD
Ниже приведена последовательность шагов при проектировании ограничительной схемы RCD (подробнее см. руководство Clamp Sizing Design Guide). Все перечисленные ниже значения, не измеренные и не определенные пользователем, следует искать в таблице результатов проектирования PI Expert.
- Измерьте LL — индуктивность рассеяния первичной цепи трансформатора.
- Проверьте fs — частоту переключения источника питания.
- Определите Ip — точное значение тока в первичной цепи.
- Определите полное напряжение в первичной цепи MOSFET и рассчитайте Vmaxclamp при помощи следующего выражения:
( Примечание: предусмотрите для MOSFET запас, по крайней мере, в 50 В ниже уровня BVDSS, а дополнительно к нему — запас в 30–50 В на всплески напряжения при переходных процессах).
5. Определите Vdelta — амплитуду пульсаций в ограничительной схеме.
6. Рассчитайте минимальное напряжение в ограничительной схеме:
- 7. Рассчитайте среднее напряжение в ограничительной схеме:
- 8. Рассчитайте энергию, накопленную в индуктивности рассеяния:
- 9. Оцените Eclamp — энергию, рассеиваемую в ограничительной схеме:
- 10. Рассчитайте величину резистора в ограничительной схеме:
- 11. Расчетная мощность резистора в ограничительной схеме должна быть больше, чем:
- 12. Рассчитайте емкость конденсатора в ограничительной схеме:
13. Расчетное напряжение на конденсаторе в ограничительной схеме должно быть больше, чем 1,5Vmaxclamp.
14. В качестве блокирующего диода в ограничительной схеме необходимо использовать диод с коротким или очень коротким временем восстановления.
15. Пиковое обратное напряжение блокирующего диода должно быть больше, чем 1,5Vmaxclamp.
16. Расчетный пиковый ток прямого смещения должен быть больше IP. Если этот параметр не перечислен в таблице данных, средний расчетный ток прямого смещения должен быть больше 0,5IP.
17. Величина демпфирующего резистора (если он используется) выбирается из соотношения:
- 18. Расчетная мощность демпфирующего резистора должна быть больше, чем
.
После проведения первоначальных расчетов для проверки рабочих характеристик источника питания необходимо сконструировать прототип такого устройства, поскольку индуктивность рассеяния трансформатора может значительно меняться в зависимости от техники намотки.
В некоторых случаях следует измерить среднее напряжение Vclamp и сравнить его с рассчитанным в п. 7 значением (см. рис. 5). В случае существенных различий этих значений можно произвести корректировку Rclamp.
Если полученные результаты существенно отличаются от ожидаемых, расчет следует повторить с использованием уточненных данных.
Для расчета параметров ограничительных схем других типов используют аналогичную последовательность шагов, добавляя шаги для каждого нового элемента.
Следует быть очень внимательными при выборе диодов и стабилитронов — у них должна быть соответствующая мощность.
Почти во всех случаях применения стабилитронов для обеспечения требуемой пиковой мгновенной мощности необходимо использовать цепи подавления всплесков напряжений при переходных процессах.
Расчетная мощность компонентов проверяется методом измерения температур корпусов компонентов в то время, когда источник питания работает на полную нагрузку при минимальном входном напряжении. Если рабочая температура какого-либо компонента схемы выходит за установленные производителем пределы, компонент следует заменить, а схему необходимо тщательно проверить.