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 ΔV_2, 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 L_DC 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 V_Rmax;
• 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 V_Rmax= 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.

Похожее

Rcd-снаббер — принцип работы и пример расчета

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:

1. Напряжение на DC-шине примем для колебаний входного напряжения до 440 В переменного тока, и при перенапряжениях на торможении ЭД, то
2. Вычислим выброс напряжения во время отключении IGBT по формуле:
3. Ed -напряжение на DC-шине
4. VFM — падение напряжения на снабберном диоде (40-60 В)
5. LS — паразитная индуктивность снаббеорных цепей ( 6,5 нГн)
6. dIc/dt — скорость снижения коллекторного тока (3 А/нс)
7. 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

1. Вычислим резистор в демпферной цепи:
2. f — частота коммутации (примем 5кГц)
3. 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.

1. Расчет снабберной цепи
2. 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.

1. Измерьте LL — индуктивность рассеяния первичной цепи трансформатора.
2. Проверьте fs — частоту переключения источника питания.
3. Определите Ip — точное значение тока в первичной цепи.
4. 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:

1.            8. Рассчитайте энергию, накопленную в индуктивности рассеяния:

•            9. Оцените Eclamp — энергию, рассеиваемую в ограничительной схеме:

1.       10. Рассчитайте величину резистора в ограничительной схеме:
2.       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:

1.     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.

Снабберный модуль СБ-2-1 | Электротехническая Компания Меандр

СБ-2-1 100Ом 0,1мкФ УХЛ4
СБ-2-1 20Ом 0,1мкФ УХЛ4

 

• 2 защитные снабберные цепочки в одном, ультратонком корпусе (13мм)
• Предназначен для подавления выбросов напряжения, возникающих при коммутации индуктивных компонентов (электромагнитные реле, пускатели, контакторы и пр.)
• Применение защитных RC-цепочек в несколько раз увеличивает срок службы контактов коммутирующих обмотки
• Уменьшаются помехи, возникающие при коммутациях

 

НАЗНАЧЕНИЕ

 Модуль СБ-2-1 предназначен для защиты коммутирующих контактов от разрушительного действия выбросов напряжения возникающих при коммутации обмоток электромагнитных устройств, таких как: реле, контакторы, электромагнитные пускатели и пр. Также модуль может применяться для уменьшения скорости нарастания напряжения dU/dt различных силовых полупроводниковых приборов (мощные транзисторы, тиристоры симисторы и пр).
 

КОНСТРУКЦИЯ

 Модуль выпускается в унифицированном пластмассовом корпусе с передним подключением коммутируемых электрических цепей. Крепление осуществляется на монтажную рейку-DIN шириной 35мм (ГОСТ Р МЭК 60715-2003) или на ровную поверхность. Для установки реле на ровную поверхность замки необходимо раздвинуть. Конструкция клемм обеспечивает надёжный зажим проводов сечением до 2.5мм². Модуль устанавливается параллельно коммутируемой обмотке или параллельно контакту, коммутирующего обмотку. Предпочтительно устанавливать параллельно обмотке, т.к. в этом случает короче путь протекания тока от обмотки до снаббера, а соответственно, меньше создаваемых помех. При токах коммутации более 5А, цепи А-А и В-В можно включать параллельно.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СБ-2-1

Параметр	Ед.изм.	СБ-2-1 100Ом	СБ-2-1 20Ом
Номинальное рабочее напряжение	В	250
Максимальное рабочее напряжение	В	400
Емкость конденсатора снаббера	мкФ	0,1
Рабочее напряжение конденсатора снаббера	В	630
Сопротивление резистора снаббера	Ом	100	20
Мощность резистора снаббера	Вт	1
Степень защиты корпус/клеммы в соответствии с ГОСТ 14254-96		IP40/IP20
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 (без образования конденсата)		УХЛ4
Диапазон рабочих температур	0C	-25…+55
Температура хранения	0C	-40…+70
Степень загрязнения в соответствии с ГОСТ 9920-89		2
Относительная влажность	%	до 80 (при 250C)
Рабочее положение в пространстве		произвольное
Режим работы		круглосуточный
Габаритные размеры	мм	13х93х62
Масса, не более	кг	0,12

 

ОСЦИЛЛОГРАММЫ «С» И «БЕЗ» ПРИМЕНЕНИЯ СНАБЕРНОГО МОДУЛЯ

Пример коммутации обмотки пускателя контактами реле.

При коммутации обмоток пускателей, даже 1-го и 2-го габарита без применения снаббера амплитуда индуктивных выбросов напряжения на обмотке может достигать 5000 В. Это приводит к ионизации газа между контактами и, как следствие, к возникновению дуги, что приводит к ускоренному выходу из строя управляющих контактов (реле и пр).

Применение снаббера полностью подавляет образование высоковольтных выбросов напряжения. При небольших токах коммутации (а рабочий ток обмотки пускателей, как правило, не большой), срок жизни контактов может достигать своего механического предела (как правило в 10 раз больше, чем электрический срок службы).

 

БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ СБ-2-1	С ПРИМЕНЕНИЕМ СБ-2-1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

 

 

 

Вариант защиты до IP40

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

 

Изделия соответствуют требованиям ТУ 3428-006-31928807-2014

Форум и обсуждения  —  здесь

Наименование	Заказной код (артикул)	Файл для скачивания (паспорт)	Дата файла
СБ-2-1 100Ом 0,1мкФ УХЛ4	4680019912059		V08.02.21
СБ-2-1 20Ом 0,1мкФ УХЛ4	4680019912066

 

Основные параметры и аспекты применения дискретных IGBT

1 октября 2018

Инструкция по особенностям практического применения дискретных транзисторов IGBT с экскурсом в основы теории и результатами практических испытаний для трех моделей IGBT производства Infineon: IRG7PC35SD для резонансных приложений с мягкими переключениями, IRGB20B50PD1 для работы на высоких частотах и IRGP4069D для высокочастотных приложений с жесткими переключениями.

Требования к схеме управления затвором

Влияние импеданса цепи затвора на потери при переключениях

Эквивалентная схема биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT) состоит из биполярного PNP-транзистора, управляемого N-канальным МОП-транзистором (MOSFET) (рисунок 1). Вывод, называемый коллектором, фактически является эмиттером для внутреннего PNP-транзистора. MOSFET управляет базой PNP-транзистора и определяет скорость включения и падение напряжения на IGBT в открытом состоянии. Таким образом, выход внешнего драйвера подключается напрямую к затвору MOSFET, ток стока которого становится базовым током PNP-транзистора. Поскольку характеристики включения IGBT сильно зависят от параметров входного МОП-транзистора, то потери на включение определяются величиной импеданса цепи затвора. С другой стороны, характеристики выключения в основном зависят от скорости рекомбинации неосновных носителей, а значит, параметры встроенного МОП-транзистора значительно меньше влияют на уровень потерь IGBT при выключении.

Рис. 1. Эквивалентная схема IGBT

В результате, в отличие от силовых МОП-транзисторов, заряд затвора IGBT не полностью определяет уровень динамических потерь. В то же время заряд затвора остается важным параметром при расчете цепей управления IGBT.

Увеличение импеданса в цепи затвора продлевает плато Миллера и уменьшает скорость спадания тока. В то же время влияние импеданса на общие потери коммутации зависит от конструкции IGBT и его динамических характеристик. При этом потери на включение для всех без исключения IGBT сильно зависят от величины импеданса. Однако влияние импеданса на потери при выключении зависит от скорости IGBT и его технологии. Например, trench-IGBT и высокоскоростные IGBT отличаются большей чувствительностью к импедансу в цепи затвора. Однако, в любом случае верно, что входной импеданс затвора IGBT имеет большое значение, а дополнительный импеданс, вносимый цепью управления, оказывает меньшее влияние на уровень потерь.

На практике импеданс в цепи затвора часто увеличивают, чтобы ограничить выбросы тока, вызванные восстановлением обратного диода, при включении. Такой подход во многих случаях способен значительно снизить динамические потери. При этом негативное влияние от увеличения импеданса можно минимизировать с помощью дополнительного обратного диода, включенного параллельно затворному резистору. Это позволит сократить потери при выключении.

Зависимость энергии переключения от величины сопротивления в цепи затвора, как правило, всегда приводится в документации на современные силовые ключи.

Влияние импеданса цепи затвора на чувствительность к шуму

В биполярных транзисторах с изолированным затвором любое изменение напряжения dv/dt на коллекторе оказывает влияние на напряжение на затворе из-за наличия паразитной емкостной связи. Эта связь определяется делителем, образованным емкостью Миллера C_RES и емкостью «затвор-эмиттер» C_GE (рисунок 2а). При определенном соотношении этих двух емкостей и импеданса затвора (Z_G) выброс напряжения может оказаться достаточным для включения IGBT.

Если затвор не имеет жесткой связи с эмиттером, то определенный высокий уровень dv/dt на коллекторе может вызвать на затворе значительный выброс напряжения, превышающий пороговое напряжение, что приведет к переходу IGBT в открытое состояние. По мере перехода IGBT в проводящее состояние происходит ограничение dv/dt, спад напряжения на затворе и окончательное закрывание транзистора (рисунок 2б). В результате описанного выше процесса  через IGBT протекает короткий импульс сквозного тока, который вызывает дополнительные потери мощности.

Обратите внимание, что сквозной ток, протекающий через IGBT, сложно отделить от тока перезаряда выходной емкости (рисунок 2б). Сквозной ток начинает преобладать только после того, как напряжение затвора превысит пороговое значение (приблизительно от 3 до 5 В), а емкостный ток перезаряда начинает протекать сразу же, как только начинается изменение dv/dt на коллекторе.

Чтобы уменьшить чувствительность к помехам и снизить риск паразитного включения IGBT, импеданс в цепи затвора в выключенном состоянии транзистора должен быть минимальным, а напряжение затвора близким к нулю. Для решения этой задачи иногда применяют дополнительный PNP-транзистор в цепи затвора IGBT (рисунок 2а).

В приложениях с высокой мощностью для включения и выключения IGBT часто используют уровни  управляющего напряжения затвора от +15 В до -5…-15 В соответственно. Это обеспечивает дополнительный уровень помехоустойчивости и улучшает характеристики переключения. Однако такой подход требует создания дополнительного изолированного источника питания для IGBT верхнего плеча, что увеличивает стоимость схемы управления. Важно отметить, что если в приложении необходимо только лишь обеспечить защиту от dv/dt, то для решения проблемы может быть достаточно дополнительного конденсатора, включенного между затвором и истоком, или рассмотренного выше варианта с PNP-транзистором (рисунок 2а).

Рис. 2. Изменение напряжения dv/dt на коллекторе нижнего IGBT приводит к изменению напряжения на затворе и появлению сквозного тока

Таким образом, бывают случаи, когда увеличение рассеиваемой мощности из-за эффекта dv/dt оказывается меньшим из зол по сравнению с необходимостью создания сложной схемы управления с отрицательным напряжением для управления затвором. В любом случае индуктивность в цепи затвора должна быть минимизирована, например, за счет подключения затвора с помощью нескольких параллельных дорожек на печатной плате или применения нескольких скрученных проводов.

Компания Infineon предлагает большой выбор драйверов, отвечающих требованиям самих разных приложений. Например, схема, представленная на рисунке 3, обеспечивает простое, недорогое и эффективное решение для управления затвором IGBT. В качестве еще одного примера можно привести схему, изображенную на рисунке 4. В ней драйвер контролирует напряжение затвора, что позволяет ему при необходимости ограничивать ток и обеспечивать защиту от короткого замыкания.

Рис. 3. IR2110 обеспечивает простое, высокопроизводительное и недорогое решение для управления полумостовой схемой

Рис. 4. Схема управления IGBT с защитой от короткого замыкания

Вклад общей индуктивности эмиттера в импеданс цепи затвора

Под понятием «общая индуктивность эмиттера» понимается индуктивность, которая является общей для тока коллектора и тока затвора (рисунок 5а). Эта индуктивность определяет дополнительную обратную связь между коллектором и затвором, которая пропорциональна L·di_C/dt. Не сложно заметить, что падение напряжения на этой индуктивности вычитается из напряжения затвор-исток при включении транзистора, и добавляется к нему при выключении. Таким образом, общая индуктивность замедляет процесс переключения IGBT.

Это явление похоже на эффект Миллера, за исключением того, что оно пропорционально скорости изменения тока коллектора di/dt, а не его напряжения dv/dt. В обоих случаях обратная связь пропорциональна крутизне передаточной характеристики IGBT, которая определяется размером кристалла и используемой технологией. Значение di/dt на уровне 0,7 A/нс является распространенным для схем с IGBT. В таком случае при наличии паразитной индуктивности 10 нГн, на ней можно ожидать падения напряжения 7 В. Стоит отметить, что обратная связь замедляет процесс включения, тем самым ограничивая di_C/dt.

Простые меры предосторожности могут снизить общую индуктивность эмиттера до минимального значения, которое определяется паразитной индуктивностью корпуса транзистора. Для этого следует разделить проводники, используемые для протекания тока коллектора, и проводники, относящиеся к схеме управления затвором (рисунок 5б). При этом, чтобы дополнительно уменьшить индуктивность, необходимо свить прямой и обратный проводники в цепи затвора или разместить их параллельно, если речь идет о печатной плате. Эти методы повышают стойкость к изменению di/dt и уменьшают звон в цепи затвора.

Рис. 5. Общая индуктивность эмиттера может быть уменьшена за счет использования отдельных проводников для протекания тока коллектора и для управления затвором

Траектории переключения и область безопасной работы ОБР

При работе с большими токами и напряжениями неосновные носители могут быть неравномерно распределены по кристаллу IGBT, что в случае выхода из области безопасной работы (ОБР) приводит к отказу силового ключа. В разделе 6 руководства AN-983 от Infineon/International Rectifier рассматриваются условия, при которых это происходит.

Распределение тока внутри кристалла может быть различным и зависит от знака связанного с ним di/dt. Поэтому область безопасной работы представляется в виде двух графиков: ОБР с прямым смещением и ОБР с обратным смещением.

ОБР с прямым смещением относится к работе транзисторов в линейных режимах A и B, а также в режиме короткого замыкания, который можно рассматривать как предельный случай режима B. Данные о тепловых ограничениях при работе IGBT с импульсными токами часто включаются в график ОБР, хотя на кривой теплового отклика (Transient Thermal Response) эта же информация представляется более полно и точно. Из-за ограниченного использования IGBT в линейном режиме график ОБР с прямым смещением обычно не приводится в документации.

ОБР с обратным смещением относится к случаю выключения индуктивной нагрузки и к случаю выключения при коротком замыкании (рисунок 6). На первом этапе при отключении индуктивной нагрузки напряжение на коллекторе транзистора увеличивается от низкого значения V_CE(sat) до полного напряжения питания, при этом ток коллектора остается постоянным. После этого напряжение на коллекторе продолжает нарастать и превышает напряжение питания. Когда напряжение на коллекторе превышает напряжение питания на величину прямого падения p-n-перехода, диод, включенный параллельно индуктивности, открывается, тем самым отводя ток от транзистора. Таким образом, рабочая точка движется вдоль линии постоянного тока до тех пор, пока напряжение коллектор-эмиттер не превысит напряжение питания (рисунок 6б). Дальнейшее увеличение напряжения коллектора зависит от величины паразитной индуктивности L_S и скорости выключения.

Рис. 6. Отключение индуктивной нагрузки и траектория рабочей точки во время переходного процесса

Очевидно, что для обеспечения безопасной коммутации вся траектория переключения должна лежать внутри ОБР. Таким образом, ОБР накладывет ограничения на величину коммутируемой индуктивной нагрузки.

Вторичный пробой IGBT происходит при токах и напряжениях, которые значительно превышают типовые значения, встречающиеся в реальных приложениях.{t}{V_{CE}(i)\times i(t)dt},$$

где t — длина импульса. Зная энергию, можно рассчитать рассеиваемую мощность, для чего следует умножить энергию на частоту. При этом полагается, что потери оказываются незначительными, когда транзистор выключен i(t) ≈ 0. К сожалению, не существует простых выражений для определения напряжений и токов для IGBT в момент, когда он проводит ток. Следовательно, для упрощения мы будем разделять потери на две составляющие: статические потери проводимости и динамические потери при переключениях.

К потерям проводимости относятся потери, возникающие между окончанием интервала включения и началом интервала выключения. Обычно энергия включения измеряется в интервале времени между моментом, когда ток коллектора превышает значение 5% от номинального значения, до момента, когда напряжение «коллектор-эмиттер» падает до 5% от испытательного напряжения. Аналогично, энергия выключения измеряется с момента, когда напряжение «коллектор-эмиттер» превышает 5% от испытательного напряжения. Таким образом, потери проводимости следует отсчитывать с момента, когда напряжение «коллектор-эмиттер» составляет менее 5% от испытательного или питающего напряжения (см. руководство AN-983 от  Infineon/International Rectifier, раздел 8.4). Зависимость V_CE(i) в приведенной выше формуле определяет поведение IGBT в открытом состоянии. Эта информация представлена в документации в виде графиков и табличных значений.

Как правило, в таблицах приводится информация только для нескольких конкретных рабочих точек. Однако, используя дополнительные данные, получаемые из графиков, можно выполнить расчет потерь проводимости. Поиск максимального напряжения V_CE при любом токе и температуре делается за три шага:

1. Определите типовое значение напряжения коллектор-эмиттер V_CE из графика типовой зависимости V_CE от тока коллектора i_C для заданных значений тока и температуры кристалла.
2. Определите коэффициент разброса прямого падения напряжения V_CE. Для этого разделите максимальное значение V_CE на типовое значение V_CE, взятые из табличных данных.
3. Умножьте значение V_CE, полученное на первом шаге, на коэффициент разброса.

Умножая полученное максимальное значение V_CE на величину номинального тока и на длительность импульса, получаем энергию потерь проводимости. Если же требуется рассчитать мощность потерь, то произведение тока и напряжения следует умножать на коэффициент заполнения.

Описанный алгоритм расчета относится к случаю, когда ток коллектора имеет постоянное значение в течение интервала проводимости. Если форма сигнала в течение интервала проводимости непостоянна, то интервал следует разделить на части, и рассчитать потери проводимости для каждой из частей с последующим суммированием. В идеале самым универсальным способом является построение математической модели с аппроксимацией зависимости тока и напряжения, а также формы рабочего сигнала с дальнейшим выполнением интегрирования.

Потери при жестких переключениях

При определении динамических потерь при жестких переключениях следует отдельно рассчитывать потери при включении и потери при выключении.

Как и в случае с потерями проводимости, потери при жестких переключениях рассчитываются с учетом графиков и табличных данных, приведенных в документации.

Как поясняется в разделе 8.4 руководства AN-983 от Infineon/International Rectifier, значение энергии переключения, указанное в документации, приводится для конкретных тестовых условий и для конкретной схемы испытаний. Важно помнить, что энергия переключения значительно изменяется с температурой, и все вычисления должны проводиться с учетом данных, приведенных для заданной температуры.

Потери на включение и выключение могут быть рассчитаны с использованием методики, описанной в предыдущем разделе, с некоторыми дополнительными изменениями:

• Показатели потерь энергии должны быть масштабированы с учетом рабочего напряжения. Как уже было сказано, данные, представленные в документации, были получены при определенном значении напряжения, которое может иметь другое значение в рассчитываемой схеме.
• Точно так же сопротивление в цепи затвора тестовой схемы, применяемой в документации, может отличаться от сопротивления, используемого в фактическом приложении. В последнее время в документации приводится зависимость энергии переключения от сопротивления в цепи затвора.
• чтобы получить значение потерь мощности, следует умножить энергию переключения на частоту.

Переходной процесс при включении транзистора осложняется из-за восстановления диода, подключенного параллельно индуктивной нагрузке (рисунок 6а). Когда IGBT включается, через него начинает протекать не только ток нагрузки, но и ток восстановления обратного диода. Данные о потерях из-за встроенного диода также приводят в современной документации.

Ранее при тестировании IGBT использовалась другая тестовая схема с «идеальным диодом». Поэтому в документации приводились данные о потерях на включение без потерь на диоде. Таким образом, при необходимости эти составляющие потерь следует рассчитать по отдельности и сложить.

На рисунке 7 показана типовая форма сигналов при включении. Обратите внимание, что обратное восстановление диода увеличивает динамические потери за счет двух механизмов:

Рис. 7. Обратное восстановление диода увеличивает ток нагрузки (IRGP4066D, 400 В, 75 А, 175°C)

• из-за того, что ток восстановления диода добавляется к току транзистора, когда напряжение коллектора все еще близко к напряжению питания;
• из-за того, что уменьшение напряжения происходит с задержкой.

Как и в случае с расчетом потерь проводимости, потери при переключениях можно рассчитать с помощью относительно простых алгоритмов.

Компромисс между потерями проводимости и потерями при переключениях: оптимизация транзисторов

Для повышения эффективности преобразовательных схем компания Infineon предлагает использовать специализированные IGBT, предназначенные для работы в составе конкретных приложений. Например, существуют транзисторы, оптимизированные для питания двигателей, для индукционного нагрева, для плазменных дисплеев и т.д.

В результате номенклатура IGBT разрастается и становится достаточно разнообразной. По этой причине  поиск оптимального транзистора превращается в сложный итерационный процесс, который практически невозможно формализовать. Кроме того, разработчикам силовых схем приходится искать компромисс между потерями на переключения, потерями проводимости и требованиями устойчивости к короткому замыканию. Чтобы продемонстрировать необходимость компромисса, приведем пример сравнения различных транзисторов в рамках типовой импульсной схемы с учетом тепловых показателей.

Для сравнения различных моделей IGBT была выбрана популярная полумостовая схема, коммутирующая индуктивную нагрузку. Условия проведения испытаний приведены на рисунке 8, и могут быть изменены в соответствии с конкретным приложением. Вместо полумоста можно использовать обратноходовые или резонансные схемы. Из рисунка 8 становится видно, что изменение рабочей частоты по-разному влияет на значение максимального коммутируемого тока для разных транзисторов.

Рис. 8. Зависимость максимального коммутируемого тока от частоты переключений для трех разных IGBT

На рисунке 8 изображены результаты испытаний для следующих моделей IGBT:

• IRG7PC35SD – IGBT-транзистор, выполненный по trench-технологии с высокой плотностью и разработанный с целью получения минимального падения напряжения. Этот транзистор является идеальным выбором для резонансных приложений (с мягкими переключениями). Как и следовало ожидать, в результате испытаний IRG7PC35SD продемонстрировал отличные показатели на низких частотах.
• IRGB20B50PD1 – планарный транзистор технологии Gen 5. Несмотря на то, что IRGB20B50PD1 был разработан в конце девяностых годов, он по-прежнему остается одним из лучших транзисторов для работы на высоких частотах, несмотря на то, что падение напряжения у него выше, чем у транзисторов, выполненных по trench-технологии.
• IRGP4069D – IGBT-транзистор, производимый по trench-технологии, предназначенный для высокочастотных приложений с жесткими переключениями.

Тепловой анализ

IGBT, как и силовые МОП-транзисторы и тиристоры, имеют ограничения, связанные с тепловым режимом эксплуатации. Грамотно выполненный тепловой анализ становится ключом к их эффективному использованию. Эта тема подробно освещена в руководстве AN-1057 от Infineon/International Rectifier.

В общем случае целью теплового анализа является выбор оптимального радиатора. Для этого может потребоваться ряд расчетов, как указано в руководстве AN-949 от Infineon/International Rectifier.

Чтобы значение теплового сопротивления «корпус-радиатор» соответствовало значению, указанному в документации, следует при монтаже использовать то же самое усилие затяжки. Стоит помнить, что чрезмерное усилие затяжки приводит к деформации корпуса и может повредить кристалл. С другой стороны, недостаточный момент затяжки приводит к ухудшению теплоотвода.

Повышение температуры при работе с короткими импульсами тока может быть рассчитано с помощью кривой теплового отклика (thermal response curve), которая приводится в документации. Этот расчет рассматривается в разделе «Peak Current Rating» руководства AN-949 от Infineon/International Rectifier.

Для коротких импульсов (5 мс или менее) повышение температуры, рассчитанное с помощью кривой теплового отклика, как правило, оказывается неточным. В таких случаях требуется выполнение подробного моделирования.

Замена MOSFET-транзисторов на IGBT

Во многих высоковольтных приложениях не удается использовать МОП-транзисторы, несмотря на их отличные динамические характеристики. Причиной этого является их невысокая устойчивость к помехам и наличие значительных паразитных индуктивностей. В таких случаях IGBT становятся наиболее привлекательной альтернативой по целому ряду причин. К преимуществам IGBT можно отнести:

• минимальные потери проводимости, которые слабо зависят от температуры.
• меньшая площадь кристалла по сравнению с MOSFET, что приводит к уменьшению входной емкости, упрощению управления затвором и снижению стоимости.
• отсутствие резких перепадов di/dt и dv/dt, что обеспечивает минимальный уровень генерируемых помех и хорошие показатели ЭМС.
• высокие динамические характеристики встроенных диодов, которые значительно превосходят показатели встроенных диодов MOSFET, благодаря чему при переключениях генерируются меньшие импульсы тока. Это является большим плюсом для приложений, в которых обратный диод является обязательным элементом схемы.

Поскольку корпусные исполнения и назначение выводов у MOSFET и IGBT совпадает, то при их замене друг на друга никаких механических изменений или модификаций печатной платы не требуется.

Требования к управлению затворами IGBT и МОП-транзисторов в значительной степени совпадают. В большинстве случаев для нормального включения будет достаточно 12…15 В, а при выключении можно обойтись без отрицательных запирающих напряжений. Так как входная емкость у IGBT меньше, чем у MOSFET, то чтобы избежать звона, в ряде схем может потребоваться увеличение сопротивления резистора в цепи затвора.

Рекомендации по параллельному включению IGBT

При параллельном включении нескольких IGBT удается уменьшить потери проводимости и снизить тепловое сопротивление. В то же время потери при переключениях, наоборот, увеличиваются. Таким образом, если основной вклад в общие потери вносит динамическая составляющая, то использование параллельного включения позволит улучшить только тепловые характеристики.

Параллельное включение МОП-транзисторов можно выполнить без особых проблем из-за положительного температурного коэффициента их потерь проводимости, в то время как потери на переключения для MOSFET в значительной степени не зависят от температуры. У IGBT наблюдается обратная картина – потери проводимости слабо зависят от температуры, зато потери на переключение имеют значительный положительный температурный коэффициент. По этой причине использование параллельного включения IGBT оказывается не таким простым, как для МОП-транзисторов.

Вопросы параллельного включения МОП-транзисторов были подробно рассмотрены в руководстве AN-941 от Infineon/International Rectifier. Большинство выводов, сделанных в AN-941, справедливы и для IGBT. При необходимости читатель может ознакомиться с ними самостоятельно. Далее будут рассмотрены только те вопросы, которые характерны для IGBT.

Напряжение насыщения V_CE(on) в IGBT слабо зависит от тока и температуры, в то время как для МОП-транзисторов падение напряжения на открытом канале сильно зависит от обоих параметров. Когда два IGBT работают параллельно, напряжение V_CE(on) для обоих транзисторов будет одинаковым в «принудительном» порядке. Таким образом, при заданной нагрузке через один IGBT может протекать больше тока, чем через другой. Эта разбалансировка для малых значений токов очень часто оказывается достаточно значительной и достигает 75…100%. Само по себе неравномерное распределение токов не является чем-то критическим, однако это оказывает значительное влияние на перегрев и потери на переключения. Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Температура перехода: Поскольку падение напряжения одинаково для обоих IGBT, то транзистор, через который протекает больше тока, рассеивает большую мощность и имеет больший перегрев кристалла. Это смягчается тремя факторами:

1. Обширные испытания показали, что неравномерное распределение нагрузки имеет тенденцию к уменьшению по мере увеличения тока. Это связано с тем, что разница в напряжениях насыщения сокращается с ростом тока. Таким образом, значительная разбалансировка при малых токах оказывается не такой значительной при больших токах.
2. Обеспечение хорошей тепловой связи между кристаллами транзисторов гарантирует, что, несмотря на значительный дисбаланс токов, температурный перепад будет находиться в пределах нескольких градусов.
3. Существуют IGBT с небольшим положительным температурным коэффициентом. Они становятся оптимальным выбором, если требуется параллельное включение транзисторов.

Потери коммутация при рассогласовании токов: вполне очевидно, что IGBT, который проводит больше тока, переключается также при большем токе. Следовательно, на него будет приходиться не только большая часть потерь проводимости, но большая часть динамических потерь на переключения.

Казалось бы, существует лавинообразный процесс, который должен привести к тому, что из-за более высоких потерь температура перегруженного IGBT превысит допустимое значение. Однако аналитический и экспериментальный анализ показал, что с увеличением тока дисбаланс между транзисторами уменьшается, а отличие температур сокращается до нескольких градусов. Это, как было сказано выше, связано с выравниванием напряжений насыщения при увеличении токовой нагрузки.

Стоит отметить, что наиболее эффективным методом борьбы с неравномерным распределением токов при параллельном включении является отбор транзисторов. Еще одной важной причиной разбалансировки являются различия в пороговых напряжениях, что особенно заметно у trench-IGBT. Таким образом, подбор транзисторов с согласованными значениями V_CE(on) и V_GS(th) является эффективным способом защиты от неравномерного распределения токов.

В дополнение к совету, озвученному в предыдущем абзаце, рекомендуется следовать рекомендациям, упомянутым в руководстве AN-941:

• Используйте отдельные резисторы затвора для устранения риска паразитных колебаний.
• Убедитесь, что транзисторы, включенные параллельно, имеют сильную тепловую связь.
• Выравнивайте значения общей индуктивности эмиттера и уменьшайте ее до величины, которая не оказывает большого влияния на общие потери коммутации на заданной частоте.
• Минимизируйте индуктивность рассеяния до значения, которое обеспечивает допустимое значение выбросов напряжения при максимальном рабочем токе.
• Убедитесь, что схема управления имеет минимальное собственное сопротивление.
• Защитные стабилитроны в цепи затвора могут вызывать колебания. Если без них не обойтись, то следует размещать их между выходом драйвера и резистором затвора.
• Помните, что конденсаторы в цепи затвора замедляют коммутацию, тем самым увеличивая рассогласование между устройствами, а также могут вызывать колебания.
• Паразитные составляющие должны быть минимизированы. Проводящий рисунок и электрические соединения должны быть максимально симметричными для всех транзисторов.

Оригинал статьи

•••

Наши информационные каналы

Все статьи | Методичка КОНТРоль и АВТоматика

Выберите продукцию из спискаНормирующие преобразователи измерительные …НПСИ-ТП нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-237-ТП нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения, IP65 …НПСИ-ТС нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений …НПСИ-237-ТС нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений, IP65 …НПСИ-150-ТП1 нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-150-ТС1 нормирующий преобразователь сигналов термометров сопротивления …НПСИ-110-ТП1 нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-110-ТС1 нормирующий преобразователь сигналов термометров сопротивления …НПСИ-250/500-УВ1 нормирующий преобразователь сигналов термопар, термосопротивлений и потенциометров…НПСИ-230-ПМ10 нормирующий преобразователь сигналов потенциометров …НПСИ-200-ГРТП модули гальванической развязки токовой петли…НПСИ-200-ГР1/ГР2 модули гальванической развязки токового сигнала (4…20) мА…НПСИ-200-ГР1.2 модуль разветвления 1 в 2 и гальванической развязки сигнала (4…20) мА…НПСИ-ДНТВ нормирующий преобразователь действующих значений напряжения и тока…НПСИ-ДНТН нормирующий преобразователь действующих значений напряжения и тока …НПСИ-200-ДН/ДТ нормирующие преобразователи действующих значений напряжения и тока…НПСИ-МС1 преобразователь мощности, напряжения, тока, коэффициента мощности…НПСИ-500-МС3 измерительный преобразователь параметров трёхфазной сети с RS-485 и USB …НПСИ-500-МС1 измерительный преобразователь параметров однофазной сети с RS-485 и USB …НПСИ-УНТ нормирующий измерительный преобразователь унифицированных сигналов с сигнализацией…НПСИ-237-УНТ нормирующий измерительный преобразователь унифицированных сигналов с сигнализацией, IP65 …НПСИ-ЧВ/ЧС нормирующие преобразователи частоты, периода, длительности сигналов, частоты сети…ПНТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термопар…ПСТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений…ПНТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый…ПCТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений программируемый…ПНТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый…ПCТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений программируемыйБарьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности)…КА5003Ех барьеры искрозащиты, разветвители 1 в 2 сигналов термопар, термометров сопротивления и потенциометров, 1-канальные, USB, RS-485…КА5004Ех барьеры искрозащиты, сигналы термопар, термометров сопротивления и потенциометров, сигнализация, USB, RS-485…КА5011Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5022Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5013Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приемники-разветвители 1 в 2 аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART, шина питания …КА5031Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5032Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные, HART …КА5131Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5132Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5241Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 1-канальные…КА5242Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5262Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5232Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5234Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 4-канальныеКонтроллеры, модули ввода-вывода…MDS AIO-1 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-1/F1 Модули комбинированные функциональные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-4 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-4/F1 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, 4 ПИД регулятора…MDS AI-8UI Модули ввода аналоговых сигналов тока и напряжения…MDS AI-8TC Модули ввода сигналов термопар, тока и напряжения…MDS AI-8TC/I Модули ввода сигналов термопар, тока и напряжения с индивидуальной изоляцией между входами…MDS AI-3RTD Модули ввода сигналов термосопротивлений и потенциометров…MDS AO-2UI Модули вывода сигналов тока и напряжения…MDS DIO-16BD Модули ввода-вывода дискретных сигналов…MDS DIO-4/4 Модули ввода-вывода дискретных сигналов …MDS DIO-12h4/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DIO-8H/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DI-8H Модули ввода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DO-8RС Модули вывода дискретных сигналов …MDS DO-16RA4 Модули вывода дискретных сигналов …MDS IC-USB/485 преобразователь интерфейсов USB и RS-485…MDS IC-232/485 преобразователь интерфейсов RS-232 и RS-485…I-7561 конвертер USB в RS-232/422/485…I-7510 повторитель интерфейса RS-485/RS-485…I-7520 преобразователь интерфейса RS-485/RS-232Измерители-регуляторы технологические…МЕТАКОН-6305 многофункциональный ПИД-регулятор с таймером выдержки…МЕТАКОН-4525 многоканальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-1005 измеритель технологических параметров, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1015 измеритель, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1105 измеритель, позиционный регулятор, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1205 измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, контроллер, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1725 двухканальный измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1745 четырехканальный измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-512/522/532/562 многоканальные измерители-регуляторы…Т-424 универсальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-515 быстродействующий универсальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-513/523/533 ПИД-регуляторы…МЕТАКОН-514/524/534 ПДД-регуляторы…МЕТАКОН-613 программные ПИД-регуляторы…МЕТАКОН-614 программные ПИД-регуляторы…СТ-562-М источник тока для ПМТ-2, ПМТ-4Регистраторы видеографические…ИНТЕГРАФ-1100 видеографический безбумажный 4/8/12/16 канальный регистратор данных …ИНТЕГРАФ-1000/1010 видеографические безбумажные 8/16 канальные регистраторы данных …ИНТЕГРАФ-3410 видеографический безбумажный регистратор-контроллер термообработки… DataBox Накопитель-архиваторСчётчики, реле времени, таймеры…ЭРКОН-1315 восьмиразрядный одноканальный счётчик импульсов, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-315 счётчик импульсов одноканальный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-325 счетчик импульсов двухканальный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-415 тахометр-расходомер…ЭРКОН-615 счетчик импульсов реверсивный многофункциональный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-714 таймер астрономический…ЭРКОН-214 одноканальное реле времени, цифровая индикация, монтаж на DIN-рельс или на панель…ЭРКОН-224 двухканальное реле времени, цифровая индикация, монтаж на DIN-рельс или на панель…ЭРКОН-215 реле времени программируемое одноканальное, поддержка RS-485, щитовой монтаж, цифровая индикацияБлоки питания и коммутационные устройства…PSM-120-24 блок питания 24 В (5 А, 120 Вт)…PSM-72-24 блок питания 24 В (3 А, 72 Вт)…PSM-36-24 блок питания 24 В (1,5 А, 36 Вт)…PSL низковольтные DC/DC–преобразователи на DIN-рейку 3 и 10 Вт…PSM-4/3-24 многоканальный блок питания 24 В (4 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM-2/3-24 блок питания 24 В (2 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM/4R-36-24 блок питания и реле, 24 В (1,5 А, 36 Вт)…БП-24/12-0,5 блок питания 24В/12В (0,5А)…ФС-220 фильтр сетевой…БПР блок питания и реле…БКР блок коммутации реверсивный (пускатель бесконтактный реверсивный)…БР4 блок реле…PS3400.1 блок питания 24 В (40 А) …PS3200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS3100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS3050.1 блок питания 24 В (5 А)…PS1200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS1100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS1050.1 блок питания 24 В (5 А)Программное обеспечение…SetMaker конфигуратор……  История  версий…MDS Utility конфигуратор…RNet программное обеспечение…OPC-сервер для регулятров МЕТАКОН…OPC-сервер для MDS-модулей

The virtual drink — LiveJournal

Продолжаю разбираться с системой питания «Арктур-006». Схема первичной цепи предельно проста: сетевой разъем, предохранитель, выключатель, трансформатор. Именно так я чаще всего и делал. Но иногда, заглядывая в чужие схемы, видел там дополнительные элементы, иногда довольно загадочные. Чаще всего в схемах можно встретить один дополнительный конденсатор, который подключается параллельно выключателю. Такое можно видеть в разнообразной бытовой технике, начиная с ламповых радиол. Назначение этого конденсатора – уменьшение искрения контактов выключателя.

На графике тока через первичную обмотку трансформатора, нагруженного на выпрямитель с фильтром, ничего плохого не видно. Только в момент отключения есть небольшой звон (красный — напряжение сети, зеленый — ток первички).

А что происходит с напряжением на выключателе?

При выключении виден огромный выброс много киловольт, в реальности раньше наступит пробой промежутка между контактами с образованием искры. В реальном выключателе может присутствовать дребезг контактов, поэтому и при включении могут возникнуть условия, сходные с выключением. Для устранения этого выброса обычно включают параллельно выключателю емкость порядка 22 нФ.

В принципе, емкость со своей задачей справляется — выброс ограничивается примерно до 600 В. Но емкость параллельно выключателю ставить как-то не хочется, хотя амплитуда реактивного тока, который будет по ней протекать, не так и велика – порядка 2 мА. Моделирование показало, что аналогичный эффект достигается и при подключении емкости параллельно первичке трансформатора. Это уже лучше. Но еще лучше поставить снаббер. Рекомендации по выбору номиналов для снаббера весьма расплывчаты и противоречивы. Есть в Сети даже номограмма для выбора элементов снаббера. Типично в снабберах используются конденсаторы порядка десятков нФ и резисторы порядка десятков-сотен Ом. Такие снабберы даже выпускаются в виде законченных изделий. Пробую к конденсатору 22 нФ добавить резистор 100 Ом. Картина практически не изменилась.

Методом подбора нахожу оптимальное значение R. Оно оказалось порядка 5 кОм. Выброс уменьшился не так сильно, зато звона стало заметно меньше. Такой большой номинал резистора несколько странен, но факт есть факт.

Чтобы еще уменьшить выброс, можно попробовать увеличить емкость. С емкостью 100 нФ оптимальным опять оказался резистор примерно 5 кОм.

Выброс полностью устранен. Если резистор уменьшить, то с конденсатором 100 нФ выброс немного увеличивается, зато звона становится заметно больше. На обмотке трансформатора после выключения наблюдаются колебания, которые с резистором 100 Ом затухают медленнее (верхний график), чем с резистором 5 кОм (нижний график).

Результат с номиналом резистора снабберной цепочки оказался несколько странным. Хотя, возможно, для такой маломощной нагрузки (10 – 20 Вт), да еще с большой приведенной к первичке индуктивностью рассеяния, это является нормой. Осталось провести натурные испытания этой пламегасящей цепочки, и можно работать дальше над схемой первичной цепи.

Каталог :: Автоматика :: Модульные приборы разные :: СБ-2-1 Снабберный модуль — Эпромэлектро

• 2 защитные снабберные цепочки в одном, ультратонком корпусе (13мм)
• Предназначен для подавления выбросов напряжения, возникающих при коммутации индуктивных компонентов (электромагнитные реле, пускатели, контакторы и пр.)
• Применение защитных RC-цепочек в несколько раз увеличивает срок службы контактов коммутирующих обмотки
• Уменьшаются помехи, возникающие при коммутациях

 
НАЗНАЧЕНИЕ
 Модуль СБ-2-1 предназначен для защиты коммутирующих контактов от разрушительного действия выбросов напряжения возникающих при коммутации обмоток электромагнитных устройств, таких как: реле, контакторы, электромагнитные пускатели и пр. Также модуль может применяться для уменьшения скорости нарастания напряжения dU/dt различных силовых полупроводниковых приборов (мощные транзисторы, тиристоры симисторы и пр).
 
КОНСТРУКЦИЯ
 Модуль выпускается в унифицированном пластмассовом корпусе с передним подключением коммутируемых электрических цепей. Крепление осуществляется на монтажную рейку-DIN шириной 35мм (ГОСТ Р МЭК 60715-2003) или на ровную поверхность. Для установки реле на ровную поверхность замки необходимо раздвинуть. Конструкция клемм обеспечивает надёжный зажим проводов сечением до 2.5мм². Модуль устанавливается параллельно коммутируемой обмотке или параллельно контакту, коммутирующего обмотку. Предпочтительно устанавливать параллельно обмотке, т.к. в этом случает короче путь протекания тока от обмотки до снаббера, а соответственно, меньше создаваемых помех. При токах коммутации более 5А, цепи А-А и В-В можно включать параллельно.
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СБ-2-1

Параметр	Ед.изм.	СБ-2-1 100Ом	СБ-2-1 20Ом
Номинальное рабочее напряжение	В	250
Максимальное рабочее напряжение	В	400
Емкость конденсатора снаббера	мкФ	0,1
Рабочее напряжение конденсатора снаббера	В	630
Сопротивление резистора снаббера	Ом	100	20
Мощность резистора снаббера	Вт	1
Степень защиты корпус/клеммы в соответствии с ГОСТ 14254-96		IP40/IP20
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 (без образования конденсата)		УХЛ4
Диапазон рабочих температур	0C	-25…+55
Температура хранения	0C	-40…+70
Степень загрязнения в соответствии с ГОСТ 9920-89		2
Относительная влажность	до 80 (при 250C)
Рабочее положение в пространстве		произвольное
Режим работы		круглосуточный
Габаритные размеры	мм	13х93х62
Масса, не более	кг	0,12

 
ОСЦИЛЛОГРАММЫ «С» И «БЕЗ» ПРИМЕНЕНИЯ СНАБЕРНОГО МОДУЛЯ
Пример коммутации обмотки пускателя контактами реле.
При коммутации обмоток пускателей, даже 1-го и 2-го габарита без применения снаббера амплитуда индуктивных выбросов напряжения на обмотке может достигать 5000 В. Это приводит к ионизации газа между контактами и, как следствие, к возникновению дуги, что приводит к ускоренному выходу из строя управляющих контактов (реле и пр).
Применение снаббера полностью подавляет образование высоковольтных выбросов напряжения. При небольших токах коммутации (а рабочий ток обмотки пускателей, как правило, не большой), срок жизни контактов может достигать своего механического предела (как правило в 10 раз больше, чем электрический срок службы).
 

БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ СБ-2-1	С ПРИМЕНЕНИЕМ СБ-2-1

 
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

 
 
 
Вариант защиты до IP40

 
ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

 
Изделия соответствуют требованиям ТУ 3428-006-31928807-2014

Что такое демпферные схемы и почему они используются в силовой электронике?

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — СНАББЕРНАЯ ЦЕПЬ Что такое демпфирующие цепи и почему они используются в силовой электронике?

12.03.2020 Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

Демпфер — это схема, которая используется в полупроводниковых устройствах для защиты и повышения производительности. У них много разных целей, а именно уменьшение рассеиваемой мощности в силовых электронных коммутационных сетях.

Связанные компании

Из-за наличия альтернативных решений демпферы сегодня менее распространены, чем когда-то. В современной силовой электронике они обычно уменьшают звон.

Демпферная цепь ограничивает или останавливает (снижает) амплитуду коммутируемого напряжения и скорость его нарастания, тем самым уменьшая рассеиваемую мощность. В своей простейшей форме демпферная цепь состоит из резистора и конденсатора, подключенных поперек тиристора.

Они могут делать много вещей, в том числе:

• Снижение или устранение скачков напряжения и / или тока;

• Формирование грузовой марки для удержания ее в пределах безопасной рабочей зоны;

• Снижение общих коммутационных потерь;

• Снижение электромагнитных помех за счет демпфирования напряжения; и

• Передача рассеиваемой мощности от переключателя на резистор (или полезную нагрузку).

Демпферные схемы в силовой электронике

В простой силовой коммутационной сети с силовым полупроводниковым переключателем и резистивной нагрузкой напряжение и ток устройства велики, когда силовой полупроводник переключается между включенным и выключенным режимом. По сути, это приводит к высокому рассеянию мощности через устройство и, как следствие, к высоким потерям энергии.

Когда переключатель разомкнут, чтобы прервать прохождение тока в резистивной нагрузке, на кривой будут видны линейные изменения напряжения и тока переключателя.Результирующая пиковая мощность рассеивания будет составлять четверть произведения максимального напряжения и тока, что очень велико в схемах переключения высокого напряжения. В индуктивной нагрузке рассеивание будет еще больше.

Однако с помощью демпфера, подключенного к полупроводнику, эти потери при отключении можно свести к минимуму.

В этой схеме ток отводится в демпфер, который изначально не заряжен, когда переключатель размыкается. Это отклонение замедляет нарастание коммутационного напряжения, и, как следствие, ток падает до низкого значения, прежде чем коммутационное напряжение сможет значительно увеличиться.Результатом этого является медленное увеличение напряжения переключения, что приводит к снижению потерь энергии переключения. Благодаря такому расположению демпферы в силовой электронике могут достигать высокой рабочей частоты и низких потерь переключения.

Однако энергия в заряженном демпфере должна куда-то уходить. Когда переключатель замкнут в начале его угла проводимости, демпфер разряжается через него, и небольшой резистор обычно используется с демпфером для ограничения тока разряда.

Демпферная цепь работает.

Демпферы не всегда нужны в силовой электронике.

Демпферы лучше подходят для одних применений, чем для других. Часто демпферы приносят больше потерь, чем те, которых они пытаются избежать.

Многие инженеры скажут вам, что легче устранить потери в транзисторе, чем в резисторе, или использовать решения, которые вызывают меньшие потери, например, разместить небольшой конденсатор параллельно транзистору без использования диода или резистора. При индуктивной нагрузке этот конденсатор увеличивает потери при включении, но снижает потери при выключении.

Из-за наличия альтернативных решений демпферы сегодня встречаются реже, чем когда-то. В современной силовой электронике они обычно уменьшают звон.

Следуйте за нами в LinkedIn

Вам понравилось читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних событий в отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

Следуйте за нами здесь!

(ID: 46400636)

Как работает демпферная цепь?

Демпферная цепь — это одна из схем защиты тиристора от du / dt.

С помощью демпферной схемы можно предотвратить ложное включение тиристора из-за большого dv / dt.

RC демпферная цепь для защиты SCR dv / dt:

Этот тип демпфирующей цепи состоит из последовательной комбинации сопротивления R и емкости C, включенных параллельно с тиристором.

• При приложении обратного напряжения инициируется процесс коммутации, и прямой ток, протекающий через тиристор, приближается к нулю.
• Из-за индуктивности постоянный ток течет из-за смещения заряда на внешних переходах.
• Когда он достигает пикового значения, он больше не может поддерживаться носителями заряда и очень быстро падает до нуля. Это вызывает скачок напряжения со значением L (di / dt).
• Также, когда источник питания замкнут в цепи (на приведенном выше рисунке говорят, что переключатель S замкнут), внезапное напряжение появляется на SCR.
• Теперь, когда ток тиристора равен нулю, это можно рассматривать как разомкнутый переключатель.
• В этот момент конденсатор C ведет себя как короткое замыкание, и поэтому напряжение на SCR равно нулю.
• С течением времени конденсатор C заряжается с медленной скоростью, так что dv / dt на конденсаторе и, следовательно, на SCR меньше указанного максимального номинального значения du / dt устройства.
• Таким образом, конденсатор защищает SCR от высоких напряжений и высоких значений dv / dt.

На основании вышеизложенного можно сказать, что просто конденсатора C достаточно для защиты SCR от ложного срабатывания dv / dt.

Тогда каково назначение сопротивления R?

• В демпфирующей RC-цепи сопротивление R ограничивает разрядный ток конденсатора в момент срабатывания тринистора.
• Перед срабатыванием тринистора конденсатор C заряжается до полного напряжения V.
• Если SCR срабатывает, когда напряжение на конденсаторе максимальное, он разряжается через локальный путь, образованный конденсатором C, сопротивлением R и SCR.
• В это время, если сопротивление R не включено в цепь, ток разряда будет высоким и, следовательно, может повредить тиристор из-за большого di / dt.
• Таким образом, сопротивление R в демпфирующей цепи снижает ток разряда конденсатора C и, таким образом, защищает SCR от большого di / dt.

На практике R, C и параметры тока нагрузки должны быть такими, чтобы

1. du / dt через C во время его зарядки меньше, чем указанный рейтинг du / dt SCR
2. Ток разряда при включении тиристора находится в разумных пределах.

Обычно параметры цепи R, S и нагрузки образуют незатухающую цепь, так что dv / dt ограничивается допустимыми значениями.

В некоторых RC-демпферных цепях диод D подключается параллельно резистору R.Он используется для байпаса и, таким образом, обеспечивает улучшенную защиту дв / водов.

Внедрение RC демпферных цепей Важность

Из-за перегрева, перенапряжения, перегрузки по току или чрезмерного изменения напряжения или тока коммутационные устройства и компоненты схемы могут выйти из строя. От перегрузки по току их можно защитить, разместив предохранители в подходящих местах. Радиаторы и вентиляторы могут использоваться для отвода избыточного тепла от коммутационных устройств и других компонентов. Демпфирующие цепи необходимы для ограничения скорости изменения напряжения или тока ( di / dt или dv / dt ) и перенапряжения во время включения и выключения.Они размещаются поперек полупроводниковых устройств для защиты, а также для повышения производительности. Статический dv / dt — это мера способности тиристора сохранять состояние блокировки под влиянием переходного процесса напряжения. Они также используются в реле и переключателях для предотвращения дугового разряда.

Необходимость использования демпфирующего контура

Они размещаются между различными переключающими устройствами, такими как транзисторы, тиристоры и т. Д. Переключение из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ приводит к тому, что полное сопротивление устройства внезапно изменяется на высокое значение.Но это позволяет небольшому току течь через переключатель. Это вызывает большое напряжение на устройстве. Если этот ток уменьшается с большей скоростью, индуцированное напряжение на устройстве увеличивается, а также, если переключатель не может выдерживать это напряжение, он перегорает. Таким образом, для предотвращения этого высокого индуцированного напряжения необходим вспомогательный путь

Аналогично, когда происходит переход из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ, из-за неравномерного распределения тока по области переключателя будет иметь место перегрев, и в конечном итоге он сгорит.Здесь также необходим демпфер для уменьшения тока при пуске путем создания альтернативного пути.

Демпфер в режиме переключения обеспечивает одну или несколько из следующих функций

• Сформируйте линию нагрузки биполярного переключающего транзистора так, чтобы он оставался в безопасной рабочей зоне.
• Снижение напряжений и токов во время переходных режимов включения и выключения.
• Снимает энергию с переключающего транзистора и рассеивает энергию в резисторе для снижения температуры перехода.
• Ограничение скорости изменения напряжения и токов во время переходных процессов.
• Уменьшите вызывной сигнал, чтобы ограничить пиковое напряжение на переключающем транзисторе и снизить их частоту.

Конструкция RC демпферных цепей:

Существует много видов демпферов, таких как RC, диодные и твердотельные демпферы, но наиболее часто используемым является демпферная цепь RC. Это применимо как для управления скоростью нарастания, так и для демпфирования.

Эта схема представляет собой конденсатор и последовательный резистор, подключенные к переключателю.Для проектирования схем демпфера. Количество энергии, рассеиваемой в демпфирующем сопротивлении, равно количеству энергии, хранящейся в конденсаторах. RC-демпфер, расположенный поперек переключателя, можно использовать для уменьшения пикового напряжения при выключении и для освещения кольца. RC-демпферная цепь может быть поляризованной или неполяризованной. Если предположить, что у источника пренебрежимо малый импеданс, в наихудшем случае пиковый ток в демпфирующей цепи составляет

.

I = Vo / RS и I = C.dv / dt

RC-демпферная цепь с прямой поляризацией

Для соответствующей RC-демпферной цепи с прямой поляризацией тиристор или транзистор соединены с встречно-параллельным диодом.R ограничивает прямой dv / dt , а R1 ограничивает ток разряда конденсатора, когда транзистор Q1 включен. Они используются в качестве демпферов перенапряжения для ограничения напряжения.

RC-демпферная цепь с обратной поляризацией

Демпферная цепь с обратной поляризацией может использоваться для ограничения обратного dv / dt . R1 ограничит ток разряда конденсатора.

Неполяризованная демпфирующая схема

Неполяризованная демпфирующая цепь используется, когда пара переключающих устройств используется в антипараллельном соединении.Для определения номиналов резистора и конденсатора можно использовать простой метод проектирования. Для этого нужна оптимальная конструкция. Следовательно, будет использоваться сложная процедура. Их можно использовать для защиты и тиристоров.

Выбор конденсаторов:

Демпферные конденсаторы

подвержены высоким пиковым и среднеквадратичным токам, а также высокому значению dv / dt . Примером могут служить всплески тока включения и выключения в типичном демпфирующем конденсаторе УЗО. Импульс будет иметь высокие пиковые и среднеквадратичные амплитуды. Демпферный конденсатор должен удовлетворять двум требованиям.Во-первых, энергия, запасенная в демпфирующем конденсаторе, должна быть больше, чем энергия индуктивности цепи. Во-вторых, постоянная времени демпферных цепей должна быть небольшой по сравнению с самой короткой ожидаемой по времени, обычно 10% от времени включения. Благодаря тому, что резистор работает на частоте вызывного сигнала, этот конденсатор используется для минимизации рассеяния на частоте переключения. Лучше всего выбирать, чтобы сопротивление конденсатора было таким же, как у резистора на частоте вызывного сигнала.

Выбор резисторов:

Важно, чтобы резисторы R в демпфере RC имели низкую самоиндукцию.Индуктивность в резисторе R увеличивает пиковое напряжение, что нарушает назначение демпфера. Низкая индуктивность также будет желательна для R в демпфере, но это не критично, поскольку эффект небольшой индуктивности должен немного увеличить время сброса C и уменьшит пиковый ток в переключателе при включении. Обычно R выбирается из углеродного состава или металлической пленки. Рассеиваемая мощность резистора не должна зависеть от сопротивления R, поскольку он рассеивает энергию, запасенную в демпфирующем конденсаторе, при каждом переходе напряжения в конденсаторе.Если мы выберем резистор с характеристическим сопротивлением, звон будет хорошо затухать.

При сравнении конструкции Quick с оптимальной конструкцией, требуемая мощность демпфирующего резистора будет снижена. Обычно «Быстрый» дизайн полностью подходит для окончательного проектирования. Переход к «оптимальному» подходу возможен только в том случае, если энергоэффективность и ограничения по размеру диктуют необходимость оптимальной конструкции.

Использование RC демпфирующих цепей:

Из-за своей функциональности, упомянутой выше, тиристорам, симисторам и реле необходимы демпфирующие цепи для управления повышением напряжения.

Принципиальная схема для управления скоростью изменения напряжения

Кроме того, можно выбрать коэффициент демпфирования. Более высокий коэффициент демпфирования приведет к более короткому времени качания в колебательном контуре. На приведенной выше принципиальной схеме размещена демпферная цепь для уменьшения пикового напряжения при выключении и для освещения кольца.

Переключение тиристоров

с использованием демпфирующей цепи

Демпферы — это цепи поглощения энергии, используемые для сглаживания скачков напряжения, вызванных индуктивностью цепи.Иногда из-за перегрузки по току, перенапряжения и перегрева компонент выходит из строя. Итак, для максимальной токовой защиты цепи мы используем предохранители в подходящих местах, а для перегрева мы используем радиаторы или вентиляторы.

Демпферные цепи используются для ограничения скорости изменения напряжения или тока (di / dt или dv / dt) и перенапряжения во время включения и выключения цепи. Демпферная цепь — это комбинация резисторов и конденсаторов, соединенных последовательно через переключатель, например, транзистор или тиристор, для защиты, а также для повышения производительности.В переключателях и реле также используются демпфирующие цепи для предотвращения дугового разряда.

В этом проекте мы покажем вам , как демпферная цепь защищает тиристор от перенапряжения или перегрузки по току. Схема состоит из схемы демпфера, , подключенной к тиристору, и схемы генератора частоты, использующей микросхему таймера 555.

Необходимый материал

• Тиристор-TYN612 (SCR)
• 555 таймер IC
• Резистор (47к-2,10к-2,1к-1,150-1)
• Конденсатор (0.01 мкФ, 0,001 мкФ, 0,1 мкФ-2)
• Диод-1Н4007
• Переключатель
• Осциллограф (для подтверждения вывода)
• Питание 9В
• Соединительные провода

Принципиальная схема

Часть 2 этой схемы используется для получения характеристики переключения тиристора со схемой демпфера.

Тиристор — TYN612

Здесь, в названии тиристора TYN612 , «6» указывает значение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии, V _DRM и V _RRM равно 600 В, а «12» указывает значение RMS в открытом состоянии. ток, I _{T (RMS)} составляет 12 А.Тиристор TYN612 подходит для всех режимов управления, таких как защита от перенапряжения, цепи управления двигателем, цепи ограничения пускового тока, цепи зажигания емкостного разряда и цепи регулирования напряжения. Диапазон срабатывающего тока затвора (I _GT ) составляет от 5 мА до 15 мА. Диапазон рабочих температур от -40 до 125 ° C. Узнайте больше о тиристоре здесь.

Распиновка тиристора TYN612

Конфигурация выводов тиристора TYN612

№ контакта.	Имя контакта	Описание
1	К	Катод тиристора
2	А	Анод тиристора
3	г	Затвор тиристора, используемый для запуска

Конструкция демпфирующего контура

Как мы знаем, демпферная цепь представляет собой комбинацию резистора и конденсатора.Конденсатор, используемый в цепи демпфера, может предотвратить нежелательное срабатывание dv / dt тиристора или тиристора. Когда напряжение прикладывается к цепи, внезапное напряжение появляется на переключающем устройстве. Конденсатор Cs ведет себя как короткое замыкание, что приводит к нулевому напряжению на тиристоре. По мере того как время идет, напряжение на конденсаторе Cs растет с медленной скоростью. Таким образом, значение dv / dt на конденсаторе C2 и тиристоре становится меньше, чем максимальное значение du / dt устройства.

Теперь вопрос в том, какая польза от сопротивления R _S ? Когда SCR включен, конденсатор разряжается через SCR и посылает ток, равный Vs / R _S . Поскольку сопротивление очень НИЗКОЕ, di / dt будет иметь тенденцию быть достаточно высоким, что может повредить SCR. Так, для ограничения величины разрядного тока используется сопротивление R _S .

Работа демпферной цепи

Схема разделена на две части.Первый используется в качестве схемы генератора частоты с использованием микросхемы таймера 555, выход которой используется для питания клеммы затвора тиристора. Вторая часть схемы используется для проверки переключения тиристора или тринистора со схемой демпфера и без цепи демпфера.

Вариант I: без демпфирующего контура

Когда демпферная цепь отсутствует на тиристоре, как показано на схеме выше, возникают всплески высокого напряжения, как вы можете видеть на диаграмме ниже.Поэтому для сглаживания скачков напряжения мы используем схему демпфера, которая предотвращает повреждение устройства из-за перенапряжения или ложного срабатывания dv / dt.

Случай II: со схемой демпфера

Когда цепь демпфера присутствует на тиристоре, она уменьшает или сглаживает скачки напряжения, как показано на диаграмме ниже. Таким образом, устройство не будет повреждено из-за перенапряжения, а также снижает значение du / dt устройства по сравнению с максимальным номиналом.

% PDF-1.3 % 1 0 объект > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 11 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> эндобдж 7 0 объект > поток HtWIWpzoe9J) WEfqá! {XJT; ‘c5ibJdgkB07] 1asaDMVĩ ִ MrfEt] c7 @ Ħ $; # @ & wlI-CRӅ & Brk̞1m MQ`LV; / c ^ v1J6] xh + 6% N8 ڈط мм гмз Fv! + ChG

Функции RC демпферной цепи в SMPS

В моей последней статье вы узнали о функциях электролитического и неполярного конденсатора (подключенного параллельно) в выходной линии постоянного тока импульсного источника питания (SMPS).В сегодняшней статье я покажу вам другую схему, которая состоит из двух компонентов (резистор, соединенный последовательно с неполярным конденсатором), которые соединены параллельно с вторичным выходным диодом SMPS. Давайте посмотрим на схему ниже. Вы можете щелкнуть правой кнопкой мыши по фотографии и выбрать « Открыть изображение на вкладке », чтобы увидеть увеличенное фото.

Рисунок 1

Как называется такая схема?

Это называется демпфирующей цепью, но эту цепь обычно называют демпферной RC-цепью, потому что она содержит только резистор и конденсатор.Отказаться означает отмахиваться (или давать отпор), а в терминологии электроники это означает подавлять.

Некоторые демпфирующие цепи, подобные той, которая находится в первичной части SMPS, называется демпфирующим УЗО, потому что они состоят из диода, резистора и конденсатора (R1, C5 и D2), а демпфирующая цепь RC — это C74 и R133. Взгляните на схему ниже:

Рисунок 2

Какова функция или цель демпфирующей цепи?

Цепи демпферов

размещены на полупроводниковых устройствах для защиты и повышения производительности.Он может выполнять многие функции, например:
· Подавлять перенапряжение (скачки напряжения) и ток (скачки тока) из-за паразитных емкостей и паразитных индуктивностей, используя резисторы для преобразования напряжения в тепло.

· Отказ от энергии, накопленной в индуктивности рассеяния трансформатора.

· Уменьшите электромагнитные помехи за счет подавления звона напряжения и тока.

Почему в некоторых конструкциях SMPS нет такой схемы?

Взгляните на схему ниже, где некоторые выходные диоды (D529 и D511) вообще не имеют RC-демпфера, но в некоторых конструкциях (см. Рисунок 1) все выходные диоды должны иметь RC-демпферные цепи.Некоторые инженеры-конструкторы могут обнаружить, что демпфирующие цепи вызывают больше потерь (снижают эффективность схемы), чем те, которых они пытаются избежать.

Рисунок 3

Каковы общие проблемы в цепи демпфера RC?

На самом деле, проблемы в этих двух компонентах возникают довольно редко. Если конденсатор разомкнут или значение изменяется, он может не иметь прямого воздействия на выход постоянного тока, но если он закорочен, резистор может нагреться, и источник питания может перейти в режим отключения, или вы не сможете включить питание. поставка на всех.Если яркий цвет резистора уже изменился на более темный из-за нагрева, лучше всего заменить резистор того же типа и номинала.

Если выходной диод закорочен, всегда полезно проверить и эти два компонента. Это всегда хорошая процедура, если вы обнаружили неисправный компонент, проверьте также соответствующие компоненты. Возможно, что соответствующие компоненты отключили выходной диод. Соответствующие компоненты могут быть любыми компонентами, которые расположены на той же выходной линии постоянного тока закороченного выходного диода, как электролитические конденсаторы и конденсаторы фильтра неполярности, катушки индуктивности и т. Д.

Заключение — Понимая функции каждой схемы на печатной плате, вы не будете бояться того, на что на самом деле смотрите. Это означает, что в тот момент, когда вы держите SMPS, ваш мозг немедленно скажет вам, что это RC-демпфер, и вы знаете функции такой схемы и сможете проверить компоненты, если они неисправны. Вот почему распознавание цепи на печатной плате так важно и в конечном итоге поможет вам ускорить работу по поиску и устранению неисправностей.Помните, что для того, чтобы быть хорошим мастером по ремонту, вам необходимо понимать многие типы схемных функций на печатной плате и уметь распознавать компоненты в этих схемах. Что ж, это все на этой неделе, и вы можете оставлять комментарии по этой теме.

Эта статья представлена ​​вам Джестин Йонг. Он из Куала-Лумпур, Малайзия, любил ремонт электроники и писал в блогах информацию о ремонте электроники. Он является автором известной книги по ремонту Basic Electronics Repair и SMPS Repair ebook .Он также является тренером и проводит курсы по ремонту электроники в Noahtech Electronics Training Center .

Пожалуйста, поддержите, нажав на кнопки социальных сетей ниже. Ваш отзыв о публикации приветствуется. Пожалуйста, оставьте это в комментариях.

P.S — Если вам понравилась эта статья, нажмите здесь , чтобы подписаться на мой блог (бесплатная подписка). Так вы никогда не пропустите ни одного поста. Вы также можете переслать ссылку на этот сайт своим друзьям и коллегам — спасибо!

Вас также может заинтересовать его предыдущая статья о ремонте Функции конденсаторов в выходной линии постоянного тока SMPS

Нравится (69) Не нравится (0)

Как спроектировать демпферную схему?

Из этой статьи вы узнаете, что такое демпферная цепь? Почему нам нужно использовать демпферную схему с цепями силовой электроники через полупроводниковые переключатели? Какие типы демпферных схем используются в схемах силовой электроники.Начнем с основного определения демпфирующей цепи.

Что такое демпферная цепь?

Демпфер — это, по сути, RC-цепь, которая используется для минимизации напряжения обратной ЭДС или dv / dt в пределах полупроводникового диода. Он подключен через полупроводниковые устройства. Это очень важная часть схем силовой электроники. Он обеспечивает защиту полупроводниковых устройств, используемых в схемах силовой электроники. Устройства силовой электроники защищены от обратного напряжения через демпферную цепь.

Типы демпфирующих цепей:

В схемах силовой электроники используются три типа демпфирующих схем. Названия трех из них приведены ниже:

1. Прямая поляризация.
2. Обратная поляризация.
3. Неполяризованный демпферный контур.

Демпфер с прямой поляризацией:

Это больше подходит для случая, когда диод подключен встречно параллельно транзистору или тиристору. Принципиальная схема демпфера с прямой поляризацией показана ниже:

схемы поляризованного демпфера

Резистор R1 используется для ограничения напряжения du / dt на полупроводниковом приборе.Резистор R2 регулирует ток разряда конденсатора C1 во время включения полупроводникового прибора.

Демпфер с обратной поляризацией:

Принципиальная схема обратнополяризованного демпфера показана ниже. Резистор R1 ограничивает обратное напряжение dv / dt. R2 разряжает конденсатор. Преимущество обратно поляризованной демпфирующей схемы состоит в том, что конденсатор не разряжается через полупроводниковое устройство. За счет чего снижаются потери.

схемы обратнополяризованного демпфера

неполяризованный демпфер:

Неполяризованные демпфирующие цепи используются, когда два полупроводниковых прибора соединены антипараллельно друг другу.Как показано на рисунке ниже. В этой схеме демпфер должен работать в обоих направлениях. Поэтому в такой ситуации используется неполяризованный демпфер. Принципиальная схема цепи неполяризованного демпфера показана ниже:

неполяризованная демпферная цепь

Чтобы разработать демпферную цепь, вы должны знать следующие особенности демпфирующей цепи:

• Время обратного восстановления полупроводникового устройства
• Номинальный ток полупроводникового прибора
• Общая индуктивность цепи
• Входное напряжение цепи
• Оптимальное значение коэффициента тока (можно найти в паспорте полупроводникового прибора)
• Оптимальный коэффициент демпфирования

Если вы знаете вышеизложенное, вы можете вычислить значения конденсаторов и резисторов, используя следующую формулу:

C = L [Ir / dVs] ²

R = 2δ√LC

.