RCD snubber - principe de fonctionnement et exemple de calcul

La raison pour laquelle ils ont recours à des amortisseurs

Lors du développement d'un convertisseur d'impulsions de puissance (en particulier pour les dispositifs de topologie push-pull et topologie puissants, où la commutation se produit dans des modes durs), des précautions doivent être prises pour protéger les interrupteurs de puissance contre les coupures de tension.

Malgré le fait que la documentation sur le terrain indique la tension maximale entre le drain et la source à 450, 600 ou même 1200 volts, une impulsion de haute tension aléatoire sur le drain peut être suffisante pour casser la clé coûteuse (même à haute tension). De plus, des éléments voisins du circuit, dont un pilote rare, peuvent être attaqués.

Un tel événement entraînera immédiatement un tas de problèmes: où trouver un transistor similaire? Est-il en vente maintenant? Sinon, quand apparaîtra-t-il? Quelle sera la qualité du nouveau travail sur le terrain? Qui, quand et pour quel argent se chargera de souder tout cela? Combien de temps durera la nouvelle clé et ne répétera-t-elle pas le sort de son prédécesseur? etc. et ainsi de suite.

Dans tous les cas, il vaut mieux être sûr tout de suite, et même au stade de la conception de l'appareil, prenez des mesures pour éviter de tels problèmes à la racine. Heureusement, une solution fiable, peu coûteuse et facile à mettre en œuvre pour les composants passifs est connue depuis longtemps et est devenue populaire auprès des fans d'équipements d'alimentation haute tension et des professionnels. Il s'agit du snubber RCD le plus simple.

Traditionnellement pour les convertisseurs d'impulsions, l'inductance de l'enroulement primaire d'un transformateur ou d'une inductance est incluse dans le circuit de drain d'un transistor. Et avec un arrêt brutal du transistor dans des conditions où le courant commuté n'a pas encore diminué à une valeur sûre, selon la loi de l'induction électromagnétique, une haute tension apparaîtra sur l'enroulement, proportionnelle à l'inductance de l'enroulement et à la vitesse du transistor de l'état conducteur à l'état verrouillé.

Si le front est suffisamment raide et que l'inductance totale de l'enroulement dans le circuit de drain du transistor est importante, le taux élevé de montée en tension entre le drain et la source entraînera instantanément une catastrophe. Afin de réduire et de faciliter ce taux de croissance thermique de verrouillage du transistor, un amortisseur RCD est placé entre le drain et la source de la clé protégée.

Comment fonctionne le snubber RCD?

Le snabber RCD fonctionne comme suit. Au moment où le transistor est verrouillé, le courant de l'enroulement primaire, en raison de son inductance, ne peut pas instantanément descendre à zéro. Et au lieu de brûler le transistor, la charge, sous l'action de hautes fréquences électromagnétiques, se précipite à travers la diode D vers le condensateur C du circuit d'amortissement, le chargeant, et le transistor se ferme en mode doux d'un petit courant à travers sa transition.

Lorsque le transistor recommence à s'ouvrir (en passant brusquement à la période de commutation suivante), le condensateur d'amortissement sera déchargé, mais pas à travers le transistor nu, mais à travers la résistance d'amortissement R. Et puisque la résistance de la résistance d'amortissement est plusieurs fois supérieure à la résistance de la jonction source, alors la majeure partie de l'énergie stockée dans le condensateur sera allouée exactement sur la résistance, et non sur le transistor. Ainsi, l'amortisseur RCD absorbe et dissipe l'énergie de l'inductance de surtension c parasite.

Calcul de la chaîne d'amortissement

P est la puissance dissipée sur la résistance d'amortissement C est la capacité du condensateur d'amortissement t est le temps de verrouillage du transistor pendant lequel le condensateur d'amortissement est chargé U est la tension maximale à laquelle le condensateur d'amortissement est chargé I est le courant traversant le transistor jusqu'à ce qu'il se ferme f- combien de fois par seconde snabber (fréquence de commutation des transistors)

Pour calculer les valeurs des éléments d'amortissement de protection, pour commencer, elles sont fixées par le temps pendant lequel le transistor de ce circuit passe d'un état passant à un état verrouillé. Pendant ce temps, le condensateur d'amortissement doit avoir le temps de se charger à travers la diode. Ici, le courant moyen de l'enroulement de puissance est pris en compte, contre lequel il faut se protéger. Et la tension d'alimentation de l'enroulement du convertisseur vous permettra de choisir un condensateur avec une tension maximale adaptée.

Ensuite, vous devez calculer la puissance qui sera dissipée par la résistance d'amortissement, puis sélectionner la valeur de résistance spécifique en fonction des paramètres de temps du circuit RC obtenu. De plus, la résistance de la résistance ne doit pas être trop petite, de sorte que lorsque le condensateur commence à se décharger à travers lui, l'impulsion de courant de décharge maximale avec le courant de fonctionnement ne dépasse pas la valeur critique pour le transistor. Cette résistance ne doit pas être trop grande pour que le condensateur ait encore le temps de se décharger, tandis que le transistor travaille la partie positive de la période de travail.

Regardons un exemple.

Un onduleur push-pull réseau (amplitude d'une tension d'alimentation de 310 volts) consommant une puissance de 2 kW fonctionne à une fréquence de 40 kHz, et la tension maximale entre le drain et la source de ses clés est de 600 volts. Il est nécessaire de calculer l'amortisseur RCD pour ces transistors. Soit le temps de coupure du transistor dans le circuit de 120 ns.

Le courant d'enroulement moyen 2000/310 = 6,45 A. Laissez la tension sur la clé ne pas dépasser 400 volts. Alors C = 6,45 * 0,00000000120 / 400 = 1,935 nF. Nous choisissons un condensateur à film d'une capacité de 2,2 nF à 630 volts. La puissance absorbée et dissipée par chaque amortisseur pendant 40000 périodes sera P = 40000 * 0,0000000022 * 400 * 400/2 = 7,04 W.

Supposons que le rapport cyclique d'impulsion minimal sur chacun des deux transistors soit de 30%. Cela signifie que le temps d'ouverture minimum de chaque transistor sera de 0,3 / 80 000 = 3,75 μs, en tenant compte du front, nous prenons 3,65 μs. Nous prenons 5% de ce temps pour 3 * RC, et laissons le condensateur presque complètement déchargé pendant ce temps. Alors 3 * RC = 0,05 * 0,00000365. De là (substitut C = 2,2 nF) nous obtenons R = 27,65 Ohms.

Nous installons deux résistances de cinq watts de 56 Ohms en parallèle dans chaque amortisseur de notre deux temps, et nous obtenons 28 Ohms pour chaque amortisseur. Le courant d'impulsion provenant du fonctionnement de l'amortisseur lorsque le condensateur se décharge à travers la résistance est de 400/28 = 14,28 A - c'est le courant dans l'impulsion qui traverse le transistor au début de chaque période. Selon la documentation des transistors de puissance les plus populaires, le courant d'impulsion maximal autorisé pour eux dépasse le courant moyen maximal d'au moins 4 fois.

Quant à la diode, une diode d'impulsion est placée dans le circuit d'amortissement RCD à la même tension maximale que celle du transistor, et est capable de supporter le courant maximal traversant le circuit primaire de ce convertisseur en une impulsion.