Характеристики и применение снабберных конденсаторов

Что такое снабберный конденсатор?

А демпферный конденсатор , также известный как буферный конденсатор , представляет собой особый тип конденсатора , используемый для подавления скачков напряжения в цепи , уменьшения электромагнитных помех и защиты коммутационных устройств . Обычно он подключается последовательно с резистором, а затем параллельно переключающему устройству (например, IGBT, MOSFET или тиристору), которое нуждается в защите, или к узлу, испытывающему скачок напряжения.
Его основная функция — не обеспечивать энергию, а «поглощать» или «буферизировать» вредную, кратковременную избыточную энергию.

Ключевые характеристики

Характеристики снабберного конденсатора определяют его производительность и применимые сценарии. Его основные особенности заключаются в следующем:

1. Выдерживает высокое напряжение и высокую импульсную устойчивость.

Он должен быть способен выдерживать мгновенные скачки высокого напряжения, которые намного превышают нормальное рабочее напряжение цепи.
Его конструкция и материалы позволяют ему выдерживать повторяющиеся импульсы тока высокой интенсивности без повреждений.

2. Низкая эквивалентная последовательная индуктивность.

Это один из критических параметров снабберного конденсатора. Скачки напряжения меняются очень быстро, и если паразитная индуктивность конденсатора слишком велика, она будет препятствовать быстрому изменению тока, что не позволит вовремя поглотить всплеск.

Чтобы уменьшить ESL, в снабберных конденсаторах обычно используются специальные конструкции, такие как:

Ламинированные тонкопленочные конструкции, такие как полипропиленовые пленочные конденсаторы, являются обычно используемыми снабберными конденсаторами.

Плоский пакет: Уменьшает площадь токовой петли, тем самым уменьшая индуктивность.

Многоконтактный дизайн: Обеспечивает параллельные внутренние соединения, дополнительно снижая ESL и эквивалентное последовательное сопротивление.

3. Низкое эквивалентное последовательное сопротивление.

Низкое ESR означает, что конденсатор выделяет меньше тепла при поглощении энергии, что приводит к высокой эффективности и длительному сроку службы.
В высокочастотных коммутационных приложениях повышение температуры, вызванное ESR, является одной из основных причин выхода из строя конденсаторов.

4. Высокая стабильность и длительный срок службы.

Демпферные конденсаторы работают в жестких электрических условиях и требуют температурной стабильности, частотных характеристик и длительного срока службы. Полипропиленовые пленочные конденсаторы превосходны в этих аспектах.

5. Возможность быстрого реагирования

Он может быстро реагировать на изменения напряжения на наносекундном уровне и своевременно заряжать и разряжать.

Основная функция и принцип работы

Проще говоря, снабберный конденсатор использует фундаментальную характеристику, заключающуюся в том, что напряжение на конденсаторе не может резко измениться.
При возникновении скачка напряжения: Конденсатор обеспечивает путь с низким импедансом, мгновенно поглощая (заряжая) избыточный заряд, генерируемый выбросом, тем самым «сглаживая» пик напряжения.

Аfter the voltage spike passes : конденсатор медленно высвобождает (разряжает) накопленную энергию через резистор, включенный последовательно с ним, рассеивая поглощенную энергию в виде тепла в резисторе.

Функция последовательных резисторов:

Ограничьте ток разряда конденсатора, чтобы предотвратить образование чрезмерного пускового тока на коммутационном устройстве при его включении.
Демпфирование может быть достигнуто с помощью LC-резонансного контура, состоящего из конденсаторов и паразитной индуктивности контура для предотвращения колебаний.
Основные области применения
Демпферные конденсаторы широко используются во всех силовых электронных схемах с быстрым переключением и индуктивными нагрузками.

1. Импульсный источник питания
Используется для поглощения скачков напряжения на силовых переключающих транзисторах, защиты MOSFET или IGBT, уменьшения шума переключения и улучшения электромагнитной совместимости.

2. Моторные приводы и преобразователи частоты.
В инверторном мосту перенапряжение подключается параллельно с силовыми устройствами, такими как IGBT, для подавления перенапряжения во время переключения, которое в основном вызвано индуктивными нагрузками, такими как двигатели, и паразитной индуктивностью в линиях. Это крайне важно для защиты дорогих силовых модулей.

3. Схема коррекции коэффициента мощности.
В схемах повышения PFC буферные схемы помогают сглаживать напряжение в узлах переключения, повышая эффективность и надежность.

4. Инвертор/конвертер
В таком оборудовании, как солнечные инверторы и ИБП, он используется для защиты основных устройств переключения питания и обеспечения стабильной работы системы.

5. Индукционный нагрев
Эти приложения связаны с высокой частотой переключения, высокой мощностью и чрезвычайно высокими напряжениями и токами, что делает снабберные конденсаторы важным защитным компонентом.

6. Схема управления полупроводниковым лазером
Используется для подавления всплесков и звона импульса тока возбуждения, обеспечивая стабильность и срок службы выходного сигнала лазера.

7. Автомобильная электроника
В контроллерах двигателей электромобилей/гибридных транспортных средств и преобразователях постоянного тока рабочая среда сурова, а требования к надежности чрезвычайно высоки, поэтому широко используются высокопроизводительные снабберные конденсаторы.

8. Индукционная плита
Аbsorbing the reverse peak voltage on the power transistor is a typical low-cost, high-reliability application.