ลักษณะและการใช้งานของตัวเก็บประจุ Snubber

ตัวเก็บประจุ snubber คืออะไร?

ก ตัวเก็บประจุ Snubber หรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุบัฟเฟอร์ เป็นตัวเก็บประจุชนิดพิเศษที่ใช้ลดแรงดันไฟกระชากในวงจร ลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และป้องกันอุปกรณ์สวิตชิ่ง โดยทั่วไปจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวต้านทาน จากนั้นต่อแบบขนานข้ามอุปกรณ์สวิตชิ่ง (เช่น IGBT, MOSFET หรือไทริสเตอร์) ที่ต้องการการป้องกัน หรือข้ามโหนดที่ประสบปัญหาแรงดันไฟกระชาก
หน้าที่หลักของมันไม่ได้ให้พลังงาน แต่เพื่อ "ดูดซับ" หรือ "บัฟเฟอร์" พลังงานส่วนเกินที่เป็นอันตรายชั่วขณะ

ลักษณะสำคัญ

ลักษณะของตัวเก็บประจุ snubber จะกำหนดประสิทธิภาพและสถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง คุณสมบัติหลักมีดังนี้:

1. ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและความสามารถในการทนต่อพัลส์สูง

จะต้องสามารถทนต่อแรงดันไฟกระชากสูงทันทีที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าปกติของวงจรได้มาก
การออกแบบและวัสดุช่วยให้สามารถทนต่อพัลส์กระแสไฟฟ้าที่มีความเข้มสูงซ้ำๆ โดยไม่เกิดความเสียหาย

2. ตัวเหนี่ยวนำอนุกรมเทียบเท่าต่ำ

นี่เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญของตัวเก็บประจุแบบดูแคลน แรงดันไฟกระชากเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วมาก และหากค่าความเหนี่ยวนำของปรสิตของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่เกินไป มันจะขัดขวางการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของกระแส ดังนั้นจึงไม่สามารถดูดซับกระแสไฟกระชากได้ทันเวลา

เพื่อลด ESL ตัวเก็บประจุแบบ snubber มักจะใช้โครงสร้างพิเศษ เช่น:

โครงสร้างฟิล์มบางเคลือบ เช่น ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มโพลีโพรพีลีน เป็นตัวเก็บประจุแบบ Snubber ที่ใช้กันทั่วไป

แพคเกจแบน: ลดพื้นที่ลูปปัจจุบัน จึงลดการเหนี่ยวนำ

การออกแบบหลายพิน: ให้การเชื่อมต่อภายในแบบขนาน ช่วยลด ESL และความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่ากันอีก

3. ความต้านทานอนุกรมเทียบเท่าต่ำ

ESR ต่ำหมายความว่าตัวเก็บประจุจะสร้างความร้อนน้อยลงเมื่อดูดซับพลังงาน ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงและมีอายุการใช้งานยาวนาน
ในการใช้งานสวิตช์ความถี่สูง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจาก ESR เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวของตัวเก็บประจุ

4. ความมั่นคงสูงและอายุการใช้งานยาวนาน

ตัวเก็บประจุแบบ Snubber ทำงานในสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่รุนแรง และต้องการความเสถียรของอุณหภูมิ ลักษณะความถี่ และอายุการใช้งานที่ยาวนาน ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มโพลีโพรพีลีนมีความเป็นเลิศในด้านเหล่านี้

5. ความสามารถในการตอบสนองที่รวดเร็ว

สามารถตอบสนองการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าในระดับนาโนวินาทีได้อย่างรวดเร็ว และชาร์จและคายประจุได้ทันท่วงที

หน้าที่หลักและหลักการทำงาน

พูดง่ายๆ ก็คือ ตัวเก็บประจุแบบ Snubber ใช้คุณลักษณะพื้นฐานที่แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในทันที
เมื่อแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้น: ตัวเก็บประจุจะมีเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำ ซึ่งจะดูดซับ (การชาร์จ) ประจุส่วนเกินที่เกิดจากสไปค์ทันที ดังนั้นจึงทำให้จุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้า "แบนลง"

กfter the voltage spike passes : ตัวเก็บประจุจะค่อยๆ ปล่อย (คายประจุ) พลังงานที่เก็บไว้ผ่านตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวเก็บประจุ โดยกระจายพลังงานที่ดูดซับเป็นความร้อนในตัวต้านทาน

หน้าที่ของตัวต้านทานแบบอนุกรม:

จำกัดกระแสคายประจุของตัวเก็บประจุเพื่อป้องกันกระแสไหลเข้าที่มากเกินไปไม่ให้เกิดขึ้นบนอุปกรณ์สวิตช์เมื่อเปิดเครื่อง
การหน่วงสามารถทำได้โดยวงจรเรโซแนนซ์ LC ที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุและการเหนี่ยวนำปรสิตของวงจรเพื่อป้องกันการสั่น
พื้นที่ใช้งานหลัก
ตัวเก็บประจุ Snubber ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังทั้งหมดที่มีการสลับอย่างรวดเร็วและโหลดแบบเหนี่ยวนำ

1. การสลับแหล่งจ่ายไฟ
ใช้เพื่อดูดซับแรงดันไฟกระชากบนทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งกำลัง ป้องกัน MOSFET หรือ IGBT ลดสัญญาณรบกวนในการสวิตชิ่ง และปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

2. มอเตอร์ไดรฟ์และตัวแปลงความถี่
ในบริดจ์อินเวอร์เตอร์ แรงดันไฟฟ้าเกินจะเชื่อมต่อแบบขนานกับอุปกรณ์กำลัง เช่น IGBT เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าเกินในระหว่างการสวิตชิ่ง ซึ่งสาเหตุหลักมาจากโหลดอุปนัย เช่น มอเตอร์และการเหนี่ยวนำปรสิตในสาย นี่เป็นสิ่งสำคัญในการปกป้องโมดูลพลังงานที่มีราคาแพง

3. วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง
ในวงจรบูสต์ PFC วงจรบัฟเฟอร์ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าที่สวิตช์โหนดราบรื่นขึ้น ปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ

4. อินเวอร์เตอร์/ตัวแปลง
ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และ UPS จะใช้เพื่อปกป้องอุปกรณ์สวิตซ์ไฟหลักและรับประกันการทำงานของระบบที่เสถียร

5. การเหนี่ยวนำความร้อน
การใช้งานเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความถี่ในการสวิตชิ่งสูง กำลังไฟฟ้าสูง และแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงมาก ทำให้ตัวเก็บประจุแบบ Snubber เป็นส่วนประกอบในการป้องกันที่จำเป็น

6. วงจรขับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
ใช้เพื่อลดการแหลมและเสียงกริ่งของพัลส์กระแสของไดรฟ์ เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรและอายุการใช้งานของเอาท์พุตเลเซอร์

7. อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์
ในตัวควบคุมมอเตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้า/รถยนต์ไฮบริดและตัวแปลง DC-DC สภาพแวดล้อมการทำงานนั้นรุนแรงและข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือนั้นสูงมาก ดังนั้นจึงมีการใช้ตัวเก็บประจุ snubber ประสิทธิภาพสูงกันอย่างแพร่หลาย

8. เตาแม่เหล็กไฟฟ้า
กbsorbing the reverse peak voltage on the power transistor is a typical low-cost, high-reliability application.