Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое защиита эрэ, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое защиита эрэ, шунт, шунтирование , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
шунт — устройство, которое позволяет электрическому току (либо магнитному потоку) протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.
шунтирование — процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итогового сопротивления цепи.
Впервые предложен американским изобретателем Эдвардом Вестоном в 1893 году
Ззащита дорогостоящих, или опасных, или нестандартно установленных элементов РЭА (радиэлектронной аппаратуры)- от саморазрушения. В реальном мире нет двух идеально одинаковых элементов, даже если они из одной партии, - порой нужно защищать и их при совместном использовании. Субъективно сложилось впечатление, что вероятность срабатывания защиты в момент включения/выключения РЭА выше, чем во время ее непосредственной работы. К примеру, видел много взрывающихся конденсаторов именно в момент подачи напряжения; и только 1 раз - взрыв внутри системного блока спустя часы работы.
Обратите снимание , не бывает последовательного шунтирования в этой статье говриться как шунт подключатся в состав общей схемы.
Защита элементов РЭА (распределенных электроэнергетических сетей) методом шунтирования является одним из способов обеспечения безопасности и надежности работы электрооборудования. Этот метод основан на использовании шунтов (или обходных) путей для обеспечения альтернативного пути тока и предотвращения повреждения элементов РЭА при возникновении нештатных ситуаций.
Основная идея метода заключается в том, чтобы создать дополнительный путь для тока, который обойдет поврежденный элемент РЭА. Для этого могут использоваться различные элементы и устройства, такие как предохранители, автоматические выключатели, контакторы и реле. Когда происходит нештатная ситуация, например, короткое замыкание или перегрузка, элементы защиты обнаруживают эту ситуацию и переключают ток на альтернативный путь, минуя поврежденный элемент.
Применение метода шунтирования позволяет предотвратить серьезные повреждения и перегрузки элементов РЭА, что может привести к снижению надежности работы системы, прерыванию электроснабжения или даже возникновению пожара. Он обеспечивает быстрое реагирование на нештатные ситуации и автоматическое восстановление работы системы после устранения причины возникновения неисправности.
Важно отметить, что метод шунтирования является одним из множества методов защиты элементов РЭА и может применяться в различных комбинациях с другими методами, такими как ограничение тока, изоляция и т. д., для обеспечения комплексной системы защиты. Конкретные способы и средства шунтирования зависят от характеристик и требований конкретной системы электроснабжения.
Схема подключения вольтметра
Например, шунты применяются для изменения верхнего предела измерения у амперметров магнитно-электрической системы. При этом необходимое сопротивление шунта рассчитывают по формуле:
где:
— сопротивление шунта, Ом;
— сопротивление амперметра, Ом;
— максимальный ток, который будет соответствовать полному отклонению стрелки прибора, А;
— номинальный максимальный ток, измеряемый амперметром без шунта, А.Если необходимый предел измерения значительно превосходит номинальный ток амперметра, то этим током в знаменателе можно пренебречь, и тогда формула принимает вид:
.
Например, для измерения токов до 10 А амперметром, имеющим сопротивление 2000 Ом и максимальный ток 50 мкА, понадобится шунт сопротивлением
Ом.
Применение шунтов позволяет расширить пределы показаний амперметра (за счет ухудшения разрешающей способности и чувствительности прибора).
Важные замечания:
Ввиду того, что программы моделирования электрических схем не являются идеально правильными, - с их помощью невозможно смоделировать описанные здесь ситуации. Мало того, нужно фиксировать величины, длительность существования которых измеряется микросекундами, что невозможно. Даже такая среда как Multisim навредила уже несколько раз, например:
Однако даже с такими глюками данные программы нужны. Они способны показать грубые ошибки именно в стабилизированном после включения режиме работы: перегорание тех же предохранителей, номиналы токов и напряжений, закономерности и т.д. Теперь о частных случаях защиты компонентов шунтами, некоторые лично разработаны.
0. Любой шунт является паразитным (исключение, разве что, предохранитель).
Например, установленный последовательно нагрузке резистор 0.1Ом отбирает от нагрузки то напряжение, которое на нем и измеряется для расчета силы тока цепи. Поэтому работает правило: при последовательном подключении номинал сопротивления шунта, как правило, мал; при параллельном - как правило, велик.
1. Шунтирование диода резистором - параллельно.
Смысл: предотвращение высокого обратного тока в случае включения нескольких диодов последовательно.
Например, если требуется диодный мост на 2200В, а под рукой только диоды 2Д202В на 100В (на работе их около 1000шт - выбросить хотели, ага, щазз). Итак, в одно плечо диодного моста ставится N диодов. Ввиду физического износа и неточностей изготовления есть разброс по параметрам. Один из диодов имеет более высокое внутреннее сопротивление относительно других - его обратный ток и обратное напряжение будут самыми высокими, а также падение прямого напряжения.
Если обратный ток превышает предельный - диод пробивает, даже если предел прямого напряжения не превышен. Без резистора обратные токи перераспределятся на оставшихся диодах - умрут все. С резистором обратный ток перераспределяется между резистором и диодом. Как следствие, падает обратное напряжение на диоде.
Формула расчета сопротивления резистора: чтобы протекал 5-кратный максимальный обратный ток диода. Например, для 2Д202В при 1мА - 5мА, при напряжении 10В DC составит 0.5кОм, при напряжении 220В AC - 15.55кОм за счет пика амплитуды 311В. Рекомендуют 10-кратный максимальный обратный ток, никаких обоснований для данных коэффициентов нет. Здесь чем больше сопротивление, тем лучше для схемы.
Моделирование с переменным напряжением показало: если забыть к одному диоду припаять резистор - на этом диоде упадет почти все прямое напряжение, а на шунтированных упадет в районе 0.6В.
2. Шунтирование конденсатора резистором - последовательно.
Назначение:
Когда конденсатору приспичит взорваться, будет резкий бросок по амперам: сопротивление конденсатора падает, ток выше, рассеиваемая энергия больше - сопротивление падает еще ниже. Электролит мгновенно вскипает и вызывает химический взрыв.
Взрывал на практике конденсатор 1мкФ/6.3В - эта маленький элемент сработала как средняя петарда и заставила убирать полкомнаты. А теперь представим, что взрывается конденсатор 1500мкФ/500В, который устанавливается в адаптеры питания до 500В, - это уже аналог взрывчатки; а если советский - то направленного действия за счет алюминиевого корпуса. Мало того, он стоит 30 долларов (а 2500мкФ - вообще 60 долларов ). Речь уже идет не столько о защите конденсатора, сколько о сохранении здоровья, денег, спокойствия соседей всего дома и ментов всего района.
Ну и не дадим ему взорваться, установив токоограничивающий резистор. Конденсатор будет заряжаться длительное время, возможно даже секунды (сколько требуется, чтоб конденсатор выполнял свою прямую функцию в схеме), - это нужно учитывать; данный метод не является универсальным.
Так как невозможно узнать номинал тока, который будет у конденсатора в момент взрыва, расчет резистора приходится делать на этапе моделирования. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Например, если в диодный мост установлен сглаживающий конденсатор, его номинал уже рассчитан по формуле - значит, максимальный ток источника постоянного тока уже известен. Подключить максимально допустимую по амперам нагрузку, последить за пульсациями напряжения на нагрузке, установить приемлемые пульсации и списать номинал резистора.
Итог: вместо оглушительного взрыва конденсатор издаст негромкий "фук", от превышения напряжения не спасает.
3. Шунтирование конденсатора предохранителем (быстрого срабатывания) - последовательно (не работает!).
Назначение: предотвращение взрыва конденсатора в случае превышения предельного напряжения.
Эксперименты:
Назначение:
3. Шунтирование конденсатора варистором - параллельно, предохранителем (быстрого срабатывания) - последовательно.
Смысл: предотвращение взрыва и разрушения конденсатора в случае приближения к предельному напряжению.
Он просто не захочет взрываться. Напряжение срабатывания варистора должно быть чуть ниже предельного напряжения конденсатора. Варистор резко уменьшает свое сопротивление при достижении своего предельного напряжения и устраивает практически КЗ. За то время, пока он будет сам себя выжигать и не отсоединился от схемы, сработает последовательно установленный предохранитель такого номинала, при котором конденсатор успешно заряжается.
Итог: взрыва нет, конденсатор целый, уничтожены предохранитель и (с некоторой вероятностью) варистор - копеечная цена за безопасность.
4. Шунтирование конденсатора резистором - параллельно.
Смысл: разряд конденсатора, чтобы после отключения устройства не получить удар током при работе с платой устройства.
Особенно это касается конденсаторов с напряжением выше 42В (выше безопасного напряжения по ППБ-С для сухой кожи). Расчет номинала резистора, даже при малом напряжении, идет на сотни килоом. Вспоминая прошлый опыт: при 3.91В и сопротивлении 250кОм конденсатор разряжался примерно с примерной скоростью 0.01В/сек. Лучше сами зарядите конденсатор и приложите резистор в несколько сотен килоом. Номинал велик, поэтому на работоспособность схемы вообще никак не влияет, особенно если мегаомы ставить.
5. Шунтирование транзистора диодом - параллельно, диод направлен против тока.
Назначение:
6. Шунтирование реле диодом - параллельно, диод направлен против тока.
Назначение:
В итоге увеличивается время отпускания реле, что решается установкой последовательно диоду резистора. Но, как правило, эта задержка настолько мала, что обращать внимание на нее не стоит. Методика расчета резистора неизвестна.
7. Шунтирование транзистора резистором - последовательно, ко входу.
Смысл: выравнивание напряжений на параллельно соединенных транзисторах на момент подачи питания. Крайне сложная в понимании вещь, удалось понять только следующее:
Как именно происходит выравнивание напряжений при открытии транзисторов с резисторами - не может объяснить абсолютно никто. Все строят умные лица, говорят "делай так-то", а по сути - данный способ остается котом в мешке, который моделированием сложно или невозможно проверить. Остается макетирование.
Также неясен вопрос, нужны ли такие резисторы для полевых транзисторов, ввиду их крайне быстрого открытия (наносекунды против микросекунд и десятых миллисекунд).
8. Шунтирование транзистора варистором - параллельно.
Смысл: двунаправленная защита транзистора от перенапряжения непосредственно во время его работы. Варистор необязательно сгорает сразу: он может без ущерба для себя поглощать кратковременные всплески напряжения со скоростью реагирования 25нс.
Защита электролитического конденсатора диодом последовательно - для защиты от переполюсовки.
Защита от выброса 10-кратного напряжения питания дросселем в прибор (после отключения питания): установка диода параллельно дросселю обратно питанию. В момент выключения питания ЭДС самоиндукции, направленная в обратную сторону, полностью гасится этим диодом.
Был собран диодный мост из 32 диодов 2Д202В (70В/5А), по 8 диодов в колене - для использования в сети 220В DC. Что с шунтированием защитными резисторами 15.5кОм параллельно, что без них - разницы в работоспособности под нагрузкой замечено не было. Чрезмерного различия в нагреве диодов и их пробития также замечено не было. Возможно, это совпадение - и диоды 1986 года выпуска оказались из одной партии - но маловероятно. Возможно, работа резисторов происходит именно на пике работы диодного моста: при токе 5А; но таковой нагрузки для макетирования у меня нет.
Для защиты транзисторов от электромагнитных выбросов со стороны обмотки реле (при выключении) - применяются именно импульсный диод, установленный параллельно обмотке реле. Важный параметр диода - максимальное время восстановления обратного сопротивления (способность диода принять следующий импульс).
(д Транзистор NPN, база которого подключена к GND через резистор 100кОм, никогда не словит помехи при отключении базы от источника положительного напряжения. Избавление от болтающегося в воздухе разъема базы. С остальными транзисторами - по аналогии. 100кОм - не оптимальная величина (сымитировать случайное импульсное включение транзистора очень трудно, но 1 раз было - и последствием стал сильный такой перегрев устройства).
Рис. 2. Схемы защиты транзистора от перенапряжений с помощью: а — последовательной RС-цепи; б — шунтирующего диода; в — шунтирующего диода и резистора.
Схема защиты транзисторов от всплесков напряжений с использованием шунтирующего диода приведена на рис.2,б. Перепад напряжения на катушке индуктивности в этом случае равен прямому падению напряжения на диоде. Физический смысл защиты транзистора с помощью диода состоит в том, что энергия, запасенная катушкой индуктивности передается с помощью диода источнику питания и выделяется активном сопротивлении нагрузки. Для ускорения времени разряда последовательно с диодом можно включить добавочный резистор R1 (рис.2,в). Включение резистора R1, кроме того, снимает высокочастотную генерацию контура, образованного паразитной емкостью диода и индуктивной нагрузкой. Вместо R1 можно применить и кремниевый стабилитрон, включенный встречно шунтирующему диоду (рис.3,а). В этом случае максимальное напряжение на транзисторе будет ограничено значением UКЭmax=Eк+Uст.
Рис. 3. Схемы защиты транзистора от перенапряжений с помощью: а — диода и стабилитрона; б,в — стабилитрона.
Для защиты усилителей от случайных перенапряжений а также от импульсных перегрузок в схеме с реактивной нагрузкой применяются кремниевые стабилитроны (рис.3,б). В усилителях низкой частоты можно также шунтировать участок коллектор — эмиттер диодом. В широкополосных усилителях, однако, такой способ может изменить частотные свойства каскада за счет значительной емкости диода. Схема защиты, используемая в широкополосных и других высокочастотных усилителях, приведена на рис. 3,в. Смещение выбирается таким образом, чтобы оно было меньше Uст стабилитрона.
При нормальной работе каскада стабилитрон закрыт и не влияет на частотную характеристику усилителя. При превышении установленного напряжения стабилитрон шунтирует транзистор, предохраняя его от повреждения.
Для защиты транзистора от перегрузки по току рекомендуются следующие способы: включение токоограничивающих резисторов последовательно с выводами коллектора и эмиттера (не следует ограничивать ток включением резистора в цепь базы); шунтирование полупроводниковых приборов резистором; параллельное включение транзисторов. Используя последний способ, необходимо учитывать, что полупроводниковые приборы имеют разброс сопротивления и, следовательно, ток между параллельно включенными приборами распределяется неравномерно. Так как разброс сопротивления зависит от температуры и изменяется со временем, надежная работа достигается с подбором приборов с идентичными параметрами, а выравниванием тока приборов с помощью добавочных резисторов небольшой величины, включенных последовательно в цепь каждого прибора (рис. 4). Параллельно включенные транзисторы необходимо располагать на одном и том же теплоотводе, приняв меры по максимально возможному выравниванию температур их корпусов. Эти температуры не должны отличаться более чем на 1...2°С.
Рис. 4. Схема выравнивания токов через параллельно включенные транзисторы.
Обеспечение теплового режима транзистора — одна из главных задач при конструировании радиоаппаратуры. Теплоотводящие элементы должны рассчитываться так, чтобы их тепловое сопротивление обеспечивало нормальную теплоотдачу корпуса транзистора в окружающую среду, а температура перехода транзистора не превышала допустимую. При свободной компоновке элементов внутри аппаратуры целесообразно использовать специальные радиаторы или располагать транзисторы непосредственно на шасси прибора.
Рис. 5. Ребристый радиатор; а — односторонний; б — двусторонний.
По конструкции радиаторы делятся пластинчатые, ребристые односторонние и двусторонние. Площадь теплоотвода приближенно можно вычислить по формуле
S(см2)= 1000/(RТп.сσТ)
где RТп.с - требуемое тепловое сопротивление переход — окружающая среда, °С/мВт; σТ — коэффициент теплоизлучения от теплоотвода в окружающую среду мВт/(см2 • °С) Коэффициент σТ примерно равен 1,5 мВт/(см2 • °С) и зависит от количества тепла, отводимого от теплоотвода за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Теплопроводность растет с увеличением площади S теплоотвода. Отвод тепла за счет конвекции увеличивается с повышением разности температур теплоотвода и окружающей среды. Конвекция улучшается при вертикальном положении плоскости теплоотвода. Максимальный отвод тепла за счет излучения составляет 0,6 мВт/(см2 • °С). Рекомендуется покрывать теплоотвод (радиатор) черной матовой краской или зачернить его каким-либо способом для увеличения эффективности отвода тепла за счет излучения.
При плотной компоновке элементов внутри аппаратуры или больших мощностях рассеивания в приборе применение радиаторов, расположенных внутри блока или прибора, становится малоэффективным. В этом случае мощные транзисторы целесообразно располагать непосредственно на корпусе прибора или на радиаторах, имеющих тепловой контакт с внешней средой.
Для эффективной работы радиатора необходим надежный тепловой контакт с транзистором. Для этого контактирующая с транзистором поверхность радиатора должна быть плоской, гладкой, без заусенцев и царапин. Для каждого вывода транзистора следует просверлить отдельное отверстие минимального диаметра. Транзисторы необходимо крепить к радиатору при помощи предусмотренных конструкций (болты, фланцы и др.). Для улучшения теплового контакта между транзистором и теплоотводом используют специальные теплоотводящие пасты или смазки, например пасту кремнийорганическую теплопроводящую КПТ-8.
Электрическая изоляция транзистора от радиатора достигается установкой прокладок из слюды, фторопластовой пленки толщиной десятки микрометров, металлокерамических прокладок, а также использованием радиаторов с глубоким анодированием. Однако необходимо стремиться к электрической изоляции радиатора от корпуса прибора, а не транзистора от радиатора.
Если два или более мощных транзистора включены параллельно, то между ними должен быть хороший тепловой контакт, чтобы тепловой режим транзисторов был одинаковым и устойчивым. Для этого транзисторы устанавливают на общем радиаторе. В противном случае перегрев одного из них приведет к увеличению рассеиваемой им мощности за счет уменьшения ее на остальных транзисторах.
СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ВЫХОДНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Необходимость в защите выходного транзистора от перенапряжений возникает в ряде специфических режимов работы системы зажигания. Например, режим открытой вторичной цепи является аварийным, так как значительно увеличивается амплитуда импульса первичного напряжения, прикладываемого к участку «коллектор — эмиттер» выходного транзистора, что может вызвать пробой перехода. Кроме того, увеличивается и амплитуда импульса вторичного напряжения, что может вызвать пробой изоляции вторичной цепи трансформатора зажигания и, следовательно, отказ системы зажигания. С целью ограничить амплитуду импульса первичного напряжения на допустимом для выходного транзистора уровне используют схемы защиты, выполненные, как правило, на нелинейных элементах — стабилитронах и варисторах. Наиболее простой является схема, представленная на рис. 4.27а.
Рис. 4.27 Способы включения стабилитрона для защиты транзистора от перенапряжения:
В этой схеме защитный стабилитрон УБ включен параллельно участку «коллектор — эмиттер» транзистора УТ. Напряжение пробоя стабилитрона выбирают немного меньшим Е7КЭД0П транзистора. Увеличение первичного напряжения до иг < истУ1) не приводит к пробою стабилитрона. При увеличении первичного напряжения до {/х > ?/стга стабилитрон пробивается и через него начинает протекать ток гст, при этом амплитуда импульса первичного напряжения ограничивается на допустимом для УТ уровне. Амплитуда импульса тока через стабилитрон составляет 2-4 А, что требует применения мощных стабилитронов.
а — параллельно участку «коллектор — эмиттер»; б — параллельно участку «база — коллектор».
Создание новых силовых транзисторов, способных коммутировать большую импульсную энергию (более 200 мДж), а также стремление уменьшить габариты коммутатора позволили осуществить защиту выходного транзистора путем введения стабилитрона параллельно участку «база — коллектор» (рис. 4.276). Этот способ позволяет уменьшить импульсный ток через стабилитрон в Вст раз (Вст — статический коэффициент усиления по току выходного транзистора).
При увеличении первичного напряжения до и1 > Нстга стабилитрон пробивается и в базу выходного транзистора втекает ток, который приоткрывает УТ на время действия импульса перенапряжения. Проводящий участок « коллектор — эмиттер» транзистора шунтирует источник напряжения, ограничивая тем самым амплитуду первичного импульса на допустимом уровне.
Существуют и более сложные схемные решения, позволяющие еще больше снизить импульсный ток, протекающий через стабилитрон.
Конденсаторе, включенный параллельно участку «коллектор — эмиттер» выходного транзистора, служит для предотвращения выхода транзистора в область лавинного пробоя в процессе его запирания, а также является элементом ударного колебательного контура возбуждения, т. е. определяет величину и скорость нарастания вторичного напряжения, развиваемого системой зажигания. Резистор 7? ограничивает емкостный ток через участок «коллектор — эмиттер» транзистора в момент отпирания последнего, если конденсатор заряжен.
Защита от перенапряжения: что выбрать?
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 пойдет 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 расчетов: какой тип конденсатора выбрать?
Существует два основных вида конденсаторов, которые, теоретически, можно использовать в
снаббере: это пленочные и керамические конденсаторы. Из отечественного к первой группе, прежде всего, относятся конденсаторы серий К73 и К78; ко второй группе–конденсаторы серий К10 и К15. На практике, в качестве снабберов, самыми подходящими считаются конденсаторы К78-2, но чаще всего применяются К73-17, так же часто применяются керамические конденсаторы К10-17 или К10-69 (для относительно низковольтных схем). Существует мнение, что в качестве снабберов нужно использовать только пленочные конденсаторы, т.к. их паразитные составляющие (особенно паразитная индуктивность и тангенс угла потерь) намного меньше, чем для керамических конденсаторов. Сравниваем тангенс угла потерь: для К78-2–0,001; для К10-69–0,0015; для К73-17–0,008. Отсюда следует, что, вроде бы, керамический конденсатор несущественно хуже пленочного К78-2 и даже гораздо лучше К73-17. Если сравнить паразитную индуктивность пленочных 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 свое время нам была поставлена задача заменить конденсатор К73
— 17 на керамические чип-конденсаторы (требование конструкции). В итоге на конденсаторе К73-17 за несколько лет эксплуатации не были ни одного выхода из строя этого конденсатора; с керамическим конденсаторами–два выхода из строя при трех проведенных испытаниях. Отсюда вывод: пленочные конденсаторы предпочтительнее, но скорее не из-
за своих параметров, а из-за своей «живучести». Пленочные конденсаторы гораздо более устойчивы к значениям du/dt и di/dt, к значительным импульсным токам и перенапряжениям и именно поэтому выбор в сторону пленочных конденсаторов–правильный выбор.
Конечно, и по паразитным составляющим тоже можно сказать, что пленочные лучше, но это если только речь идет о специализированных конденсаторах. Например, специализированные снабберные пленочные конденсаторы импортного производства имеют тангенс угла потерь 0,0001 (на порядок лучше К78-2 и почти в сто раз лучше К73-17) и собственную
индуктивность в несколько нГн, но это именно специальные конденсаторы. Отсюда вывод: если речь идет о больших мощностях (от десятков кВт), то однозначно–специализированные снабберные конденсаторы.Если мощность меньше, но напряжение относительно высокое –то так же однозначно пленочные 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. Т.е., как видим, вопрос выбора типа конденсатора
–скорее вопрос надежности; эффективность же его работы в качестве снаббера–это уже вопросы расчетов и монтажа.
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, металлопленочные, углеродистые. Проволочные резисторы категорически не подходят для снабберных цепей по причине недопустимо большой паразитной индуктивности. Металлопленочные резисторы применять можно, хотя и у них индуктивность оставляет желать лучшего. Наилучший вариант–углеродистые резисторы (например, серия С1-4). Помимо меньшей индуктивности данный тип резисторов выгодно отличается от прочих тем, что они стойки к импульсным токам и импульсам перенапряжения. Хотя, использование металлопленочных резисторов (самые популярные–С2-33) тоже допустимо.
Насчет диода, если таковой используется в снабберной цепи, пожалуй, говорить не стоит, т.к.
понятно, что его пробивное напряжение и допустимый ток должны соответствовать схеме, а время обратного восстановления должно быть как можно меньше. Перейдем 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 чем, 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, все-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 схемах с обратными индуктивными выбросами с токами в сотни Ампер время начала ограничения может составлять и вовсе десятки нс, и именно поэтому, к слову сказать, рекомендуется использование ограничителей напряжения совместно с классическими снабберами, обеспечивающими снижение du/dt, в противном случае схема ограничения просто не успевает полноценно сработать. 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. Конечно, стабилитрон можно использовать в качестве ограничителя, но со скоростями не более нескольких кВ/мкс,в то время как супрессоры могут работать со скоростью изменения напряжения на порядок больше. И если раньше стабилитроны имело смысл использовать в снабберных схемах для изделий специального назначения (т.к.высоковольтных супрессоров с приемкой «5» не вып
ускалось), то сейчас необходимость в этом отпала, т.к. отдельными производителями освоено производство супрессоров «специального назначения».
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, т.к. 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, т.к. 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 чем, при равных массогабаритных показателях, супрессор значительно выигрывает у стабилитрона. В итоге область применения варисторов и супрессоров становится очевидной: варисторы применяются в схемах с большой мощностью импульса, но низким (относительно) значением du/dt; супрессоры–наоборот: в схемах с большим du/dt, но кратковременными импульсами. Первый тип схем преобразователей–преобразователи на основе тиристоров (большая мощность, скорость du/dt измеряется в сотнях В/мкс); второй тип–преобразователи на основе IGBT-или MOSFET-транзисторов, ведь именно работа транзисторов в ключевом режиме характеризуется малой длительностью выбросов напряжения (не более сотен нс; очень редко–мкс), но при этом значительным du/dt, до десятков кВ/мкс. 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. Более того, в практике построения снабберов уже сложились определенные «традиции», как в плане схемотехники, так и в плане элементной базы. Конечно, если уже имеется какая-то комплектация и нет возможности или проблематично приобрести другую комплектацию,то можно поставить что-то свое, из того что есть. Но при разработках лучше, все-таки, закладывать изначально специализированные изделия и только если такой путь оказывается нерациональным, то можно обратиться к помощи элементов общего назначения. 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.
Исследование, описанное в статье про защиита эрэ, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое защиита эрэ, шунт, шунтирование и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база