Debido a sobrecalentamiento, sobrevoltaje, sobrecorriente o cambios excesivos en el voltaje o la corriente, los dispositivos de conmutación y los componentes del circuito pueden fallar. Pueden protegerse contra sobrecorriente colocando fusibles en lugares adecuados. Se pueden utilizar disipadores de calor y ventiladores para eliminar el exceso de calor de los dispositivos de conmutación y otros componentes. Se necesitan circuitos amortiguadores para limitar la tasa de cambio de voltaje o corriente ( en / dt o dv / dt ) y sobretensión durante el encendido y apagado. Estos se colocan a lo largo de los dispositivos semiconductores para protección y para mejorar el rendimiento. Estático dv / dt es una medida de la capacidad de un tiristor para retener un estado de bloqueo bajo la influencia de un voltaje transitorio. Estos también se utilizan en los relés e interruptores para evitar la formación de arcos.
Necesidad de utilizar el circuito amortiguador
Estos se colocan en los diversos dispositivos de conmutación como transistores, tiristores, etc. Al cambiar del estado ON a OFF, la impedancia del dispositivo cambia repentinamente al valor alto. Pero esto permite que una pequeña corriente fluya a través del interruptor. Esto induce un gran voltaje a través del dispositivo. Si esta corriente se reduce a un ritmo más rápido, más es el voltaje inducido en el dispositivo y también si el interruptor no es capaz de soportar este voltaje, el interruptor se quema. Por lo tanto, se necesita una ruta auxiliar para evitar este alto voltaje inducido
De manera similar, cuando la transición es del estado APAGADO a ENCENDIDO, debido a la distribución desigual de la corriente a través del área del interruptor se producirá un sobrecalentamiento y eventualmente se quemará. Aquí también es necesario un amortiguador para reducir la corriente al comenzar haciendo una ruta alternativa.
Los amortiguadores en modo de conmutación proporcionan una o más de las siguientes funciones
- Dé forma a la línea de carga de un transistor de conmutación bipolar para mantenerlo en su área de operación segura.
- Reducir los voltajes y corrientes durante las condiciones transitorias de encendido y apagado.
- Elimina energía de un transistor de conmutación y disipa la energía en una resistencia para reducir la temperatura de la unión.
- Limitar la tasa de cambio de voltaje y corrientes durante los transitorios.
- Reduzca el timbre para limitar el voltaje máximo en un transistor de conmutación y reducir su frecuencia.
Diseño de circuitos de amortiguadores RC:
Hay muchos tipos de amortiguadores como RC, diodos y amortiguadores de estado sólido, pero el más utilizado es el circuito amortiguador RC. Esto es aplicable tanto para la tasa de control de subida como para la amortiguación.
Este circuito es un condensador y una resistencia en serie conectados a través de un interruptor. Para diseñar los circuitos Snubber. La cantidad de energía que se disipará en la resistencia del amortiguador es igual a la cantidad de energía almacenada en los condensadores. Se puede usar un amortiguador RC colocado a través del interruptor para reducir el voltaje pico en el apagado y para encender el anillo. Un circuito amortiguador RC puede estar polarizado o no polarizado. Si asume que la fuente tiene una impedancia insignificante, la corriente máxima en el peor de los casos en el circuito amortiguador es
I = Vo / Rs y Yo = C.dv / dt
Circuito amortiguador RC polarizado hacia adelante
Para un circuito amortiguador RC con polarización directa apropiado, se conecta un tiristor o un transistor con un diodo antiparalelo. R limitará el avance dv / dt y R1 limita la corriente de descarga del condensador cuando el transistor Q1 está encendido. Se utilizan como amortiguadores de sobretensión para fijar la tensión.
Circuito amortiguador RC polarizado inverso
El circuito amortiguador polarizado inverso se puede utilizar para limitar el reverso dv / dt . R1 limitará la corriente de descarga del condensador.
Un circuito amortiguador no polarizado
Se utiliza un circuito amortiguador no polarizado cuando se utiliza un par de dispositivos de conmutación en antiparalelo. Para determinar los valores de resistencia y condensador se puede utilizar una técnica de diseño simple. Para ello se necesita un diseño óptimo. Por tanto, se utilizará un procedimiento complejo. Estos se pueden utilizar para proteger y tiristores.
Selección de condensadores:
Los condensadores amortiguadores están sujetos a altas corrientes pico y RMS y altas dv / dt . Un ejemplo son los picos de corriente de encendido y apagado en un condensador amortiguador RCD típico. El pulso tendrá un pico alto y amplitudes RMS. El condensador amortiguador debe cumplir dos requisitos. Primero, la energía almacenada en el condensador amortiguador debe ser mayor que la energía en la inductancia del circuito. En segundo lugar, la constante de tiempo de los circuitos de amortiguación debería ser pequeña en comparación con el tiempo más corto esperado, generalmente el 10% del tiempo. Al permitir que la resistencia sea efectiva en la frecuencia de llamada, este capacitor se usa para minimizar la disipación en la frecuencia de conmutación. El mejor diseño es seleccionar que la impedancia del condensador sea la misma que la del resistor a la frecuencia de llamada.
Selección de resistencias:
Es importante que R en el amortiguador RC tenga una autoinducción baja. La inductancia en R aumentará el voltaje pico y tenderá a anular el propósito del amortiguador. La baja inductancia también será deseable para R en el amortiguador, pero no es crítico ya que el efecto de una pequeña cantidad de inductancia es aumentar ligeramente el tiempo de reinicio de C y reducirá la corriente máxima en el interruptor al encender. La elección normal de R suele ser la composición de carbono o la película metálica. La disipación de potencia del resistor debe ser independiente de la resistencia R porque disipa la energía almacenada en el capacitor amortiguador en cada transición de voltaje en el capacitor. Si seleccionamos la resistencia como la impedancia característica, el timbre está bien amortiguado.
Al comparar el diseño rápido con el diseño óptimo, se reducirá la capacidad de potencia de la resistencia de amortiguación requerida. Por lo general, el diseño 'rápido' es completamente adecuado para el diseño final. Pasar al enfoque 'Óptimo' es solo si la eficiencia energética y las limitaciones de tamaño dictan la necesidad de un diseño óptimo.
Uso de circuitos de amortiguadores RC:
Debido a su funcionalidad como se mencionó anteriormente, los tiristores, triacs y relés necesitaban circuitos amortiguadores para controlar el aumento de voltaje.
Diagrama de circuito para controlar la tasa de cambio de voltaje
Además, se puede elegir el factor de amortiguación. Un factor de amortiguación más alto conducirá a un tiempo de oscilación más corto en el circuito oscilante. En el diagrama de circuito anterior, se coloca un circuito amortiguador para reducir el voltaje pico en el apagado y para encender el anillo.
