Importancia de los circuitos amortiguadores RC: diseño y uso

Debido al sobrecalentamiento, sobrevoltaje, sobrecorriente o cambios excesivos en el voltaje o la corriente, los dispositivos de conmutación y los componentes del circuito pueden fallar. Se pueden proteger contra sobrecorrientes colocando fusibles en lugares adecuados. Los disipadores de calor y los ventiladores se pueden usar 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 (di / dt Dónde dv/dt) y sobretensión durante el encendido y apagado. Estos se colocan en los dispositivos semiconductores para protección y para mejorar el rendimiento. Estático dv/dt es una medida de la capacidad de un tiristor para mantener un estado apagado bajo la influencia de un voltaje transitorio. Estos también se utilizan en relés e interruptores para evitar la formación de arcos.

Necesidad de usar un circuito amortiguador

Estos se colocan en los diversos dispositivos de conmutación, como transistores, tiristores, etc. El cambio del estado de ENCENDIDO a APAGADO hace que la impedancia del dispositivo cambie repentinamente al valor alto. Pero esto permite que fluya una pequeña corriente a través del interruptor. Esto induce un alto voltaje a través de los terminales del dispositivo. Si esta corriente se reduce a un ritmo más rápido, el voltaje inducido a través del dispositivo es mayor, y si el interruptor no puede transportar este voltaje, el interruptor se quema. Por lo tanto, es necesaria una ruta auxiliar para evitar que esta alta tensión inducida

Además, cuando la transición es del estado APAGADO al estado ENCENDIDO, debido a la distribución desigual de la corriente en el área del interruptor, se producirá un sobrecalentamiento y eventualmente se quemará. Aquí también, se necesita un amortiguador para reducir la corriente de arranque creando una ruta alternativa.

Los amortiguadores de 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 dentro de su zona de operación segura.
• Reducción de voltajes y corrientes durante condiciones transitorias de encendido y apagado.
• Elimina energía de un transistor de conmutación y disipa energía en una resistencia para reducir la temperatura de unión.
• Limitación de la tasa de cambio de voltaje y corrientes durante transitorios.
• Reduzca el timbre para limitar el voltaje máximo en un transistor de conmutación y reduzca su frecuencia.

Diseño de circuitos amortiguadores RC:

Hay muchos tipos de amortiguadores, como RC, diodo y amortiguadores de estado sólido, pero el más utilizado es el circuito amortiguador RC. Esto se aplica tanto al control de la velocidad de ascenso como a la amortiguación.

Este circuito es un condensador y una resistencia en serie conectados entre los terminales de un interruptor. Para diseñar circuitos Snubber. La cantidad de energía a disipar en la resistencia amortiguadora es igual a la cantidad de energía almacenada en los capacitores. Se puede usar un RC Snubber colocado en el interruptor para reducir el voltaje máximo al apagar y encender el anillo. Un circuito amortiguador RC puede ser polarizado o no polarizado. Si supone que la fuente tiene una impedancia despreciable, la peor corriente máxima en el circuito amortiguador es

I = Vo/Rs y I = C.dv/dt

Para un circuito amortiguador RC con polarización directa adecuado, se conecta un tiristor o transistor a un diodo antiparalelo. R limitará hacia adelante dv/dt y R1 limita la corriente de descarga del capacitor cuando el transistor Q1 está encendido. Estos se utilizan como amortiguadores de sobretensiones para mantener el voltaje.

Se puede usar un circuito amortiguador polarizado inversamente para limitar la inversa dv/dt. R1 limitará la corriente de descarga del condensador.

Se utiliza un circuito amortiguador no polarizado cuando se utilizan un par de dispositivos de conmutación en antiparalelo. Para determinar los valores de la resistencia y el capacitor, se puede usar una técnica de diseño simple. Para ello, es necesario un diseño óptimo. Por lo tanto, se utilizará un procedimiento complejo. Estos se pueden utilizar para proteger y tiristores.

Selección de condensadores:

Los capacitores amortiguadores están sujetos a picos altos y corrientes RMS y altas dv/dt. Un ejemplo son los picos de corriente de encendido y apagado en un capacitor amortiguador RCD típico. El pulso tendrá amplitudes pico y RMS altas. El condensador amortiguador debe cumplir dos requisitos. Primero, la energía almacenada en el capacitor amortiguador debe ser mayor que la energía del inductor del circuito. En segundo lugar, la constante de tiempo de los circuitos amortiguadores debe ser pequeña en relación con el tiempo de activación esperado más breve, normalmente el 10 % del tiempo de activación. 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 la misma impedancia del capacitor 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 máximo y tenderá a frustrar el propósito del amortiguador. También será deseable una baja inductancia para R en el amortiguador, pero esto 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 pico en el encendido. La elección normal de R suele ser la composición de carbono o la película metálica. La disipación de potencia de la resistencia 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 la resistencia se selecciona como la de la impedancia característica, el zumbido está bien amortiguado.

Al comparar el diseño rápido con un diseño óptimo, se reducirá la capacidad de potencia de la resistencia amortiguadora requerida. Por lo general, el diseño "rápido" es bastante adecuado para el diseño final. La adopción del enfoque "óptimo" solo es posible si la eficiencia energética y las limitaciones de tamaño dictan la necesidad de un diseño óptimo.

Uso de circuitos amortiguadores RC:

Debido a su funcionalidad, como se mencionó anteriormente, los tiristores, triacs y relés necesitaban circuitos amortiguadores para controlar el aumento de voltaje.

Además, se puede elegir el factor de amortiguamiento. Un factor de amortiguamiento 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 máximo al apagar y encender el anillo.