Transcript
فناوری و تحقیقات و علوم وزارت
( تفرش (دانشگاه
موضوع:
مداراتضربه )(گیر ارایه
خدابخش .1:دهندگان.2احمدیان صمدی عرفان
مقدم:ه
هادی نیمه الکترونیک عناصر بر ، قدرت الکترونیک مدارات درنیمه عنصر تحمل قابل و مجاز حد از باالتر الکتریکی ،فشارهای قدرت
. بازیابی فرآیند بخاطر الکتریکی فشار این شود می وارد هادیاندوکتانسدر وجود هنگام زنی کلید ،عمل قدرت معکوسعناصر
. مدارهایی در حتی دهند می رخ مبدل مدارهای در گذرا ،ولتاژهای مدار . کوتاه اتصال خطای شرایط است ممکن اند شده طراحی دقت به که
می قطعه از زیاد خیلی جریان عبور به منجر که باشد داشته وجودبطور. باید هادی نیمه عنصر یک در تلفات از ناشی تولیدی گرمای گردد
کار خود، گرمایی محدوده داخل در تا رود بین از کارآمدی و موثرفراهم. با همواره که است آن نیازمند مبدل یک مطمئن کارکرد کنند
خاطر ، زیاد وگرمای زیاد، زیاد،جریان ولتاژ برابر در محافظت نمودننمی فراتر مجاز مقدارهای از هیچگاه مدار شرایط که باشیم جمع
برابر. ) در قدرت عناصر عمل در گرماگیر( 1روند بوسیله زیاد گرمای( ، همچنین( 2ها و زیاد جریانهای و ولتاژها زیاد dv/dt ,di/dtپیک
قطعه یک با قدرت هادی نیمه قطعه جایگزینی ویا گیرها ضربه بوسیلهجریانهای و ولتاژها پیک از باالتر مشخصات رنج با قدرت هادی نیمه
)3مزاحم،) )، معکوس بازیابی گذرای گذرای( 4سیگنالهای سیگنالهای( ، بار و منبع محافظتمی( 5سمت ، فیوزها از ناشی خطای وضعیت
شوند.
انواع و گیر مداراتضربه عملکرد و کار شرحگیر مبدل :مدارتضربه کار دوره طول در وارده الکتریکی ،فشارهای گیر ضربه مدار
کاهش مدار در رفته بکار قدرت هادی نیمه روی بر را قدرتسطوح گیر ضربه مدار که است صورت بدین میدهد،روشکار
کاری سطوح تا را قدرت هادی نیمه بر شده وارد الکتریکی فشارهایمشخص کاری رنج در سطوح این بطوریکه کاهشمیدهد قدرت عنصر
. گیرد قرار عنصر اطالعات برگه در شدهمی محافظت را قدرت عناصر زیر روشهای به گیر ضربه مدارات
نمایند:1: ولتاژ( اضافه مقابل در حفاظت
ظاهر آن سر دو در قدرت عنصر خاموششدن هنگام در ولتاژ اضافه. شود (TURN-OFF)می
2: جریان( اضافه مقابل در حفاظتمی آن درون از قدرت عنصر شدن روشن هنگام در جریان اضافه
(TURN-ONگذرد. )3(: ولتاژ( سریع تغییرات مقابل در ( dv/dtحفاظت
ظاهر آن سر دو در قدرت عنصر خاموششدن هنگام در ولتاژ تغییرات(. شود (TURN-OFFمی
4(: جریان( سریع تغییرات مقابل در (di/dtحفاظتمی آن درون از قدرت عنصر شدن روشن هنگام در جریان تغییرات
(TURN-ONگذرد. )روشن( 5 زمانهای در قدرت عنصر سوییچینگ نمودار به دهی فرم
( : قدرت عنصر خاموششدن و (TURN-ON( -)TURN-OFFشدن
براساس گیر مداراتضربه انواعوساختار :توپولوژی
1:) خازنی( ) - مقاومتی غیرقطبی گیر ضربه UNPOLARIZED)مداراتRC SNUBBER)
ولتاژ اضافه مقابل در تریستورها و دیودها حفاظت برای مدارات اینمی معکوسبکار بازیافت زمان در ولتاژ سریع تغییرات همچنین و
روند.2(:) خازنی( ) - مقاومتی قطبی گیر ضربه POLARIZED RCمدارات
SNUBBER)خاموششدن قسمت نمودار به دهی شکل برای مدارات این
می بکار سوییچ خاموششدن زمان طول در پذیر کنترل سوییچهایسریع. تغییرات همچنین و ولتاژ اضافه مقابل در را سوییچها و روند
. کنند می محافظت سوییچ خاموششدن زمان در ولتاژ3(:) سلفی( ) - مقاومتی قطبی گیر ضربه POLARIZED LRمدارات
SNUBBER)شدن روشن قسمت نمودار به دهی شکل برای مدارات این
می بکار سوییچ شدن روشن زمان طول در پذیر کنترل سوییچهایسریع. تغییرات همچنین و جریان اضافه مقابل در را سوییچها و روند
. کنند می محافظت سوییچ شدن روشن زمان در جریان
: است شده داده نشان گیر ضربه نوع سه این ساختار زیر شکلهایشکل ) - 1در ،در( دهد می نشان را قطبی خازنی مقاومت گیر یکضربه
می بسته تریستور یا و ترانزیستور با موازی بطور دیود یک مدار اینگیرد می قرار مدار معکوسدر بطور دیود که است بذکر الزم و شود
. زیر مدوارات در است شده داده نشان شکل در که ( R1>R)همانطورمقاومت و هدایتمستقیم )Rاست ولتاژ افزایشسرعت ( dv/dtمیزان
و کند می محدود طراحیشده مقدار در آنرا و نماید می کنترل رامقاومت شود وصل می R1وقتیقطعه محدود را خازن تخلیه جریان
کند.
- 2شکل ) می( نشان معکوسرا قطبی خازنی مقاومت گیر یکضربهولتاژ ) افزایشسرعت مقدار که ، این( dv/dtدهد نمایددر می محدود را
مقاومت طریق R1مدار از خازن و کند می محدود را خازن تخلیه جریان. یابد کاهشمی قطعه تلفات نتیجه در و گردد نمی تخلیه قطعه
- 3شکل ) که( دهد می نشان را غیرقطبی خازنی مقاومت گیر یکضربهشده بسته باهم موازی معکوسو بطور که تریستور یکجفت آن در
. باشد داشته کارایی جهت دو در باید گیر ضربه مدار و اند
گیر (1) مدارضربهخازنی- مقاومت
قطبی
گیر (2) مدارضربهخازنی- مقاومت
معکوس قطبی
گیر (3) مدارضربهخازنی- مقاومت
غیرقطبی
و طراحیساخت
مداراتضربه برای گیردیودها
گیر ضربه مدار ساخت و طراحیدیود الزم :برای شویم دیود برای گیر ضربه مدار مبحثطراحی وارد اینکه از قبل
. جریان دهیم قرار بررسی و بحث مورد را دیود بازیافت استمشخصهو اکثریت خالصحاملهای اثر از ناشی بایاسمستقیم در دیود یک در
سپس و بوده هدایتمستقیم حالت در دیود یک هنگامیکه است، اقلیتوجود خاطر به یابد،دیود کاهشمی صفر به آن مستقیم جریان
پیوند در که اقلیت به PNحاملهای اند شده ذخیره هادی نیمه ماده خود و . با مجدد ترکیبشدن برای اقلیت حاملهای دهد می ادامه کردن هدایت
این که دارند نیاز مشخصی زمان به خنثیشدن مخالفو بارهای . نمودار زیر شکل در میشود معکوسنامیده بازیافت ،زمان زمان
زمان نمودار این در است شده رسم اساسزمان بر دیود جریانمعکوسبا که trrبازیافت ای لحظه اولین واز است شده داده نشان
به % آن مقدار که زمانی تا گذرد می صفر از دیود جریان 25جریان پیک.Irrمعکوس میکشد طول میرسد
معکوس بازیافت :trrزمان است مولفه دو شاملزمانی( 1 :taمولفه
جریان taزمان عبور زمان و بوده پیوند تخلیه ناحیه در بار ذخیره ،زمانمعکوس جریان پیک تا صفر .Irrاز باشد می
زمانی( 2 :tbمولفه. )tbزمان نسبت و است هادی نیمه در بار ذخیره زمان ،ta/tb )ضریب
.SFنرمی ) میشود( نامیده(1 )trr=ta+tb (2 )Irr=ta.di/dt
معکوس بازیافت مشخصه نموداردیود
معکوس بازیافت :trrزمان دارد بستگی زیر فاکتورهای و عوامل بهa. پیوند( دمایb. مستقیم( جریان نزول سرعتc. کموتاسیون( از قبل مستقیم جریان مقدار
معکوس ) بازیافت (:Qrrباربه هدایتمستقیم از حالت تغییر نتیجه در که است بار حاملهای مقدارمقدار گذردو می دیود معکوساز جهت معکوسدر کنندگی حالتسدمعکوس بازیافت جریان مسیر بوسیله شده گرفته دربر سطح از آنرا
. نمود تعیین توان می(3 )Qrr=1/2.Irr.ta+1/2.Irr.trr=1/2Irr.trr(4 )Irr=2Qrr/trr
معادله دادن قرار مساوی :4با 2از داریم (5 )trr.ta=2Qrr/(di/dt)
زمان صورتیکه با tbدر مقایسه :taدر داریم باشد کوچک(6 )trr=(2Qrr/(di/dt))^(1/2)(7 )Irr=(2Qrr*(di/dt))^(1/2)
معکوس بازیافت زمان که میشود نتیجه باال معادالت جریان trrاز ومعکوس شده Irrبازیافت ذخیره بار مقادیر معکوس di/dtو Qrrبه
مستقیم جریان به نیز شده ذخیره بار داردو .Irrبستگی است وابستهدلیل به نشتی جریان بایاسمعکوسباشد،یک حالت در دیود یک اگر
عبور باعث مستقیم ولتاژ اعمال و شد خواهد برقرار اقلیت حاملهایاست نیاز جریان این برقراری میشود،برای دیود از مستقیم جریان
شرکت جریان برقراری در پیوند ناحیه کل در اقلیت حاملهای تمام که،تا بازیافتمستقیم زمان بنام است زمانی دوره نیازمند این و نمایند
. نمایند شرکت جریان برقراری در حاملهابه مستقیم جریان و باشد زیاد مستقیم افزایشجریان سرعت اگر
. بنابراین بسوزد دیود است شود،ممکن اعمال پیوند از کوچکی سطحکلید سرعت و مستقیم افزایشجریان ،سرعت بازیافتمستقیم زمان
. کند می محدود را زنی
در و شده ذخیره مدار اندوکتانسهای در انرژی زیر عوامل وجود اثر درعوامل میشود،این ظاهر قطعه سر دو در گذرا ولتاژهای نتیجه
: از عبارتندمعکوس( 1 بازیافت (:trr)زمانمعکوس( )2 بازیافت (:Irrجریان
ولتاژ ) تغییراتسریع برابر در حفاظت بر عالوه گیر ولتاژ( dv/dtضربه. کند می محدود نیز را قدرت عنصر سر دو گذرای پیک
شده برده بکار گیر مداراتضربه تحلیل و تجزیه برای ما اساسکار . مبدل یک مبدل این بود خواهد باک مبدل ،مدار دیودها حفاظت برای
دیود از آن در که است مدلی هر تحلیل و تجزیه برای نرمال و استاندارد . مدار میشود مشاهده زیر شکل در که همانطور است شده استفاده
مقاومت شامل دیود محافظ گیر خازن Rsضربه تجزیه Csو برای استدر را زیر فرضهای هستند دیود شامل که گیر مداراتضربه تحلیل و
: گیریم می نظرa )کاهش آرامی به و پیوسته معکوسدیود بازیافت جریان
شکل ) در که .2-1مییابد،همانطور میشود( مشاهده زیرb )ثابت سوییچینگ دوره طول در بار جریان و است القایی بار
برابر و . I0باقیمانده است
و تجزیه مرجع صفر زمان و است آل ایده سوییچ که کنیم فرضمیجریان( t=0)تحلیل پیک در دیود جریان که گیریم می نظر در زمانی را
معکوسآن ) . Irrبازیافت تحلیل( و تجزیه برای حالت دو اینجا در باشدتحلیل و تجزیه دیگری و مقاومت بدون تحلیل و تجزیه ،یکی داریم مدار
. مقاومت با مدارمقاومت( )1 بدون مدار تحلیل و (:Rsتجزیه
که ) کنیم :Rs=0فرضمی آنگاه( Il(0)=Irr
Vcs(0)=0: خرابمیشود ،دیود شود برقرار زیر معادله صورتیکه در
را خاموشاست دیود هنگامیکه را مقاومت با مدار کل معادل مدار حال: کنیم می رسم
مقاومت صورتیکه زیر( Rs=0)در بصورت آن معادل مدار شود صفراست:
نظر در اندوکتانسبا وجریال خازن ولتاژ موجهای شکل زیر نمودار درمقاومت پایه( )Rs=0)گرفتن خازن .Cs=Cbaseو است( شده رسم
معادله :kvlحال داریم و نویسیم می را مدار معادل حلقه
را مدار :W0فرکانسطبیعی گیریم می نظر در
: کنیم تعریفمی زیر بصورت را پایه خازن
: کنیم مرتبمی زیر بصورت مبنا اساسخازن بر را یک معادله حال
ماکزیمم مقدار بگیریم مشتق زمان به نسبت باال ازمعادله صورتیکه در: داریم آیدو می بدست خازن ولتاژ
رسم زیر اندوکتانسدر جریان و خازن ولتاژ موجهای شکل نمودار: اند شده
همان دیود سر معکوسدو ولتاژ ماکزیمم حالت این محاسبه Vcsmaxدرماکزیمم مقدار از کوچکتر مقادیر برای و است قبل قسمت در شده
. میشود کمتر دیود سر معکوسدو ولتاژ ،ماکزیمم فوقمقاومت( )2 با مدار تحلیل و (:Rsتجزیه
: داریم را زیر اولیه شریط با زیر معادله حالت این در
: داشت خواهیم را زیر جواب شود حل باال معادله صورتیکه در
می قرار مساویصفر را حاصل و گرفته مشتق باال معادله از حالماکزیمم زمان مقدار و برابر( :tm)دهیم که کنیم می محاسبه را
ولتاژ ،مقدار معادله جواب در ماکزیمم زمان مقدار جایگزینی با: آید می بدست دیود سر دو ماکزیمم
: است تعریفشده زیر بصورت پایه مقاومت مقدار باال معادله در
برای دیود ،اندوکتانسو خازن جریان و ولتاژ نمودارهای زیر شکل درصفر مرجع با :t=0زمان است شده رسم
مقاومت توسط نوسانات که میشود مشاهده نمودارها این Rsدرمقاومت مقادیر به دیود سر دو ولتاژ وماکزیمم میشود کاهشداده
Rs خازن دلخواه Csو خازن مقدار برای است وابسته دو ،ولتاژ Csهرمقاومت مقدار به .Rsدیود دارد بستگی
شده رسم گیر مداراتضربه طراحی نرمالیزه نمودار زیر شکل دربر دیود ولتاژ ماکزیمم و مقاومت نرمالیزه مقدار نمودار این ،در است
. مقادیر نمودار از حال است شده رسم خازن نرمالیزه اساسمقدار: کنیم می محاسبه را مدار کل انرژی
مقاومت در تلفشده انرژی :Rsمحاسبه
مقاومت در تلفات مقدار باال معادله با Rsدر است شده نرمالیزهاندوکتانس در شده ذخیره انرژی وپیک زیر در شده داده مقدار
. خاموشمیشود دیود ،هنگامیکه مدار
با : است برابر خازن در شده ذخیره انرژی جریان سیکل انتهای در
دیود در دیود بعدی شدن روشن هنگام در خازن انرژی مقدار این که: . برابر آن گیر ضربه و دیود در تلفشده انرژی کل تلفمیشود
براساس دیود در تلفشده انرژی کل نرمالیزه نمودار زیر شکل درنرمالیزه می Csخازن مشاهده نمودار این ،از است شده داده نشان
که یابد کاهشمی آرامی به هنگامی ولتاژدیودتنها ماکزیمم که شودخازن . Csمقدار مقدار بهرحال کند افزایشپیدا آن پایه مقدار حول
خازن با بصورتخطی انرژی کل . Csتلفات اینصورت در افزایشمییابدو کنیم می انتخاب آن پایه خازن حدود در مقداری را گیر ضربه خازن
.Rsمقاومت آوریم می بدست نمودار از را
به بایاسمعکوسدیود جریان که فرضکردیم باال تحلیل و تجزیه درتابع بصورت و تاخیر با جریان این عمل در اما کند می تغییر سرعتمعادالت جوابهای یکسانی و هماهنگی برای و یابد می تغییر نمایی
و نمود اضافه مدار در زمان با متغییر جریان منبع یک ،باید باال. داد انجام کامپیوتر با را محاسبات
ساخت ) و طراحیگیر مداراتضربه
تریستورها (برای
می معکوستولید بازیافت جریان دیودها، همانند نیز تریستورها درموجود اندوکتانسهای وجود معکوسبعلت بازیافت جریان این که شود
از استفاده عدم صورت در که نموده ولتاژهایی اضافه تولید مدار، در . مبدل مدار زیر شکل در دید خواهد صدمه ،تریستور گیر مداراتضربه
این ،در است شده داده نشان فاز سه تریستوری مبدلهای برای باکمنبع اندوکتانسهایسمت این acمدار که اند شده داده نشان
اندوکتانسهای و خط اندوکتانسهای معادل اندوکتانسهاطرف باشندو می جریان dcترانسفورماتور منبع با نیز مدل idمدار . جریان کنیم فرضمی است .idشده است پیوسته
: فاز سه منبع هرفاز ولتاژهای
تریستورهای که کنیم هدایتمی T2و T1فرضمی و هستند روشنتریستور وگیت تاخیر T3کنند زاویه از .αبعد میشود تریگر
است،جریان شده داده نشان زیر شکل در که تریستور idهمانطور بینT1 فاز به تریستور aکه تا است فاز T3متصل به در bکه است وصل
جریان نوسان است،عامل .Vbaولتاژ idجریان است
تریستورهای شامل که T1و T3مدار است شده داده نشان زیر شکل درتریستور مدار این تریستور T3در و حال T1روشن در و خاموشاست
جریان معکوسخودشبا زمان iơ=Irrبازیافت . WT1در فرضمی استولتاژ منبع یک زیر شکل ولتاژ منبع ثابت DCکنیم مقدار زمان vbaبا در
WT1 . فرکانس با ولتاژهای آهسته و آرام تغییرات بخاطر این و 60باشدجریانهای دارای و فرکانسباال با و سریع ولتاژهای با مقایسه در هرتز
. جریان و ولتاژ موجهای شکل است ولتاژها این مدارات بین زودگذر. است دیودی گیر مداراتضربه شبیه آن گیر ضربه مدار
حالت بدترین در را امپدانسخط گیر، ضربه مدار طراحی worst)برایcase )5برابر: داریم% را زیر معادله اینصورت در کنیم می انتخاب
(1)
VLL. خطاست: موثر ولتاژ
Id. است: بار جریانحالت ) بدترین در مدار طراحی مقدار( WORST CASEبرای ولتاژ منبع
یعنی خود زاویه VLLماکزیمم مقداردر این که دارد بدستمی α=90رامعکوسبرابر بازیافت زمان کنیم فرضمی و . 10µSآید بنابراین است
مقدار برابر و ثابت ولتاژ ،تغییرات جریان تغییرات طول در فرضکنید. VLLماکزیمم تریستور در جریان افزایشتغییراتسرعت مقدار است
T1: با است برابر
(2)
(3)
خازن بهینه مقدار که گرفتیم یاد دیود برای گیر مبحثطراحیضربه ازبا : است برابر گیر CS=CBASEضربه
(4)
اندوکتانس مقدار معادله )LCحال از براساس (1را حساب W=337باالمقدار همچنین و معادله )Irrکرده از معادله( )3را در و آورده ( 4بدست
: داریم حاال کنیم می جایگزین
(5)
بدست زیر نرمالیزه نمودار از را گیر ضربه بهینه ومقاومت: ،داریم آورده
کنیم فرضمی اینجا .RS=ROPT=1.3RBASEدر است
(6)
معادله ) :3از داریم(
(7)
که است مهم نکته این به گیر،توجه ضربه مدار هر تلفات تخمین برایزاویه دارای شرایط بدترین در تریستور سر دو موج است α=90شکل
. تلفات که کرد ثابت توان می و است شده داده نشان زیر شکل در کهبرابر : گیر ضربه مدار هر
فاز سه مبدل ظاهری توان تلفات Sبرابر( KVA)اگر آنصورت در باشد: با است برابر گیر ضربه مدار هر
معادله ) از :5یا داریم(
هر برای توان می طریق اندوکتانسخط trrبدین مقدار هر و دلخواهگیر ضربه مدار مقاومت و خازن مقادیر و داد انجام مشابهی محاسبات
. آورد بدست را
ساخت ) و طراحیگیر مداراتضربه
ترانزیستورها (برای
برای ) گیر مداراتضربه ساخت و طراحی(ترانزیستورها
ترانزیستورها، ولتاژ جریان نمودار مسیر تغییر با گیر مداراتضربهولتاژ اضافه و جریان اضافه از ناشی احتمالی صدمات مقابل در را آنها
. ضربه نوع سه از ترانزیستورها از محافظت برای کنند محافظتمی: میشود استفاده زیر بشرح گیر
گیرهای( 1 (turn-off)ضربهگیرهای( )2 (turn-onضربهگیرهای( )3 (over voltageضربه
مدارات در باال گیر مداراتضربه کاربرد که دهیم نشان اینکه برای حالگونه هیچ بدون را باک مبدل مدار ،یک است سطحی چه در سوییچینگ
. شکل دهیم می قرار بررسی مورد آن ساختمان در گیری ضربه مدار . مختلف قسمتهای اندوکتانسهای است شده رسم زیر دیاگرام در مدار
. است شده داده نشان جداگانه بطور مدار
قدرت ترانزیستور یک شکل در موجود تمام BJTترانزیستور و استقبیل از پذیر کنترل سوییچهای سایر مورد در آن به مربوط محاسبات
MOSFET,IGBTS. است درست وغیرهاست عبارت آن کالکتور جریان و است روشن ترانزیستور فرضکنید
از:ic=I0
زمان ککلکتور t=0در ولتاژ حالت این در خاموشمیشود ترانزیستورتا مختلفمدار قسمتهای در جریان اما نماید افزایشمی به شروع آن
. t1زمان کرد هدایت به شروع چرخشآزاد دیود هنگامیکه ماند ثابتمیکاهش وسرعت کند می شدن کم به شروع کلکتور جریان آنصورت در
. ولتاژ دارد بستگی آن پایه درایو و ترانزیستور مشخصات به جریان. میشود بیان زیر معادله توسط ترانزیستور (1)کلکتور
اندوکتانس مقدار اینجا :Lơدر با است برابر
(2)
می اثر ولتاژ پیک روی بر مدار در موجود پراکنده اندوکتانسهای وجودکلکتور افزایشجریان سرعت بطوریکه . dic/dt)گذارد در( گردد منفی
مقدار t3زمان تا کلکتور ،ولتاژ جریان افت انتهای زمان پایین Vdیعنی . روشن ترانزیستور هنگامیکه ماند ثابتمی مقدار همان در و آید می
زمان ترانزیستوردر کلکتور افزایشمی t4میشود،جریان به شروعدرایو و ترانزیستور مشخصات به جریان افزایشاین سرعت که کند
معادله ) و دارد بستگی آن سرعت( 1پایه چون اما است برقرار هنوزکمی( dic/dtافزایشجریان ) ترانزیستور کلکتور ولتاژ است مثبت
از تر . Vdپایین جریان بخاطر خاموشاست چرخشآزاد دیود چون استکلکتور ،جریان معکوسآن جریان icبازیافت . IOاز دیود میشود زیادتر
زمان در کلکتور t5چرخشآزاد ولتاژ و زمان vcبازیافتمیشود t6در . مشخصات به کلکتور سرعتکاهشولتاژ یابد کاهشمی صفر به
. دارد بستگی آن پایه درایو و ترانزیستورسوییچها وجایگاه حالت نمودار توسط سوییچینگ موجهای اینشکل
. است شده رسم زیر شکل در
هم را آل ایده یکسوییچ حالت ،نمودار چین خط ،نمودار باال شکل درشدن روشن زمان شدن( )turn-on)برای خاموش زمان برای هم -turnو
off . که( است فرضشده آل ایده سوییچ در دهد می نشانصفر معکوسدیود بازیافت نداردوجریان وجود پراکنده اندوکتانسهای
با. ترانزیستور ولتاژ و جریان صورتیکه در که دهد می نشان این استروشن هنگام در ترانزیستور بر زیادی الکتریکی فشار شوند زیاد همناگهانی تلفات باعث بنابراین و میشود وارد خاموششدن و شدن
. شد خواهد زیادی انرژیa )ولتاژ از فراتر به کلکتور اندوکتانسهای Vdافزایشولتاژ اثر در
. است مدار پراکندهb )جریان از فراتر به کلکتور بازیافت I0افزایشجریان جریان اثر در
. است چرخشآزاد معکوسدیودفشارهای کاهشاین برای گیر مداراتضربه از نیاز صورت در
. کنند می استفاده الکتریکینظر در شود آسان و راحت گیر مداراتضربه تحلیل و تجزیه اینکه برای
: است ضروری زیر فرضهای داشتنثابتسرعت( 1 وبامقدار است خطی ترانزیستور جریان تغییرات
کلکتور ) کاهشجریان به( di/dtافزایشو تنها و کند می تغییر. دارد بستگی آن پایه درایو و ترانزیستور مشخصات
کلکتور( )2 کاهشجریان افزایشو و( di/dtسرعت روشن زمان درمدارات نمودن اضافه با اما است متفاوت ترانزیستور خاموششدن
بر گیر ضربه مدار نمودن اضافه کند،یعنی نمی چندانی تغییر گیر ضربه. ندارد اثر آن روی
1) : ترانزیستور خاموشبودن حالت برای گیر ضربه مدار(TURN-OFF SNUBBER)
گیر ضربه مدار بکارگیری از مدارات( TURN-OFF)هدف ساختمان دردر است ترانزیستور دوسر در صفر ولتاژ نمودن فراهم ترانزیستوری
. موازی با کار این و خاموشمیشود ترانزیستور جریان هنگامیکهترانزیستور ) مدار( )BJTنمودن یک که( RCDبا میشود،همانطور انجام
. است شده داده نشان زیر شکل در
پراکنده اندوکتانسهای از مدار تحلیل و تجزیه سادگی برای جا، این در . جریان ترانزیستور خاموششدن از قبل است شده صرفنظر مدار
آن . I0=icکلکتور مدار هنگامیکه است صفر ترانزیستور دوسر ولتاژ وخاموشمی را ترانزیستور و است وصل مدار به گیر ضربه
،جریان ثابت icکنیم مقدارشیب و di/dtبا کند کاهشمی به شروعدیود( I0-icجریان ) طریق خازن Dsاز برای Csاز ،بنابرای کند می عبور
جریان افت :tfiزمان است زیر بصورت خازن جریان معادله
(1)
خازن جریان زمان icsهنگامیکه سر t=0در دو ولتاژ میشود، صفر برابردیود هنگامیکه در است ترانزیستور سر دو ولتاژ همان که هنوز Dsخازن
با : است برابر نماید می هدایت
(2)
ولتاژ حد در آن مقدار زمانیکه تا خازن شارژ ولتاژ مقدار نرسد Vdاینترانزیستور جریان نزول زمان طول بود tfiدر دسترسخواهد در
. است شده داده نشان زیر شکل در حالتفوق دهنده نشان معادل مدار
سه برای ترانزیستور و دیود و خازن جریان و ولتاژ موجهای شکلمختلفخازن .Csمقدار است شده داده نشان زیر شکل در
خازن برای میشود مشاهده شکل از که را Csهمانطور زیر حالت سهداریم:
a )خازن مقدار خازن Csاگر شارژ ولتاژ آنگاه باشد از Vcsکوچک قبلترانزیستور جریان افت زمان خود tfiاینکه مقدار ماکزیمم به شود تمام
ولتاژ چرخشآزاد Vdیعنی دیود هنگام دراین رسد و Dfمی شده روشنمقدار در را ترانزیستور و خازن سر ولتاژدو برشمی Vdمقدار
خازن سر دو ولتاژ ،چون نتیجه Vcsدهد در ثابتمیشود مقدار یک برابرخازن شارژ .ics=c.dvcs/dtجریان میشود صفر برابر
b )مثال انتخابشود طوری خازن ولتاژ مقدار شارژ CS=CS1اگر ولتاژ ،کهترانزیستور جریان افت زمان انتهای در دقیقا ولتاژ tfiخازن Vdبرابر
ولتاژ مقادیر جایگزینی با آنصورت در زمان Vcs=Vdشود معادله t=tfiو درخازن ----- ظرفیت :CS1باال پسداریم میشود محاسبه
(3)
c )خازن مقدار از Csاگر مثال باشد که Cs1بزرگ ،همانطور باشد بزرگتردر کند افزایشمی به آرامیشروع به خازن ولتاژ است پیدا شکل از
ترانزیستور جریان افت زمان از باالتر خود tfiزمانی ماکزیمم مقدار بهزمانی Vdیعنی بازه از خارج در رسد، برابر tfiمی خازن و I0جریان
مقدار به آرامی به و بصورتخطی ترانزیستور و خازن Vdولتاژ( . ترانزیستور حالت گذر نمودار یابد سه( switch lociافزایشمی برای
. است شده داده نشان زیر شکل در بحث مورد خازن مقدار
گیر ضربه مدار که کنیم فرضمی و( turn-off)حال دارد وجودحالت در را ترانزیستور رفتار اینکه ،برای میشود روشن ترانزیستور
صفر گیر مقاومتضربه کنیم فرضمی نماییم بررسی بودن روشندیود. و مقاومت خالصبدون گیر ضربه مدار یک اینصورت در باشد
. کنید می مشاهده زیر شکل در که همانطور داشت خواهیم
گیر ضربه خازن روشنشدن Csوجود جریان مقدار که باعثمیشودجریان icترانزیستور مجموع مقدار معکوسدیود I0از بازیافت جریان و
Df کلکتور جریان تغییرات سرعت که کنیم فرضمی ما ، شود زیادترdic/dt . ناحیه است ثابت ترانزیستور شدن روشن زمان طول در ثابت
دهد می نشان را گیر ضربه خازن شارز مقدار باال شکل در زده هاشور . مدار در برده بکار خازن به بسته گردد می تخلیه ترانزیستور در که
از یکی ،معادل باال خورده هاشور ناحیه در خازن شارژ مقدار گیر ضربه. است زیر شکل خورده هاشور نواحی
کاهشمی بسرعت ترانزیستور ولتاژ نباشد گیر ضربه خازن اگر . شکل در که همانطور باشد کوچک آن ولتاژ افت زمان صورتیکه ،در یابد
. شروع دوره طول در تلفشده انرژی بنابراین میشود مشاهده زیر . گیر ضربه خازن وجود بود خواهد کوچک ولتاژ نمودن تغییر در Csبه
باعث بطوریکه دهد افزایشمی را ولتاژ افت زمانی دوره ،طول مدار. میشود ترانزیستور در اضافی انرژی تلفات
خازن تخلیه دوره طول در ترانزیستور در تلفشده اضافی انرژی: میشود بیان زیر معاذله توسط
(4)
خازن در شده ذخیره انرژی معادل راست سمت معادله اول قسمت . قسمت تلفمیشود آن در ترانزیستور شدن روشن زمان در که استرا ترانزیستور در تلفشده اضافی انرژی یک راست سمت معادله دوم
تلفشده انرژی مقدار از بیشتر انرژی مقدار این که دهد می نشان . کاهش زمانی دوره افزایشطول بخاطر انرژی این است اول قسمت
گیر ضربه خازن نمودن اضافه اثر در که است . Csولتاژ است مدار بهحضور در حالتروشن در ترانزیستور ولتاژ و جریان موجهای شکل
گیر ضربه مدار اینجا . Rsمقاومت در است شده داده نشان زیر شکل درحفاظت برای گیر ضربه مدار بعنوان خازن فقط که حالتی با متفاوت
و است سریع کاهشولتاژ که فرضکرد توان ،می داشتیم ترانزیستوردرحالت گیر ضربه مدار وجود اثر در اضافی انرژی تلفات بنابراین
. خازن در شده ذخیره انرژی مقدار ندارد وجود ترانزیستور شدن روشن: آید می بدست زیر معادله از تلفمیشود گیر مقاومتضربه در که
(5)
را گیر مقاومتضربه مقدار میشود، دیده زیر شکل در که همانطوراز کمتر مقاومت از عبوری جریان پیک که کرد انتخاب طوری باید
معکوس بازیافت :Irrجریان داریم اینصورت در باشد چرخشآزاد دیود
(6)
مقدار که کند تالشمی معموال مدار حد Irrطراح در از 0.2I0را کمتر ویا: با است برابر تقریبا باال پسمعادله سازد، محدود آن
(7)
باال دوشکل ،مقایسه باال در شده گرفته نظر در براساسفرضیاتو فواید دارای مدار، در گیر مقاومتضربه افزودن که دهد می نشان
: است ترانزیستور شدن روشن زمان در زیر مزایایتلفمی( 1 گیر مقاومتضربه در خازن در شده ذخیره انرژی تمام
مقاومت. خنکسازی استچون بهتر خنکسازی برای این که شود. است ترانزیستور از راحتتر
گیر( 2 ضربه مدار اثر در ترانزیستور در اضافی انرژی -TURN)تلفاتOFF. ندارد( وجود
گیر( 3 ضربه مدار توسط دهد عبور باید ترانزیستور که جریانی پیک(TURN-OFF. کند( نمی افزایشپیدا
گیر ضربه خازن مقدار آوردن بدست تلفشده Csبرای انرژی ،نمودارانرژی همچنین و آن شدن روشن زمانی دوره طول در ترانزیستور در
گیر مقاومتضربه در خاموش Rsتلفشده زمانی دوره طول در راخازن مقدار از تابعی بعنوان را ترانزیستور در Csشدن که ،همانطور
. اساسفرضیات بر کنند می ،رسم کنید می مشاهده زیر شکلگیر مقاومتضربه مقادیر به نمودارها ،این و Rsقبلی هستند وابسته
گیر ) ضربه مدار وجود اثر در ترانزیستور در اضافی انرژی -turnتلفاتoff. ندارد( وجود ترانزیستور شدن روشن زمان در
گیر ضربه مدار :Csخازن انتخابمیشود زیر براساسمعیارهایبایاس( 1 اطمینان قابل کاری ناحیه در دقتسوییچ داشتن نگه
معکوس.خنک( 2 برای نظر مورد براساسشرایط ترانزیستور کاهشتلفات
. ترانزیستور سازیطول( 3 در ترانزیستور در تلفشده انرژی مجموع داشتن نگه پایین
گیر مقاومتضربه در تلفشده انرژی و آن خاموششدن زمانی دورهRs. است شده داده نشان بصورتخطچین زیر شکل در که ،همانطور
معادله ) از را گیر مقاومتضربه مقدار خازن( 7ما و آوریم می بدستگیر حساب Csضربه بخشقبل در شده داده محاسباتشرح طبق نیز را
مینیمم در که شود مطمئن باید مدار حالتطراح این ،در کنیم میزمان دارای گیر ضربه ،خازن ترانزیستور شدن حالتروشن زمان
تر،مثال پایین سطح ولتاژ به تخلیه برای بودن 0.1Vکافی موثر جهتگیر ) بعدی( turn-offضربه شدن روشن زمانی دوره درطول
. است ترانزیستورضربه خازن ،تخلیه ترانزیستور شدن حالتروشن زمانی دوره طول در
: است آمده زیر در ثابت زمانی ثابت با گیر
(8)
(9)
خازن تا میکشد طول زمانیکه مدت مقدار Csبنابراین تخلیه 0.1Vdتابا : است برابر گردد
ولتاژ : )(1 اضافه حالت برای گیر ضربه OVER VOLTAGEمدارSNUBBER)
خاموشترانزیستور حالت گیر مداراتضربه که بخشقبل TURN-OFF)درSNUBBER )پراکنده اندوکتانسهای از تحلیلها و تجزیه در دادیم شرح را
. اضافه نداشتیم ولتاژ اضافه آنجا در بنابراین نمودیم صرفنظر مداروضعیت در مدار پراکنده اندوکتانسهای اثر در آمده بوجود ولتاژهای
مدارات توسط ،متوانند زیر شکل قبیل از ترانزیستور خاموشبودنمقدار مینیمم به زیر شکلهای در شده داده نشان ولتاژ اضافه گیر ضربه
. شوند کاهشداده خود
معادله و نموده جمع باهم را مدار اندوکتانسهای همه که فرضنمایید: باشد زیر بصورت آن مجموع
(1)
: گردد می بیان زیر در ولتاژ اضافه گیر ضربه مدار کار طرزاینصورت در کند می هدایت و است روشن ترانزیستور کنیم فرضمی
گیر ضربه خازن سر دو ولتاژ VC,OVولتاژ .Vdبرابر است ترانزیستور جریان افت زمان خاموششدن BJTفرضکنید موقع در
. از عبوری جریان کنید می مشاهده که همانطور است کم خیلیبرابر مدار از . I0اندوکتانسپراکنده عبوری جریان وقتیکه است
چرخش دیود داخل از خروجی جریان و کند می تنزل صفر به ترانزیستورمی Dfآزاد مشاهده زیر شکل در که همانطور وضعیت این در گذرد می
چرخشآزاد دیود جریان Dfکنید اتصال I0و بصورت و ترکیبشده باهمزیر شکل در که همانطور ترانزیستور و میشوند ظاهر مدار در کوتاه
. است باز مدار کنید می مشاهده
مدار اندوکتانسپراکنده در شده ذخیره انرژی هنگام این طریق Lơدر ازافزایشولتاژ Dovدیود گیر ضربه مدار خازن شارژ به . Covشروع در میکند
ترانزیستور سر دو افزایشولتاژ تغییرات ما حالت برابر ΔVCEاینخازن سر دو ولتاژ خازن COVتغییرات خازن COVاستپسما یک با را
در آن معادل مدار کنیم می جایگزین است اولیه شارژ دارای که آن معادل: داریم صورت این در است شده رسم زیر شکل
و کنیم می اندوکتانساستفاده و خازن در شده ذخیره انرژی ازمعادالتبرابرند هم با ترانزیستور و خازن سر دو ولتاژ تغییرات که داریم توجه
: پسداریم ΔVCE= ΔVC,OV
(2)
افزایشولتاژ تغییرات نمودن مینیمم برای که دهد می نشان باال معادلهخازن مقدارظرفیت باید ترانزیستور سر انتخاب COVدو بزرگ را
مدار. اندوکتانسپراکنده جریان هنگامیکه می Lơکرد تنزل صفر بهافزایشولتاژ . گیر ضربه مدار مقاومت چون دارد ROVکند وجود شکل در
می برقرار مقاومت طریق معکوساز جهت با را خود مسیر جریان اینولتاژ مقدار تا خازن افزایشولتاژ تغییرات و . Vdکند کند می پیدا کاهش
یعنی خازن تخلیه زمانی باشد COV ROVثابت کوچک کافی اندازه به بایدولتاژ مقدار تا ترانزیستور خاموششدن بعدی سیکل از قبل تا خازن که
Vd . خازن مناسب مقدار تخمین برای گردد موجهای COVتخلیه شکل نمودارداده نشان زیر شکل در آن بدون و گیر ضربه مدار با مدار ولتاژ و جریان
. است شده
گیر ضربه بدون مدار به مربوط موج شکل نمودار از که همانطورافزایشولتاژ از مقدار kVdپیداست توان می گیر ضربه بدون مدار در
: پسداریم کرد محاسبه را اندوکتانسپراکنده
(3)
برابر ترانزیستور سر دو ماکزیمم تغییرات اگر مثال باشد 0.1Vdبعنوان: داریم آنگاه
: داریم باال معادله دو تکیب از
خازن با مقایسه .Covخازن Cs1در کرد بازنویسی زیر بصورت توان می را
گیر مداراتضربه خازنهای ظرفیت که دهد می نشان باال مقایسهگیر مداراتضربه خازنهای ظرفیت از بزرگتر ( turn-off)افزایشولتاژ
. این. و است هم مانند مدار هردو مقاومتهای در تلفشده انرژی اما است. روند بکار نیز باهم توانند می مدار دو
1) : ترانزیستور بودن روشن حالت برای گیر ضربه مدار(TURN-ON SNUBBER)
گیر حالتروشن( TURN-ON)مدارتضربه انرژی کاهشتلفات براینمودن محدود برای همچنین و فرکانسباال سوییچینگ در ترانزیستور
. روند می بکار معکوسدیودها بازیافت جریاناز عبوری جریان توسط ترانزیستور سر دو کاهشولتاژ با مدارات این
. کنند می کار آنهاگیر ) مشئد( TURN-ONمدارتضربه مشاهده زیر شکلهای در که همانطور
. در گیرند می قرار ترانزیستور و چرخشآزاد دیود با سری بطورسر دو خاموش سوییچینگ و روشن سوییچینگ موجهای شکل هردومدار
. هستند هم مثل دیود و ترانزیستور
ولتاژ افت بخاطر شدن روشن هنگام در ترانزیستور سر دو کاهشولتاژاندوکتانس با : Lsدوسر است مساوی کاهشولتاژ تغییرات این است
زمان اینجا کوچک triدر مقادیر برای افزایشجریان زمان برابر. Lsاندوکتانس است شده داده نشان زیر شکل در که همانطور است
جریان تغییرات سرعت و di/dtمقدار ترانزیستور مشخصات توسطبا آن مقدار که کنیم فرضمی و مشخصمیشود آن پایه مدارات
( گیر ضربه بدون مدار . turn-onزمانیکه فرض( همچنین است استمساویجریان وبا باشد چنین نیز معکوسدیود بازیافت جریان که کنیم می
( گیر ضربه بدون مدار هنگامیکه معکوسدیود برابر( turn-onبازیافت استباشد.
باشد مهم ما برای معکوسدیود بازیافت جریان کاهشپیک صورتیکه دراندوکتانس برای بزرگ مقادیر انتخاب است Lsبا امکانپذیر کار این
. است شده داده نشان زیر نمودارهایشکل در که همانطور
: با است برابر افزایشجریان سرعت اینجا در
صفر افزایشجریان زمانی دوره طول در ترانزیستور سر دو ولتاژ و: داریم. زیر معادله دو نمودن ترکیب با است
:معادله آید می بدست روبرو
،اندوکتانس ترانزیستور بودن روشن زمان طول عبور I0جریان Lsدر را . اندوکتانس در انرژی خاموشمیشود ترانزیستور هنگامیکه دهد می
در شده ذخیره انرژی مقدار این و میشود ذخیره گیر ضربه مدارگیر مقاومتضربه در . RLSاندوکتانس در شده ذخیره انرژی تلفمیشود
: با است اندوکتانسمساوی
: از است عبارت گیر ضربه مدار زمانی ثابت
محاسبه : RSبرای لحاظشود باید زیر فاکتور دو
گیر( 1 ضربه مدار ، ترانزیستور خاموشبودن زمانی دوره طول در(TURN-ON )افزایشولتاژ ترانزیستور سر دو در زیر معادله طبق باید
. کند ایجاد
باید( 2 گیر اندوکتانسضربه ،جریان ترانزیستور خاموشبودن زمان در . مثال بعنوان کاهشیابد کم خیلی مقدار یک مدار 0.1I0به ،بطوریکه
فعال ترانزیستور بعدی شدن روشن زمانی دوره طول در گیر ضربهخاموشترانزیستور. حالت زمان مینیمم بنابراین :BJTگردد با است برابر
تولید باعث بزرگ مقادیر با اندوکتانسهایی از استفاده بنابراینزمان تلفات همچنین و میشوند شدن روشن زمان کوچک ولتاژهای
. خاموششدن زمان در افزایشولتاژ سرعت اما است کم شدن روشنخاموششدن نیاز مورد زمان مینیمم طول و کند می زیاد را ترانزیستور
. . میشود گیر ضربه در زیاد تلفات باعnث و دهد افزایشمی رامقاومت اندوکتانس Rsبنابراین باال Lsو فرمولهای طبق گیر ضربه مدار
( . گیر اندوکتانسضربه چون بار( turn-onطراحیمیشوند جریان حامل. رود نمی بکار مدار در بتنهایی و است گران آن استپسقیمت
پایان
top related