خصائص وتطبيقات مكثفات سنابر

ما هو مكثف snubber؟

أ مكثف سنوبر ، المعروف أيضًا باسم المكثف العازل، هو نوع خاص من المكثفات يستخدم لقمع ارتفاع الجهد في الدائرة، وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي، وحماية أجهزة التبديل. يتم توصيله عادةً على التوالي مع المقاوم ثم على التوازي عبر جهاز التبديل (مثل IGBT أو MOSFET أو الثايرستور) الذي يحتاج إلى الحماية، أو عبر عقدة تعاني من ارتفاع الجهد.
وظيفتها الأساسية ليست توفير الطاقة، ولكن "امتصاص" أو "تخزين" الطاقة المفرطة الضارة واللحظية.

الخصائص الرئيسية

تحدد خصائص مكثف snubber أدائه والسيناريوهات القابلة للتطبيق. ميزاته الرئيسية هي كما يلي:

1. تحمل الجهد العالي والقدرة على تحمل النبض العالي

يجب أن تكون قادرة على تحمل ارتفاعات الجهد العالي اللحظية التي تكون أعلى بكثير من جهد التشغيل العادي للدائرة.
يتيح تصميمه ومواده إمكانية تحمل نبضات التيار المتكررة عالية الكثافة دون حدوث أي ضرر.

2. محاثة سلسلة مكافئة منخفضة

هذه هي واحدة من المعلمات الحاسمة لمكثف snubber. تتغير طفرات الجهد بسرعة كبيرة، وإذا كانت المحاثة الطفيلية للمكثف كبيرة جدًا، فإنها ستعيق التغير السريع في التيار، وبالتالي تفشل في امتصاص الارتفاع في الوقت المناسب.

لتقليل ESL، تستخدم مكثفات snubber عادةً هياكل خاصة، مثل:

هياكل الأغشية الرقيقة المصفحة، مثل مكثفات أفلام البولي بروبيلين، هي مكثفات سنوبر شائعة الاستخدام.

حزمة مسطحة: يقلل من مساحة الحلقة الحالية، وبالتالي يقلل من الحث.

تصميم متعدد الدبابيس: يوفر اتصالات داخلية متوازية، مما يقلل بشكل أكبر من ESL ومقاومة السلسلة المكافئة.

3. مقاومة سلسلة مكافئة منخفضة

انخفاض ESR يعني أن المكثف يولد حرارة أقل عند امتصاص الطاقة، مما يؤدي إلى كفاءة عالية وعمر افتراضي طويل.
في تطبيقات التبديل عالية التردد، يعد ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن ESR أحد الأسباب الرئيسية لفشل المكثف.

4. استقرار عالي وعمر طويل

تعمل مكثفات snubber في بيئات كهربائية قاسية وتتطلب ثباتًا في درجة الحرارة وخصائص التردد وعمر خدمة طويل. تتفوق مكثفات أفلام البولي بروبيلين في هذه الجوانب.

5. القدرة على الاستجابة السريعة

يمكنه الاستجابة بسرعة لتغيرات الجهد على مستوى النانو ثانية والشحن والتفريغ في الوقت المناسب.

الوظيفة الأساسية ومبدأ العمل

ببساطة، يستخدم المكثف العازل الخاصية الأساسية المتمثلة في أن الجهد الكهربي عبر المكثف لا يمكن أن يتغير فجأة.
عندما يحدث ارتفاع الجهد: يوفر المكثف مسارًا منخفض المقاومة، حيث يمتص (يشحن) على الفور الشحنة الزائدة الناتجة عن الارتفاع، وبالتالي "تسطيح" ذروة الجهد.

أfter the voltage spike passes : يقوم المكثف بإطلاق (تفريغ) الطاقة المخزنة ببطء من خلال المقاومة المتصلة به على التوالي، مما يؤدي إلى تبديد الطاقة الممتصة على شكل حرارة في المقاومة.

وظيفة المقاومات التسلسلية :

قم بالحد من تيار التفريغ للمكثف لمنع تدفق تيار زائد من التشكل على جهاز التبديل عند تشغيله.
يمكن تحقيق التخميد بواسطة دائرة رنين LC تتكون من مكثفات ودائرة محاثة طفيلية لمنع التذبذب.
مجالات التطبيق الرئيسية
تُستخدم مكثفات Snubber على نطاق واسع في جميع دوائر الطاقة الإلكترونية مع إجراء تبديل سريع وأحمال حثية.

1. تحويل التيار الكهربائي
يستخدم لامتصاص طفرات الجهد على ترانزستورات تبديل الطاقة، وحماية MOSFETs أو IGBTs، وتقليل ضوضاء التبديل، وتحسين التوافق الكهرومغناطيسي.

2. محركات السيارات ومحولات التردد
في الجسر العاكس، يتم توصيل تجاوز الجهد الكهربي بالتوازي مع أجهزة الطاقة مثل IGBTs لقمع تجاوز الجهد أثناء التبديل، والذي يحدث بشكل أساسي بسبب الأحمال الحثية مثل المحركات والمحاثة الطفيلية في الخطوط. وهذا أمر بالغ الأهمية لحماية وحدات الطاقة باهظة الثمن.

3. دائرة تصحيح معامل القدرة
في دوائر تعزيز PFC، تساعد الدوائر العازلة على تسهيل الجهد عند تبديل العقد، مما يحسن الكفاءة والموثوقية.

4. العاكس/المحول
في المعدات مثل محولات الطاقة الشمسية و UPS، يتم استخدامه لحماية أجهزة تبديل الطاقة الرئيسية وضمان تشغيل النظام بشكل مستقر.

5. التدفئة التعريفي
تتضمن هذه التطبيقات تردد تحويل عاليًا، وطاقة عالية، وجهدًا وتيارًا عاليًا للغاية، مما يجعل مكثفات snubber مكونًا وقائيًا أساسيًا.

6. دائرة القيادة بالليزر لأشباه الموصلات
يستخدم لقمع المسامير والرنين في نبض تيار المحرك، مما يضمن استقرار وعمر مخرج الليزر.

7. إلكترونيات السيارات
في وحدات التحكم بمحركات السيارات الكهربائية/الهجينة ومحولات DC-DC، تكون بيئة العمل قاسية ومتطلبات الموثوقية مرتفعة للغاية، لذلك يتم استخدام مكثفات snubber عالية الأداء على نطاق واسع.

8. طباخ التعريفي
أbsorbing the reverse peak voltage on the power transistor is a typical low-cost, high-reliability application.