Đặc điểm và ứng dụng của tụ Snubber

Tụ điện snubber là gì?

A tụ điện snubber , còn được gọi là tụ điện đệm , là một loại tụ điện đặc biệt dùng để triệt tiêu các xung điện áp trong mạch , giảm nhiễu điện từ và bảo vệ các thiết bị chuyển mạch . Nó thường được kết nối nối tiếp với một điện trở và sau đó mắc song song trên thiết bị chuyển mạch (chẳng hạn như IGBT, MOSFET hoặc thyristor) cần được bảo vệ hoặc qua một nút gặp phải hiện tượng tăng điện áp.
Chức năng cốt lõi của nó không phải là cung cấp năng lượng mà là "hấp thụ" hoặc "đệm" năng lượng quá mức nhất thời có hại.

Đặc điểm chính

Các đặc tính của tụ điện snubber xác định hiệu suất của nó và các tình huống áp dụng. Các tính năng chính của nó như sau:

1. Khả năng chịu được điện áp cao và khả năng chịu xung cao

Nó phải có khả năng chịu được các xung điện áp cao tức thời cao hơn nhiều so với điện áp hoạt động bình thường của mạch.
Thiết kế và vật liệu của nó cho phép nó chịu được các xung dòng điện cường độ cao lặp đi lặp lại mà không bị hư hại.

2. Độ tự cảm nối tiếp tương đương thấp

Đây là một trong những thông số quan trọng của tụ điện snubber. Các xung điện áp thay đổi cực kỳ nhanh chóng và nếu độ tự cảm ký sinh của tụ điện quá lớn, nó sẽ cản trở sự thay đổi nhanh chóng của dòng điện, do đó không thể hấp thụ được xung đột biến kịp thời.

Để giảm ESL, tụ điện snubber thường sử dụng các cấu trúc đặc biệt, chẳng hạn như:

Cấu trúc màng mỏng nhiều lớp, chẳng hạn như tụ điện màng polypropylen, là loại tụ điện snubber thường được sử dụng.

Gói phẳng: Giảm diện tích vòng lặp hiện tại, do đó làm giảm độ tự cảm.

Thiết kế nhiều chân: Cung cấp các kết nối nội bộ song song, tiếp tục giảm ESL và điện trở nối tiếp tương đương.

3. Điện trở nối tiếp tương đương thấp

ESR thấp có nghĩa là tụ điện tạo ra ít nhiệt hơn khi hấp thụ năng lượng, mang lại hiệu suất cao và tuổi thọ dài.
Trong các ứng dụng chuyển mạch tần số cao, nhiệt độ tăng do ESR gây ra là một trong những nguyên nhân chính gây ra hỏng tụ điện.

4. Độ ổn định cao và tuổi thọ dài

tụ điện snubber hoạt động trong môi trường điện khắc nghiệt và yêu cầu độ ổn định nhiệt độ, đặc tính tần số và tuổi thọ dài. Tụ điện màng polypropylen vượt trội ở những khía cạnh này.

5. Khả năng phản ứng nhanh

Nó có thể phản ứng nhanh chóng với những thay đổi điện áp ở cấp độ nano giây và sạc và xả kịp thời.

Chức năng cốt lõi và nguyên tắc làm việc

Nói một cách đơn giản, tụ điện snubber sử dụng đặc tính cơ bản là điện áp trên tụ điện không thể thay đổi đột ngột.
Khi xảy ra hiện tượng tăng điện áp: tụ điện cung cấp một đường dẫn có trở kháng thấp, ngay lập tức hấp thụ (sạc) lượng điện tích dư thừa do xung điện tạo ra, do đó "làm phẳng" đỉnh điện áp.

Sau khi điện áp tăng vọt qua đi: tụ điện từ từ giải phóng (xả) năng lượng dự trữ thông qua điện trở mắc nối tiếp với nó, tiêu tán năng lượng hấp thụ dưới dạng nhiệt trong điện trở.

Chức năng của điện trở nối tiếp:

Giới hạn dòng phóng điện của tụ điện để ngăn dòng điện khởi động quá mức hình thành trên thiết bị chuyển mạch khi nó được bật.
Giảm chấn có thể đạt được bằng mạch cộng hưởng LC bao gồm các tụ điện và điện cảm ký sinh của mạch để ngăn dao động.
Các lĩnh vực ứng dụng chính
Tụ điện snubber được sử dụng rộng rãi trong tất cả các mạch điện tử công suất có tác dụng chuyển mạch nhanh và tải cảm ứng.

1. Chuyển đổi nguồn điện
Được sử dụng để hấp thụ các xung điện áp trên bóng bán dẫn chuyển mạch nguồn, bảo vệ MOSFET hoặc IGBT, giảm nhiễu chuyển mạch và cải thiện khả năng tương thích điện từ.

2. Bộ truyền động động cơ và bộ biến tần
Trong cầu biến tần, hiện tượng quá điện áp được kết nối song song với các thiết bị nguồn như IGBT để ngăn chặn tình trạng quá mức điện áp trong quá trình chuyển mạch, nguyên nhân chủ yếu là do tải cảm ứng như động cơ và điện cảm ký sinh trong đường dây. Điều này rất quan trọng để bảo vệ các mô-đun nguồn đắt tiền.

3. Mạch hiệu chỉnh hệ số công suất
Trong các mạch tăng áp PFC, các mạch đệm giúp ổn định điện áp tại các nút chuyển mạch, nâng cao hiệu suất và độ tin cậy.

4. Biến tần/Bộ chuyển đổi
Trong các thiết bị như bộ biến tần năng lượng mặt trời và UPS, nó được sử dụng để bảo vệ các thiết bị chuyển mạch nguồn chính và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

5. Sưởi ấm cảm ứng
Các ứng dụng này liên quan đến tần số chuyển mạch cao, công suất cao, điện áp và dòng điện cực cao, khiến tụ điện snubber trở thành thành phần bảo vệ thiết yếu.

6. Mạch điều khiển laser bán dẫn
Được sử dụng để triệt tiêu các đột biến và tiếng chuông của xung dòng điện truyền động, đảm bảo độ ổn định và tuổi thọ của đầu ra laser.

7. Điện tử ô tô
Trong bộ điều khiển động cơ xe điện/xe hybrid và bộ chuyển đổi DC-DC, môi trường làm việc khắc nghiệt và yêu cầu về độ tin cậy cực kỳ cao, vì vậy tụ điện snubber hiệu suất cao được sử dụng rộng rãi.

8. Bếp từ
Hấp thụ điện áp cực đại ngược trên bóng bán dẫn điện là một ứng dụng điển hình với chi phí thấp, độ tin cậy cao.