ویژگی ها و کاربردهای خازن های اسنابر

خازن اسنابر چیست؟

الف خازن اسنابر که به عنوان خازن بافر نیز شناخته می شود، نوع خاصی از خازن است که برای سرکوب افزایش ولتاژ در مدار، کاهش تداخل الکترومغناطیسی و محافظت از دستگاه های سوئیچینگ استفاده می شود. معمولاً به صورت سری با یک مقاومت و سپس به صورت موازی در سراسر دستگاه سوئیچینگ (مانند IGBT، MOSFET یا تریستور) که نیاز به حفاظت دارد یا در سراسر گره ای که افزایش ولتاژ را تجربه می کند، متصل می شود.
عملکرد اصلی آن تامین انرژی نیست، بلکه "جذب" یا "بافر" انرژی مضر و لحظه ای بیش از حد است.

ویژگی های کلیدی

ویژگی های یک خازن اسنابر عملکرد و سناریوهای قابل اجرا آن را تعیین می کند. ویژگی های اصلی آن به شرح زیر است:

1. مقاومت در برابر ولتاژ بالا و توانایی مقاومت در برابر پالس بالا

باید بتواند در برابر ولتاژ بالا لحظه ای که بسیار بالاتر از ولتاژ معمولی مدار است مقاومت کند.
طراحی و مواد آن را قادر می سازد تا در برابر پالس های مکرر جریان با شدت بالا بدون آسیب مقاومت کند.

2. اندوکتانس سری معادل کم

این یکی از پارامترهای حیاتی یک خازن اسنابر است. نوک ولتاژ بسیار سریع تغییر می کند و اگر اندوکتانس انگلی خازن خیلی زیاد باشد، مانع از تغییر سریع جریان می شود، بنابراین نمی تواند به موقع اسپایک را جذب کند.

برای کاهش ESL، خازن های اسنابر معمولاً از ساختارهای خاصی استفاده می کنند، مانند:

سازه های لایه نازک چند لایه، مانند خازن های فیلم پلی پروپیلن، خازن های اسنابر رایج هستند.

بسته تخت: ناحیه حلقه جاری را کاهش می دهد و در نتیجه اندوکتانس را کاهش می دهد.

طراحی چند پین: اتصالات داخلی موازی را فراهم می کند و ESL و مقاومت سری معادل آن را کاهش می دهد.

3. مقاومت سری معادل کم

ESR پایین به این معنی است که خازن هنگام جذب انرژی گرمای کمتری تولید می کند و در نتیجه راندمان بالا و طول عمر طولانی دارد.
در کاربردهای سوئیچینگ فرکانس بالا، افزایش دما ناشی از ESR یکی از دلایل اصلی خرابی خازن است.

4. پایداری بالا و طول عمر طولانی

خازن های اسنابر در محیط های الکتریکی خشن کار می کنند و به ثبات دما، ویژگی های فرکانس و عمر طولانی نیاز دارند. خازن های فیلم پلی پروپیلن در این جنبه ها عالی هستند.

5. قابلیت واکنش سریع

می تواند به سرعت به تغییرات ولتاژ در سطح نانوثانیه پاسخ دهد و به موقع شارژ و دشارژ کند.

عملکرد اصلی و اصل کار

به بیان ساده، یک خازن اسنابر از این ویژگی اساسی استفاده می کند که ولتاژ دو طرف خازن نمی تواند ناگهان تغییر کند.
هنگامی که یک افزایش ولتاژ رخ می دهد: خازن مسیری با امپدانس کم فراهم می کند، بار اضافی تولید شده توسط سنبله را فورا جذب می کند (شارژ می کند) و در نتیجه پیک ولتاژ را "مسطح" می کند.

الفfter the voltage spike passes : خازن به آرامی انرژی ذخیره شده را از طریق مقاومتی که به صورت سری به آن متصل است آزاد می کند (تخلیه می کند) و انرژی جذب شده را به صورت گرما در مقاومت پخش می کند.

عملکرد مقاومت های سری:

جریان تخلیه خازن را محدود کنید تا از ایجاد جریان هجومی بیش از حد بر روی دستگاه سوئیچ هنگام روشن شدن آن جلوگیری کنید.
میرایی ممکن است توسط یک مدار رزونانس LC متشکل از خازن ها و اندوکتانس انگلی مدار برای جلوگیری از نوسان به دست آید.
زمینه های کاربردی اصلی
خازن های اسنابر به طور گسترده در تمام مدارهای الکترونیکی قدرت با عملکرد سوئیچینگ سریع و بارهای القایی استفاده می شوند.

1. منبع تغذیه سوئیچینگ
برای جذب نوک ولتاژ در ترانزیستورهای سوئیچینگ برق، محافظت از MOSFET یا IGBT، کاهش نویز سوئیچینگ و بهبود سازگاری الکترومغناطیسی استفاده می شود.

2. درایوهای موتور و مبدل های فرکانس
در پل اینورتر، اضافه ولتاژ به موازات دستگاه های برق مانند IGBT ها متصل می شود تا از اضافه ولتاژ در حین سوئیچینگ جلوگیری کند، که عمدتاً ناشی از بارهای القایی مانند موتورها و اندوکتانس انگلی در خطوط است. این برای محافظت از ماژول های برق گران قیمت بسیار مهم است.

3. مدار تصحیح ضریب توان
در مدارهای تقویت کننده PFC، مدارهای بافر به صاف کردن ولتاژ در گره های سوئیچینگ کمک می کنند و کارایی و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشند.

4. اینورتر/مبدل
در تجهیزاتی مانند اینورترهای خورشیدی و یو پی اس، برای محافظت از دستگاه های کلید برق اصلی و اطمینان از عملکرد پایدار سیستم استفاده می شود.

5. گرمایش القایی
این کاربردها شامل فرکانس سوئیچینگ بالا، توان بالا و تنش ولتاژ و جریان بسیار بالا است که خازن های اسنابر را به یک جزء محافظ ضروری تبدیل می کند.

6. مدار محرک لیزر نیمه هادی
برای سرکوب نوک ها و زنگ پالس جریان درایو استفاده می شود و از پایداری و طول عمر خروجی لیزر اطمینان می دهد.

7. الکترونیک خودرو
در کنترل‌کننده‌های موتور خودروهای الکتریکی/هیبریدی و مبدل‌های DC-DC، محیط کار سخت است و الزامات قابلیت اطمینان بسیار بالاست، بنابراین خازن‌های اسنابر با کارایی بالا به طور گسترده استفاده می‌شوند.

8. اجاق القایی
الفbsorbing the reverse peak voltage on the power transistor is a typical low-cost, high-reliability application.