Расчет RC снаббера (RC snubber) для защиты симистора

[Vlad_RK]

Вот это, наверное, типовая схема включения (отсюда и отсюда):

Расчет Rd понятен, 4 В (уровень лог."1"), 20 мА, Rd = (+V - 1,5) / IF = (4 - 1.5) / 0.02 = 125 Ом.

Резистор Rg, наверное, можно не ставить, он необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода очень велико, а у моего BTA41-600B оно = 78 Ом.

Из статьи:
Резистор R необязательно включать, когда нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой Rp — Cp, чаще всего называемой искрогасящей, резистор R позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора. Действительно, в случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение, приложенное к схеме, находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через нуль, конденсатор защитной цепочки Сp может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничивает этот ток разряда.

Автор не учитывает сопротивление Rp? Если Rp достаточной величины, он и ограничит ток и резистор R не нужен. Но про это не говорится.

Цепочка Ra-Сa.
Чтобы ограничить скорость изменения напряжения dV/dt на выходе оптосимистора, необходима snubber-цепочка (рис.2 г).
Выбор значения сопротивления резистора Ra зависит от чувствительности симистора и напряжения Va, начиная с которого симистор должен срабатывать. Таким образом, имеем:
R + Ra = Va / IG.
Для симистора с управляющим током IG = 25мА и напряжением отпирания Va = 20В получим: R + Ra = 20 / 0,025 = 800 Ом
или: Ra = 800 - 330 = 470 Ом.

Для BTA41-600B:
IGT (IG) = 50 mA.
VGT (Va) = 1.3 V.

R + Ra = Va / IG, R + Ra = 1.3 / 0,05 = 26 Ом
или: Ra = 26 - R = тут не знаю, резистора R скорее всего нет, так что Ra = 26 Ом(?)...

Далее:
Для того чтобы переключение симистора происходило быстро, должно быть выполнено следующее условие: dV / dt = 311 / Ra х Ca.
Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс.
Таким образом: Сa = 311 / (470 х 10^7) = 66 нФ.
Выбираем: Сa = 68 нФ.

Для моего МОС3022 типовое значение dV/dt = 10 В/мкс.
Таким образом: Сa = 311 / (Ra х 10^7) = 1.2 мкФ.

А расчета снаббера Rp-Cp вообще нет.
И вообще, зачем цепь Ra-Ca? Две снабберных цепи впараллель, какой в этом смысл?

[Aenigma]

Vlad_RK, я согласен с вами, что для начала стоит выбрать параметры снабберной цепи не из соотношения CR^2 = 10 L, а к примеру CR^2 = 5 L - это более мягкое условие. Если окажется недостаточно, можно попробовать увеличить коэффициент в этом уравнении. Т.е. в вашем случае можно взять CR^2 = 50 мГн. Кроме того, стоит взять по возможности меньшее сопротивление резистора, но в разумных пределах.

При напряжении 230 В действующий ток через RC-цепь может достигать величины I = 230 В/(R^2+X^2)^0,5, где X = 1/(2*pi*f*C) - модуль импеданса конденсатора на частоте 50 Гц. Мощность, рассеиваемая на резисторе, соответственно рассчитывается как R*I^2.

Если взять, к примеру, C = 0,33 мкФ и R= 390 Ом, тогда действующий ток через RC-цепь I = 24 мА, рассеиваемая на резисторе мощность P = 0,22 Вт. Т.е. достаточно резистора на 0,5 Вт (или даже 0,25 Вт).

Более эффективный в плане подавления выбросов вариант: C = 1 мкФ, R = 240 Ом (CR^2 = 0,058 мГн). Ток через снаббер I = 72 мА, мощность, рассеиваемая на резисторе, P = 1,25 Вт. Т.е. достаточно применить двухваттный резистор.

Две снабберных цепи впараллель, какой в этом смысл?

Конечно, нет смысла. Хотя на схеме, строго говоря, они соединены не параллельно: слева на схеме - фильтр помех для тиристора оптрона, а справа - снаббер для силового. Но на практике, думаю, достаточно оставить один снаббер для силового тиристора (и рассчитать его, например, как я предложил).

[Vlad_RK]

Спасибо.
Да, я мощность резистора неправильно посчитал, надо было брать гипотенузу.
Насчет снабберного резистора (из статьи) - Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через нуль, конденсатор защитной цепочки Сp может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничивает этот ток разряда.
Если резистор R не ставить, а ограничивать ток снабберным резистором 240 Ом? Но, если на Cp в этот момент будет 230 В, то ток через оптосимистор составит: I = 230 В / 240 Ом = 0.958 А. А у MOC3022 предел 1 А. Это уже опасно.
Что лучше - увеличить Rснаб или ввести дополнительный R?
С другой стороны слишком большое сопротивление R может привести к нарушению работы схемы (будет перебои с включением силового симистора).
Какое напряжение может быть на Cp? Оно не выше сетевого? И какое учитывать: 230 или 311 вольт? А еще у меня мотор коллекторный, всякие там выбросы, наверное, могут быть...
Может еще супрессор 1.5КЕ350СА или 400 СА поставить параллельно симистору?

[Aenigma]

Если резистор R не ставить, а ограничивать ток снабберным резистором 240 Ом? Но, если на Cp в этот момент будет 230 В, то ток через оптосимистор составит: I = 230 В / 240 Ом = 0.958 А. А у MOC3022 предел 1 А. Это уже опасно.

При наличии фильтра Ra и Ca резистор R нельзя убирать. Но если исключить из схемы Ra и Ca и оптрон имеет детектор нуля, то по моим прикидкам пользы от резистора R не будет, потому что при напряжении, близком к нулю, между управляющим электродом и выводом 2 (условным анодом) силового симистора большого тока там тоже не может получиться. Но резистор R всё же лучше оставить для повышения надёжности (он может быть на 330 Ом, 0,25 Вт). В рассмотренном случае это нужно сделать, потому что оптрон MOC3022 не имеет детектора нуля. Резистор RG тоже рекомендую оставить, он повышает надёжность. Его сопротивление может быть 510 Ом (мощность 0,125 Вт).

Какое напряжение может быть на Cp? Оно не выше сетевого?

Оно может быть лишь незначительно выше и на короткое время, поэтому достаточно рассчитать этот конденсатор на сетевое напряжение.

Может еще супрессор 1.5КЕ350СА или 400 СА поставить параллельно симистору?

Супрессор, на мой взгляд, целесообразно ставить параллельно сетевым проводам на входе схемы (после предохранителя). Он будет защищать от выбросов напряжения при обрыве питания или отключении устройства от сети.

[Vlad_RK]

Фильтра Ra-Ca у меня не будет.
RG, говорят, нужен только для симисторов с высоким сопротивлением между анодом и УЭ. У BTA41-600B, по замеру, оно небольшое, около 78 Ом (при нагреве гуляет).

Aenigma писал(а):

Оно может быть лишь незначительно выше и на короткое время, поэтому достаточно рассчитать этот конденсатор на сетевое напряжение.

Я рассчитываю не конденсатор, а резистор Rp. Если на Cp будет 230 В, а через МОС можно подать не более 1 А, то Rp должен быть не меньше 230 Ом, пусть будет 240 Ом. Учитывать ли в этой цепи еще и входное сопротивление УЭ симистора 78 Ом шунтированное RG? Ну, будет около 67-68 Ом. Особой роли не играет. Сюда приплюсуется сопротивление R = 330 Ом, так что общее будет 570 Ом, а ток 0.4 А.
Снаббер сделаю такой: Rp = 240 Ом, Cp = 1 мкФ.
Супрессоры поставлю 1.5КЕ350СА - один на вход (после предохранителя, естественно), второй на выход схемы, а не параллельно симистору.
Предохранитель еще думаю, какой поставить, ампер на 15-20? Нагрузка 2400 Вт.
Мотор планируется включать плавно, а не сразу на всю мощь, и так же выключать.

[Aenigma]

RG, говорят, нужен только для симисторов с высоким сопротивлением между анодом и УЭ. У BTA41-600B, по замеру, оно небольшое, около 78 Ом

Говорят, в принципе, верно. Но по внутренней структуре симистора между УЭ и MT1 находится, если смотреть упрощённо, PN-переход. Его электрическое сопротивление нелинейно зависит от напряжения - при малых напряжениях сопротивление возрастает. Я бы оставил там резистор, он выравнивает потенциалы УЭ и MT1. Шунтирующий резистор нужен для избежания случайного открывания симистора по причине а) собственного тока утечки закрытого симистора, б) тока утечки оптрона межу УЭ и МТ2.

Учитывать ли в этой цепи еще и входное сопротивление УЭ симистора 78 Ом шунтированное RG?

Не надо его учитывать, управляющая цепь не относится к снабберу (не участвует в подавлении выбросов).

Добавлено after 1 hour 34 minutes 36 seconds:
Я второй вопрос не сразу правильно понял. С точки зрения надёжной работы оптрона бросок тока действительно ограничивается суммой сопротивлений R (330 Ом) и Rp (240 Ом). В случае, если нагрузка имеет активную составляющую, ограничивать ток на уровне 1 А будет только резистор R. Сопротивлением управляющего перехода можно пренебречь, поскольку напряжение на нём не превышает единиц вольт.

[Vlad_RK]

Еще вопрос есть по подключению симистора, тут я уже немного запутался.
Есть у меня вот такой фазовый регулятор мощности:

В нем вход - это А1, выход - А2.

Даташит на симистор:


А в интернете я вижу схему включения, например, такую:

Здесь вход - А2, выход - А1.

И как правильно?

[Aenigma]

Оба варианта правильные. Главное, чтобы нагрузка включалась последовательно с симистором, а каким выводом MT1 или MT2 он к ней повёрнут, зависит только от удобства построения схемы (обычно на это влияет метод управления симистором).

[Vlad_RK]

Спасибо.
Вопрос не по теме, но, может подскажете.
Мне непонятно, почему в схемах, и в последней, что я выложил, и вот в этой:

для работы оптронов 814 или 817 используются такие резисторы: 2х30 кОм или даже 2х51 кОм.
У этих оптронов номинальный ток через светодиод = 20 мА, максимум 50 мА. А какой ток будет через 2х51 кОм, т.е. 102 кОм? 230/102000 = 2.2 мА. И то это в самом пике синусоиды.
А, как я понимаю работу схемы, на выходе этого детектора нуля все время должен быть логический ноль (светодиод горит), и только в момент перехода сетевого напряжения через 0 светодиод гаснет и появляется лог. 1. А в этих схемах светодиод если и загорится, то в самом пике синусоиды...
Логичнее было бы поставить 2х5 кОм или еще меньше, 3.9 кОм. Правда резисторы нужны 5 или 10 Вт.

[Aenigma]

Просто подобрали такие номиналы, чтобы обеспечивалась приемлемая работа узла (ток через оптрон должен быть достаточно малым, вероятно для того, чтобы он надёжно закрывался между полуволнами синусоиды). Честно говоря, мне такие схемы даже не хочется анализировать, т.к. считаю, что синхронизацию с сетью проще и эффективнее делать без гальванической развязки. Я в своих схемах часто использую синхронизацию с сетью, и делаю это иначе.

[musor]

зачем греть резисторы и 10вт если и так работает

[Vlad_RK]

Aenigma писал(а):

...считаю, что синхронизацию с сетью проще и эффективнее делать без гальванической развязки.

Может быть и проще, но без развязки я микроконтроллер в сеть включать не хочу.

зачем греть резисторы и 10вт если и так работает

Ну я же не пробовал еще, просто спросил. Буду сначала проверять на 50-ти или 30-ти килоомах, заработает - значит хорошо.
Или конденсаторы поставлю вместо резисторов...

[RadioHAM-433]

Снаббер для симистора, хотите прикол? Варистор или стабилитрон и не надо не чего считать.

[Aenigma]

Vlad_RK писал(а):

Может быть и проще, но без развязки я микроконтроллер в сеть включать не хочу.

Дело, конечно, ваше. Просто интересно, почему. Если схема всё равно коммутирует сетевую нагрузку, какой смысл развязывать её часть от сети? Я бы понял, если это позволило бы применить более простые схемотехнические решения, а здесь получается наоборот.

[Vlad_RK]

Aenigma писал(а):

Дело, конечно, ваше. Просто интересно, почему. Если схема всё равно коммутирует сетевую нагрузку, какой смысл развязывать её часть от сети?

Все мое естество протестует против подачи фазы на схему, к которой прикасается человек. Например, через клавиатуру, подсоединенную к микроконтроллеру.
А если к отлаживаемой схеме, через программатор, подсоединен и компьютер?
Для безопасности или трансформаторная развязка или оптическая.

[Aenigma]

Если органы управления схемой трудно сделать электрически безопасными, тогда действительно нужно применить гальваническую развязку.

А если к отлаживаемой схеме, через программатор, подсоединен и компьютер?

Если это будет временно, то и развязку можно сделать временную для отладки (например, через трансформатор).

[Vlad_RK]

Aenigma, вы говорили, что делаете синхронизацию с сетью по-своему. В чем преимущество, и как именно вы делаете?
Ладно бы там быстродействия оптронов не хватало, но здесь же 50 Гц.

[Aenigma]

Быстродействия оптронов хватает (я бы сказал, почти хватает), но всё же оно существенно меньше, чем у цифровых микросхем, к тому же требуется применение сравнительно мощных резисторов и подгонять их параметры, в итоге детектирование получается более грубым. Без развязки синхронизация осуществляется, фактически, одним резистором на 0,25 Вт, с которого подаётся сигнал на вход цифровой микросхемы (например, на счётный вход D-триггера). Приёмы синхронизации бывают разными, они описаны в моей книге, главным образом в главе 1. А примеры схем с синхронизацией есть и в других главах.

[RadioHAM-433]

Всё опять таки просто! Ставь МК связанный с сетью по 2 оптопарам передаём данные, он рулит всем. Такой вариант очень простой и проверенный! Вдобавок мы имеем свободное ядро для работы с высоким быстродействием. Хотя и сигнал перехода через 0 легко продетектирвать, компаратором связанным с сетью и передающий сигнал через оптопару. На 1 ядре не получится или прерывания будут сбивать передачу данных или передача данных собьёт синхронизацию.

[Vlad_RK]

Я тут думаю, как бы осциллографом глянуть, в какой момент срабатывает PC817 в этой схеме?

Первый канал осциллографа подключить бы на вход диодного моста, а второй на выход PC817, но каналы в осциле соединены по общему проводу...
Выход блока питания, который выдает 5 В для PC817, окажется подключенным к сети.
А если подать фазу на верхнюю часть диодного моста, а на нижнюю - ноль, и первый канал подключить крокодилом именно к нулевому проводу?
Или просто синхронизировать развертку с сетью?