Red Snubber

■ Son circuitos pequeños pero esenciales para controlar la reactancia del circuito.

■ Básicamente pueden absorber la energía de los elementos reactivos del circuito.

■ Limita el estrés que debe soportar el interruptor, manteniéndolo manteniéndolo dentro de su área de operación segura.

■ Son circuitos pequeños pero esenciales para controlar la reactancia del circuito.

■ Básicamente pueden absorber la energía de los elementos reactivos del circuito.

■ Limita el estrés que debe soportar el interruptor, manteniéndolo manteniéndolo dentro de su área de operación segura.

■ Los semicond ndu uctores presentan unos límites muy estrictos en cuanto a valores máximos de tensión, corriente y potencia sopo so porta rtada das, s, qu que e si so son n su supe pera rado dos s po podr dría ían n pr prov ovoc ocar ar la de dest stru rucc cció ión n del disp dispositi ositivo. vo.

■

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■ Una red Snubber disipativa transferirá la energía a una resistencia, lo que no es una alternativa eficiente desde el punto de vista energético, pero proporciona otro camino para la energía. Por otro lado, cuando la energía se mueve hacia la entrada o hacia la salida se le llama red Snubber no disipativa, a pesar de que puede haber algunas pequeñas pérdidas.

■ La figura 1 muestra una Snubber RC que proporciona amortiguación de resonancias parásitas en la etapa de potencia y se utiliza comúnmente en el secundario de transformadores, inductores de salida, y a través Figura 1. Red de diodos y transistores. snubber. 

La figura 2 muestra su aplicación en el dispositivo de conmutación en un convertidor.

Figura 2. Circuito snubber aplicado.

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La figura 3 presenta una Snubber RCD aplicable al control de subida de tensión: Figura 3. Circuito snubber RCD.

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Las redes RCD se suelen utilizar para controlar la tasa de aumento de tensión en el colector o drenador de un transistor de conmutación en un convertidor forward, flyback o Boost: Figura 4. Circuito con red snubber

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La figura 5 muestra una Snubber RLD utilizada para controlar la tasa de crecimiento de la corriente en el transistor. La inductancia en serie permite retardar el momento en que la corriente del interruptor alcanza su valor operativo. Esto reduce la disipación de potencia promedio y potencia pico, aumentando la fiabilidad. La adición de un diodo en serie con una resistencia reduce efectivamente la disipación de la energía y la convierte en una red Snubber polarizada.

Figura 5. Circuito RLD.

Figura 6. Circuito RLD

Diferencia

Diferencia

Figura 9. Sin la protección de la Red Snubber la salida tiene un oscilación, la cuál representa el cambio de voltaje contra el tiempo que en la mayoría de los circuitos presenta una pérdida de potencia y mal funcionamiento.

Figura 10. Se puede apreciar el efecto de la red Snubber provocado por el capacitor y la resistencia. Los voltajes dañinos son absorbidos por la red.

Red Snubber no disipativas

Los principios básicos de las snubber no disipativas son los mismos que los de las disipativas, diferenciándose de éstas por el hecho de que no proporcionan amortiguación.

Snubber 3D-2C-1L de tensión: Una red snubber de tensión controla la tensión mediante la transferencia de energía a un condensador; cuando la snubber es no disipativa esa energía se recicla de nuevo hacia la fuente o hacia la carga. Existen pocos tipos básicos de snubber de tensión no disipativas, que operan en un solo flanco de la forma de onda de conmutación y se restablecen en el otro extremo. Todas las snubber no disipativas son polarizadas y en algunas Figura 11. Red Snubber no disipativa. aplicaciones el diseño se vuelve muy complejo cuando se combina con redes snubber de corriente.

La elección de los componentes de la red snubber comienza por determinar algunos parámetros de trabajo en el transistor: - Corriente máxima - ΔV máxima - Tiempo de subida deseado El valor de los capacitores de la red snubber se calcula a partir de la ecuación: donde: C – Valor de cada uno de los capacitores Δt – Tiempo de subida de la tensión ΔV – Tensión máxima en el transistor I – Corriente máxima en el transistor Una vez fijado el tiempo de restablecimiento (o tiempo de reset), el valor de inductancia  puede calcularse a partir de: donde:  – Tiempo de restablecimiento

■ La función de un circuito amortiguador

Reducir los esfuerzos eléctricos que se aplican a un dispositivo – En la conmutación por un convertidor de potencia a niveles dentro de las especificaciones eléctricas del dispositivo –

■ Un circuito amortiguador –

Reduce los esfuerzos de conmutación a niveles  seguros de las siguientes formas

■ Existen tres clases amplias de circuitos amortiguadores –

R-C no polarizados en serie ■

–

R-C polarizados ■

–

Se protegen los diodos y tiristores mediante la limitación del máximo voltaje y dv   /dt en la recuperación inversa Limita dv   /dt durante la desconexión del dispositivo durante el apagado

L-R polarizados ■

limita di   /dt durante el encendido del dispositivo.

■ Hay tres tipos básicos de amortiguadores para tiristores: –  Amortiguadores de apagado. –  Amortiguadores de encendido. –  Amortiguadores de sobretensión.

■ Para evitar problemas en el apagado, la meta de un amortiguador de apagado es proveer un voltaje cero a través del transistor mientras la corriente se apaga

Amortiguadores de sobretensión

■ Las sobretensiones en el apagado se presentan por las inductancias parásitas

Amortiguadores de encendido. ■ Se usan los amortiguadores de encendido sólo para reducir pérdidas por conmutación con altas frecuencias de conmutación y para limitar la máxima corriente de recuperación inversa del diodo.

■

Son utilizadas 

Para suprimir perturbaciones en el voltaje indeseables.



Eliminar problemas en los circuitos de conmutación. 

■

La conmutación en estos circuitos puede producir ruido que afecten a otros equipos.

Las sobretensiones transitorias se pueden exceder los límites de los dispositivos y producir su degradación o destrucción.

Ejemplo numérico ■

  Circuito:

Ejemplo numérico Se verá la respuesta de los circuitos de protección Snubber, que evitan la activación indeseada del tiristor por cambio brusco de voltaje (dv/dt) entre ánodo y cátodo.

Ejemplo numérico Se usa un SCR que tiene una igt = 10mA y un Vgt = 0.7V y se obtiene una Rg = 930 ohms mediante la siguiente ecuación:

Se calcula un valor de RL = 5 ohms con la siguiente ecuación:

donde Vtm = 1.2V, it(rms) = 35A y Vs = 169.7V.

Ejemplo numérico Para calcular la resistencia “Rs”, se usa la siguiente ecuación:

donde se toma K = 1, Cs = 0.22uf y dv/dt = 50v/mseg (hoja de datos del fabricante). Luego, queda que Rs = 9.75ohms y la constante de tiempo es Rs * Cs = 2.145mseg.

Ejemplo numérico se obtienen las siguientes gráficas:

Figura 10. a)Corriente de descarga del condensador “Cs” tras la activación del tiristor

y b) Vak (con Snubber RC).

Práctica propuesta

■ Calcular la red snubber de acuerdo a las especificaciones del SCR ■ Por medio del osciloscopio ver las formas de onda cuando el potenciómetro esta en su máximo de – Entrada –  Ánodo-Cátodo – Carga – Compuerta ■ Por medio del osciloscopio ver las formas de onda cuando el potenciómetro esta en su mínimo de – Entrada –  Ánodo-Cátodo – Carga – Compuerta

Cuestionario 1. ¿A qué se le denomina red Snubber? 2. ¿Cuál es la función de la red Snubber? 3. ¿Cómo identificar una red Snubber? 4. ¿Cuáles son las redes Snubber pasivas? 5. .¿Cuáles son las redes Snubber activas? 6. ¿Cuáles son las 4 maneras en que la red Snubber reduce el estrés eléctrico en los semiconductores? 7. ¿Qué es la Red Snubber disipativa? 8. ¿Qué es la Red Snubber no disipativa? 9. ¿De qué consta la red Snubber RC de tensión? 10.¿Cuáles son los beneficios de la red Snubber?

Preguntas y respuestas 1. ¿A qué se le denomina red Snubber? Se le denomina red Snubber al circuito pequeño, pero esencial, en las fuentes conmutadas para controlar la tensiones y voltajes del circuito. ■

2. ¿Cuál es la función de la red Snubber?  Actuar como un circuito de amortiguamiento de señal, ya sea dentro de la corriente o dentro del voltaje, para así proteger los dispositivos de sobrecalentamientos y descomposiciones por exceso de potencia. ■

3. ¿Cómo identificar una red Snubber? Cuando hay un tiristor con un circuito RC en paralelo. ■

4. ¿Cuáles son las redes Snubber pasivas? Son las que cuyos elementos se limitan a resistencias, condensadores, inductores y diodos. ■

5. ¿Cuáles son las redes Snubber activas?

6. ¿Cuáles son las 4 maneras en que la red Snubber reduce el estrés eléctrico en los semiconductores? Limitando el pico máximo de tensión, el pico máximo de corriente, la pendiente de la corriente y la pendiente de la tensión. 7. ¿Qué es la Red Snubber disipativa? La red Snubber disipativa hace referencia al uso de resistencias dentro del circuito con el fin de disipar la energía excedente, y la Red Snubber no disipativa se refiere a la transferencia de energía a la fuente primaria o la carga. 8.¿Qué es la Red Snubber no disipativa? Son aquellos circuitos que reciclan la energía en ellos almacenada devolviendola a la fuente de entrada, a la carga o manteniéndola en circulación hasta el comienzo del siguiente ciclo. 9. ¿De qué consta la red Snubber RC de tensión? Consta de una resistencia y un condensador, los cuales son colocados en paralelo con el dispositivo. 10. ¿Cuáles son los beneficios de la red Snubber?  Aumentar la vida útil del dispositivo y reducir el total de pérdidas por conmutación en el circuito, sin mencionar la protección que se le da tanto al tiristor como al circuito completo.

Preguntas y respuestas 1. ¿A qué se le denomina red Snubber? Se le denomina red Snubber al circuito pequeño, pero esencial, en las fuentes conmutadas para controlar la resistencia del circuito. ■

2. ¿Cuál es la función de la red Snubber?  Actuar como un circuito de amortiguamiento de señal, ya sea dentro de la corriente o dentro del voltaje, para así proteger los dispositivos de sobrecalentamientos y descomposiciones por exceso de potencia. ■

3. ¿Cómo identificar una red Snubber? Cuando hay un tiristor con un circuito RC en paralelo. ■

4. ¿Cuáles son las redes Snubber pasivas? Son las que cuyos elementos se limitan a resistencias, condensadores, ■

6. ¿Cuáles son las 4 maneras en que la red Snubber reduce el estrés eléctrico en los semiconductores? Limitando el pico máximo de tensión, el pico máximo de corriente, la pendiente de la corriente y la pendiente de la tensión. 7. ¿Qué es la Red Snubber disipativa? La red Snubber disipativa hace referencia al uso de resistencias dentro del circuito con el fin de disipar la energía excedente, y la Red Snubber no disipativa se refiere a la transferencia de energía a la fuente primaria o la carga. 8.¿Qué es la Red Snubber no disipativa? Son aquellos circuitos que reciclan la energía en ellos almacenada devolviendola a la fuente de entrada, a la carga o manteniéndola en circulación hasta el comienzo del siguiente ciclo. 9. ¿De qué consta la red Snubber RC de tensión? Consta de una resistencia y un condensador, los cuales son colocados en paralelo con el dispositivo. 10. ¿Cuáles son los beneficios de la red Snubber?  Aumentar la vida útil del dispositivo y reducir el total de pérdidas por conmutación en el circuito, sin mencionar la protección que se le da tanto al tiristor como al circuito completo.

Bibliografía [1] Ned Mohan, Tore M. Underland, William P. Robbins. (2009). Electrónica de Potencia. Convertidores, aplicaciones y diseño. México: Mc Graw-Hill. 30 capítulos, 824 páginas. [2] Daniel W. Hart. (2001) Electrónica de Potencia. Madrid: Pearson Educación, 1era Edición. 10 capítulos, 472 páginas .

[3] Susana Estefany De León Aldaco. (2011). TESIS DE MAESTRÍA EN CIENCIAS. Comparación de metodologías de evaluación de confiabilidad. CENIDET. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico Departamento de Ingeniería Electrónica Sitio web: https://www.cenidet.edu.mx/subaca/webelec/tesis_mc/254MC_sela.pdf (10/09/2017) [4] Juan Ignacio Morales. (2010). Análisis de Topologías de Redes Snubber para Transistores de Potencia en Fuentes Conmutadas. De UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL , FACULTAD REGIONAL CÓRDOBA  –   ARGENTINA Sitio web: https://www.academia.edu/5051549/An%C3%A1lisis _de_Topolog%C3%ADas_de_Rede s_Snubber_para_Transistores_de_Potencia_en_Fuentes_Conmutadas (08/09/17)