Caractéristiques et applications des condensateurs Snubber

Qu'est-ce qu'un condensateur d'amortissement ?

Un condensateur d'amortissement , également connu sous le nom de condensateur tampon , est un type spécial de condensateur utilisé pour supprimer les pics de tension dans un circuit , réduire les interférences électromagnétiques et protéger les appareils de commutation . Il est généralement connecté en série avec une résistance, puis en parallèle aux bornes du dispositif de commutation (tel qu'un IGBT, un MOSFET ou un thyristor) qui a besoin d'être protégé, ou aux bornes d'un nœud soumis à une surtension.
Sa fonction principale n'est pas de fournir de l'énergie, mais d'« absorber » ou de « tamponner » une énergie excessive momentanée et nocive.

Caractéristiques clés

Les caractéristiques d'un condensateur d'amortissement déterminent ses performances et les scénarios applicables. Ses principales caractéristiques sont les suivantes :

1. Tenue à haute tension et capacité de tenue aux impulsions élevée

Il doit être capable de résister à des pointes de haute tension instantanées bien supérieures à la tension de fonctionnement normale du circuit.
Sa conception et ses matériaux lui permettent de résister sans dommage à des impulsions de courant répétées et de haute intensité.

2. Faible inductance série équivalente

C'est l'un des paramètres critiques d'un condensateur d'amortissement. Les pics de tension changent extrêmement rapidement, et si l'inductance parasite du condensateur est trop grande, elle entravera le changement rapide du courant, ne parvenant ainsi pas à absorber le pic à temps.

Pour réduire l'ESL, les condensateurs d'amortissement utilisent généralement des structures spéciales, telles que :

Les structures à couches minces laminées, telles que les condensateurs à film polypropylène, sont les condensateurs d'amortissement couramment utilisés.

Colis plat : Réduit la zone de boucle de courant, réduisant ainsi l'inductance.

Conception multibroches : Fournit des connexions internes parallèles, réduisant encore davantage l'ESL et la résistance série équivalente.

3. Faible résistance série équivalente

Un faible ESR signifie que le condensateur génère moins de chaleur lors de l'absorption d'énergie, ce qui se traduit par un rendement élevé et une longue durée de vie.
Dans les applications de commutation haute fréquence, l'augmentation de température provoquée par l'ESR est l'une des principales causes de défaillance des condensateurs.

4. Haute stabilité et longue durée de vie

Les condensateurs d'amortissement fonctionnent dans des environnements électriques difficiles et nécessitent une stabilité de température, des caractéristiques de fréquence et une longue durée de vie. Les condensateurs à film polypropylène excellent dans ces aspects.

5. Capacité de réponse rapide

Il peut réagir rapidement aux changements de tension au niveau de la nanoseconde et se charger et se décharger en temps opportun.

Fonction principale et principe de fonctionnement

En termes simples, un condensateur d'amortissement utilise la caractéristique fondamentale selon laquelle la tension aux bornes d'un condensateur ne peut pas changer brusquement.
Lorsqu'un pic de tension se produit : le condensateur fournit un chemin à faible impédance, absorbant (chargeant) instantanément la charge excédentaire générée par la pointe, « aplatissant » ainsi le pic de tension.

Unfter the voltage spike passes : le condensateur libère (décharge) lentement l'énergie stockée à travers la résistance connectée en série avec lui, dissipant l'énergie absorbée sous forme de chaleur dans la résistance.

La fonction des résistances série :

Limitez le courant de décharge du condensateur pour éviter la formation d'un courant d'appel excessif sur l'appareil de commutation lorsqu'il est allumé.
L'amortissement peut être obtenu par un circuit résonant LC composé de condensateurs et d'une inductance parasite du circuit pour empêcher l'oscillation.
Principaux domaines d'application
Les condensateurs amortisseurs sont largement utilisés dans tous les circuits électroniques de puissance avec une action de commutation rapide et des charges inductives.

1. Alimentation à découpage
Utilisé pour absorber les pics de tension sur les transistors de commutation de puissance, protéger les MOSFET ou les IGBT, réduire le bruit de commutation et améliorer la compatibilité électromagnétique.

2. Entraînements de moteur et convertisseurs de fréquence
Dans un pont onduleur, le dépassement de tension est connecté en parallèle avec des dispositifs de puissance tels que les IGBT pour supprimer le dépassement de tension lors de la commutation, qui est principalement provoqué par des charges inductives telles que les moteurs et l'inductance parasite dans les lignes. Ceci est crucial pour protéger les modules d’alimentation coûteux.

3. Circuit de correction du facteur de puissance
Dans les circuits élévateurs PFC, les circuits tampons aident à lisser la tension au niveau des nœuds de commutation, améliorant ainsi l'efficacité et la fiabilité.

4. Onduleur/Convertisseur
Dans les équipements tels que les onduleurs solaires et les UPS, il est utilisé pour protéger les principaux dispositifs de commutation d'alimentation et assurer un fonctionnement stable du système.

5. Chauffage par induction
Ces applications impliquent une fréquence de commutation élevée, une puissance élevée et des contraintes de tension et de courant extrêmement élevées, faisant des condensateurs d'amortissement un composant de protection essentiel.

6. Circuit de commande laser à semi-conducteur
Utilisé pour supprimer les pointes et les sonneries de l'impulsion de courant d'entraînement, garantissant ainsi la stabilité et la durée de vie de la sortie laser.

7. Electronique automobile
Dans les contrôleurs de moteur de véhicules électriques/hybrides et les convertisseurs DC-DC, l'environnement de travail est difficile et les exigences de fiabilité sont extrêmement élevées, c'est pourquoi les condensateurs d'amortissement hautes performances sont largement utilisés.

8. Cuisinière à induction
Unbsorbing the reverse peak voltage on the power transistor is a typical low-cost, high-reliability application.