Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Mạch Snubber, chúng ta sẽ bắt đầu bài viết bằng phần giới thiệu về Mạch Snubber, sau đó chúng ta sẽ tìm hiểu về các thành phần và cấu tạo của nó, rồi chúng ta sẽ tìm hiểu về Nguyên lý hoạt động và các loại của nó, cuối cùng, chúng ta sẽ tìm hiểu về Ưu điểm, Nhược điểm và Ứng dụng.

Mạch Snubber là gì?

Mạch snubber là một mạch điện tử bao gồm một điện trở và một tụ điện được mắc song song  trên thiết bị chuyển mạch. Mạch snubber được sử dụng để triệt tiêu các xung điện áp xảy ra do sự gián đoạn đột ngột hoặc thay đổi dòng điện. Nó được sử dụng để bảo vệ các linh kiện điện tử nhạy cảm khỏi các xung điện áp gây ra điện áp cao. Các mạch snubber này được đặt trên các thiết bị bán dẫn để bảo vệ và giảm tổn thất chuyển mạch, cải thiện hiệu suất. Mạch snubber triệt tiêu các xung điện áp trong hệ thống điện, xung áp suất trong hệ thống chất lỏng và lực dư thừa trong hệ thống cơ học.

Bất kể loại nào, mạch snubber đều yêu cầu các linh kiện thụ động như điện trở, tụ điện  và diode. Những xung điện áp này có thể dẫn đến hỏng hệ thống. Mạch snubber sử dụng diode được sử dụng để giảm thiểu những vấn đề này. Các mạch snubber này giúp ngăn chặn các xung điện áp đột biến xảy ra trong quá trình tắt diode . Các xung điện áp đột biến này có thể gây nhiễu điện từ, gây áp lực lên các linh kiện hoặc có thể làm hỏng diode.

Bằng cách sử dụng mạch giảm chấn, chúng ta có thể ngăn chặn sự kích hoạt của mạch bảo vệ, giảm dao động và cải thiện hiệu suất. Để hiểu rõ hơn, hãy lấy một ví dụ: Tải cảm ứng có thể tạo ra các xung điện áp cao và có thể vượt quá định mức điện áp của các linh kiện khác. Bằng cách sử dụng mạch giảm chấn, chúng ta có thể giảm thiểu các xung điện áp này.

Mạch Snubber

Thành phần và cấu tạo của mạch Snubber

Việc xây dựng mạch snubber dựa trên cấu hình mong muốn. Loại phổ biến nhất là mạch snubber RC, trong đó điện trở  và tụ điện được mắc nối tiếp trên thiết bị. Điện trở hạn chế dòng điện và tụ điện hấp thụ năng lượng từ các xung điện áp bằng cách ngăn chặn tốc độ tăng điện áp. Giá trị R và C phù hợp rất quan trọng để ngăn chặn hiệu quả các xung điện áp tức thời. Trong cấu hình snubber RCD, diode được mắc song song với điện trở và tụ điện. Nó cung cấp đường dẫn trở kháng thấp cho dòng điện xả, đặc biệt là trong các mạch có tải cảm ứng.

• Điện trở:  Được sử dụng để giới hạn dòng điện chạy qua mạch giảm chấn và tiêu tán năng lượng. Giá trị điện trở được lựa chọn sao cho cân bằng giữa việc giảm thiểu tiêu tán công suất và giảm thiểu xung điện áp.
• Tụ điện: Tụ điện được sử dụng để lưu trữ và giải phóng năng lượng, giúp làm phẳng các xung điện áp và triệt tiêu nhiễu tần số cao. Dựa trên biên độ và thời gian của các xung điện áp, giá trị điện dung và định mức điện áp của tụ điện được lựa chọn. Chủ yếu nên sử dụng tụ điện có điện trở nối tiếp tương đương thấp để giảm thiểu tổn thất và cải thiện đáp ứng xung điện áp.
• Điốt: Điốt cung cấp đường phóng điện trở kháng thấp cho mạch snubber khi được kết nối song song với tổ hợp RC. Điốt bắt đầu dẫn điện khi điện áp trên điốt vượt quá độ sụt áp thuận của nó, cho phép dòng điện tức thời đi qua thiết bị được bảo vệ. Điốt được chọn dựa trên độ sụt áp thuận và thời gian phục hồi ngược.

Nguyên lý hoạt động của mạch Snubber

Mạch giảm chấn cho diode hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng  từ các xung điện áp và giới hạn tốc độ thay đổi điện áp trên diode. Trong các tải cảm ứng, khi công tắc diode bị tắt, nó có thể tạo ra những thay đổi điện áp nhanh chóng, dẫn đến các xung điện áp và có khả năng gây hư hỏng cho các linh kiện và bản thân diode.

Loại phổ biến nhất là RC snubber bao gồm điện trở và tụ điện được kết nối qua diode. Điện trở giới hạn dòng điện chạy qua tụ điện, trong khi tụ điện hấp thụ năng lượng từ các xung điện áp để ngăn tụ điện đạt đến mức điện áp cao và giảm nguy cơ hư hỏng thiết bị.

Nếu thêm diode vào tổ hợp RC này (tức là mạch giảm chấn RCD) sẽ cung cấp đường xả trở kháng thấp cho dòng điện xung kích. Bằng cách kiểm soát xung kích điện áp, mạch giảm chấn cải thiện độ tin cậy, giảm nhiễu điện từ và kéo dài tuổi thọ.

Các loại mạch Snubber

Có hai cấu hình của mạch giảm chấn. Chúng là

• Mạch giảm chấn RC
• Mạch giảm chấn RCD

Mạch giảm xóc RC

Đây là mạch snubber được sử dụng phổ biến nhất, bao gồm một điện trở và một tụ điện được kết nối qua diode. Khi diode bị ngắt, tải cảm ứng sẽ cố gắng duy trì dòng điện, gây ra sự thay đổi nhanh chóng điện áp trên diode, dẫn đến các xung điện áp. Nó cung cấp một đường dẫn cho dòng điện tức thời thông qua tổ hợp RC. Điện trở giới hạn dòng điện chạy qua tụ điện, ngăn ngừa dòng phóng điện quá mức. Tụ điện hấp thụ năng lượng từ các xung điện áp và ngăn chặn sự tăng điện áp.

Mạch giảm chấn RC

Mạch giảm chấn RCD

Cấu trúc của mạch snubber RCD tương tự như mạch snubber RC với diode bổ sung được kết nối song song. Mạch này được sử dụng cho các tải có độ cảm ứng cao. Ở đây, diode cung cấp đường dẫn trở kháng thấp cho dòng điện xả và triệt tiêu các xung điện áp. Nó giúp hấp thụ và tiêu tán năng lượng tức thời, đồng thời triệt tiêu các xung điện áp bằng cách cho phép dòng điện tức thời đi qua diode được bảo vệ.

Mạch giảm chấn RCD

Ưu điểm của mạch Snubber

• Nó làm giảm hiệu quả các xung điện áp xảy ra trong quá trình chuyển mạch của diode và bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng.
• Mạch giảm chấn giúp tăng độ tin cậy và giảm nguy cơ xảy ra sự cố bất ngờ và thời gian ngừng hoạt động.
• Mạch giảm chấn giúp giảm thiểu nhiễu điện từ bằng cách làm giảm các xung điện áp và giảm nhiễu tần số vô tuyến do điốt tạo ra trong quá trình chuyển mạch.
• Nó cung cấp mức độ bảo vệ chống lại hiện tượng quá điện áp đột ngột có thể xảy ra do điều kiện tải thay đổi đột ngột.
• Bằng cách giảm các xung điện áp và điện áp tức thời, nó giúp cải thiện khả năng điều chỉnh điện áp trong nguồn điện và nâng cao hiệu suất.
• Nó giúp ngăn ngừa tiếng chuông hoặc dao động có thể xảy ra do điện áp tăng đột biến và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
• Mạch giảm chấn có thể giảm hiệu quả tiếng ồn chuyển mạch phát sinh trong quá trình chuyển mạch của điốt.

Nhược điểm của mạch Snubber

• Việc thêm mạch giảm chấn sẽ làm tăng độ phức tạp của thiết kế mạch tổng thể vì nó đòi hỏi thêm các thành phần.
• Mạch giảm chấn yêu cầu thêm các thành phần làm tăng tổng chi phí của hệ thống.
• Nó không phải lúc nào cũng có thể ngăn chặn hiệu quả các xung điện áp, đặc biệt là trong các ứng dụng công suất cao hoặc tần số cao.
• Mạch giảm chấn có thể gây ra thêm tổn thất trong mạch, ảnh hưởng đến hiệu suất chung của hệ thống.
• Việc lựa chọn kích thước linh kiện phù hợp có thể là một thách thức trong mạch giảm chấn.
• Trong trường hợp ứng dụng đòi hỏi tần số cao, hiệu quả của mạch giảm chấn có thể thay đổi tùy theo tần số hoạt động.
  

Ứng dụng cho mạch Snubber

• Trong mạch điều khiển động cơ, nó giúp bảo vệ điốt khỏi các xung điện áp do tính chất cảm ứng của tải động cơ gây ra.
• Chúng được sử dụng trong mạch khuếch đại âm thanh để ngăn chặn tiếng chuông và dao động do chuyển mạch nhanh.
• Trong hệ thống năng lượng mặt trời, mạch giảm chấn giúp bảo vệ điốt trong tấm pin quang điện và bộ biến tần khỏi các xung điện áp do thay đổi cường độ ánh sáng mặt trời.
• Mạch giảm chấn được sử dụng trong hệ thống UPS để bảo vệ điốt khỏi các xung điện áp và hiện tượng đổ chuông trong quá trình chuyển mạch.
• Mạch giảm chấn được sử dụng trong mạch biến tần, đặc biệt là trong các ứng dụng tần số cao để giảm thiểu các xung điện áp.
• Mạch giảm chấn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi nguồn như bộ chuyển đổi buck, boost và fly back để ngăn chặn các xung điện áp trên điốt trong quá trình chuyển mạch.

Phần kết luận

Do đó, mạch giảm chấn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của mạch điện tử, đặc biệt là trong các ứng dụng liên quan đến chuyển mạch nhanh và điện áp cao. Có hai loại mạch giảm chấn, đó là mạch giảm chấn RC và mạch giảm chấn RCD, mỗi loại có những ưu điểm riêng và phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

Mạch giảm chấn RC bao gồm một điện trở và một tụ điện được mắc song song trên diode. Điện trở giúp tiêu tán năng lượng, trong khi tụ điện hấp thụ các xung điện áp và giảm hiện tượng rung. Loại giảm chấn này có cấu tạo đơn giản và hiệu quả trong việc triệt tiêu điện áp.

Trong khi đó, bộ giảm chấn RCD mang lại hiệu suất tốt hơn so với bộ giảm chấn RC, đặc biệt là trong các ứng dụng công suất cao và tần số cao. Bất kể loại nào, mạch giảm chấn đều yêu cầu các linh kiện thụ động như điện trở, tụ điện và diode. Việc lựa chọn các linh kiện này phụ thuộc vào các yếu tố như tần số đóng cắt, mức điện áp và công suất định mức của mạch. Cần cân nhắc kỹ lưỡng các linh kiện này để thiết kế mạch giảm chấn hiệu quả.