एक माइक्रोसेकंड में आईजीबीटी के बंद होने पर क्या होता है?

हर बार एकआईजीबीटीअगर सब कुछ बंद हो जाता है, तो बहुत कम समय में कोई हिंसक घटना घटित हो जाती है।

वोल्टेज तरंगरूप की तुलना जिसमें CRE स्नबर कैपेसिटर के साथ और उसके बिना IGBT टर्न-ऑफ स्पाइक दिखाया गया है

डिवाइस से प्रवाहित होने वाली धारा बाधित हो जाती है। परिपथ के आवारा प्रेरकत्व में संग्रहित ऊर्जा के निकलने का कोई रास्ता नहीं होता। यह एक वोल्टेज स्पाइक के रूप में मुक्त होती है। यदि कोई भी चीज़ उस स्पाइक को अवशोषित नहीं करती है, तो यह आईजीबीटी के निर्धारित वोल्टेज से अधिक हो सकती है और डिवाइस को नुकसान पहुंचा सकती है।

स्नबर कैपेसिटर ठीक इसी समस्या को हल करने के लिए बनाया गया है। और इसे ठीक से समझना ज़रूरी है, क्योंकि एक अच्छे स्नबर कैपेसिटर और एक औसत दर्जे के स्नबर कैपेसिटर के बीच का अंतर शुरुआत में नहीं, बल्कि महीनों या सालों बाद डिवाइस की खराबी के रूप में सामने आता है।

स्नबर कैपेसिटर का कार्य

A स्नबर कैपेसिटरयह स्विचिंग डिवाइस के ऊपर स्थित होता है और उस मुक्त ऊर्जा को सुरक्षित रूप से कहीं जाने का स्थान प्रदान करता है।

जब IGBT बंद होता है, तो संधारित्र क्षणिक धारा को अवशोषित करता है और उपकरण के पार वोल्टेज के बढ़ने की गति (dv/dt) को सीमित करता है। यह एक ही कार्य एक साथ तीन चीजें करता है: यह वोल्टेज स्पाइक्स को दबाता है, स्विचिंग हानियों को कम करता है, और सर्किट के बाकी हिस्सों पर दबाव डालने वाले अचानक धारा और वोल्टेज परिवर्तनों को सुचारू बनाता है।

इसके सही ढंग से काम करने के लिए, दो विद्युत गुण सबसे ज़्यादा मायने रखते हैं: कम समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) और कम समतुल्य श्रृंखला प्रेरकत्व (ESL)। उच्च ESR या ESL संधारित्र की प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है और तीव्र क्षणिक आवेश को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने की क्षमता को सीमित कर देता है। यही कारण है कि अधिकांश स्नबर अनुप्रयोगों के लिए धातुयुक्त पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म को प्राथमिकता दी जाती है। इसमें कम ESR/ESL के साथ-साथ स्व-उपचारशील परावैद्युत भी होता है, जिससे संधारित्र बार-बार वोल्टेज तनाव के बाद भी विश्वसनीय रूप से कार्य करता रहता है।

अंदरएसएमजे-पीसीआरई का प्लास्टिक बॉक्स आईजीबीटी स्नबर कैपेसिटर

CRE का SMJ-P एक प्लास्टिक-बॉक्स स्नबर कैपेसिटर है जिसे विशेष रूप से IGBT सुरक्षा के लिए बनाया गया है, जिसमें टिन-प्लेटेड कॉपर इंसर्ट लीड्स हैं ताकि इसे सीधे IGBT मॉड्यूल पर आसानी से स्थापित किया जा सके।

CRE SMJ-P प्लास्टिक बॉक्स IGBT स्नबर कैपेसिटर, टिन-प्लेटेड कॉपर लीड्स के साथ

प्रमुख तकनीकी मापदंड:

इसकी संरचना भी विद्युत प्रदर्शन के समान ही तर्क पर आधारित है। प्लास्टिक केस को रेज़िन से सील किया गया है, जो वाइंडिंग को नमी और यांत्रिक तनाव से बचाता है। इसमें अक्षीय और रेडियल दोनों प्रकार के लीड कॉन्फ़िगरेशन उपलब्ध हैं, इसलिए एक ही कैपेसिटर परिवार को हर बार कस्टम रीडिज़ाइन किए बिना विभिन्न मॉड्यूल लेआउट में फिट किया जा सकता है।

एक ऐसा विवरण जिसे अधिकांश लेख अनदेखा कर देते हैं: सीसे की ज्यामिति उतनी ही महत्वपूर्ण है जितनी धारिता।

अधिकांशस्नबर कैपेसिटरसामग्री "पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म का उपयोग करें, यह स्वतः ठीक हो जाती है" पर आकर रुक जाती है। यह सच है, लेकिन यह इंजीनियरिंग की कहानी का केवल आधा हिस्सा है, और यह वह आधा हिस्सा है जो वास्तव में यह तय नहीं करता कि कोई दिया गया भाग किसी दिए गए सर्किट में काम करेगा या नहीं।

दूसरा भाग लूप इंडक्टेंस है। केवल कैपेसिटेंस का मान ही कम वोल्टेज स्पाइक की गारंटी नहीं देता, यदि कैपेसिटर का सेल्फ-इंडक्टेंस अधिक रहता है, क्योंकि टर्मिनलों और आंतरिक कनेक्शनों के बीच लूप में शेष इंडक्टेंस ही वोल्टेज स्पाइक या ट्रांजिएंट उत्पन्न करने के लिए जिम्मेदार होता है। दूसरे शब्दों में, लंबे, पतले लीड वाले उच्च-कैपेसिटेंस वाले पार्ट का प्रदर्शन छोटे, चौड़े टर्मिनलों वाले छोटे पार्ट की तुलना में कमतर हो सकता है।

लॉन्ग-लीड और डायरेक्ट-माउंट स्नबर कैपेसिटर टर्मिनलों के बीच लूप इंडक्टेंस की तुलना करने वाला आरेख

यही कारण है कि माउंटिंग विधि डेटाशीट में दिखने से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है। चौड़े, सपाट टर्मिनलों वाले कैपेसिटर जिन्हें सीधे IGBT मॉड्यूल पर स्क्रू किया जा सकता है, लंबी लीड तारों के माध्यम से जुड़े पुर्जों की तुलना में कम स्व-प्रेरकत्व प्राप्त करते हैं। SMJ-P के टिन-प्लेटेड कॉपर इंसर्ट लीड और अक्षीय या रेडियल कॉन्फ़िगरेशन का विकल्प ठीक इसी कारण से मौजूद हैं: कनेक्शन पथ को छोटा रखने और रेटेड कैपेसिटेंस को वास्तव में निर्दिष्ट dv/dt सुरक्षा प्रदान करने देने के लिए।

स्व-उपचार गुण अभी भी महत्वपूर्ण है, हालांकि अलग से। एक धातुयुक्त पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म, जिसमें स्थानीयकृत डाइइलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन होता है, उस दोष को पूरी तरह से विफल होने के बजाय माइक्रोसेकंड में अलग कर देती है, यही कारण है कि सिरेमिक या इलेक्ट्रोलाइटिक विकल्पों की तुलना में इस अनुप्रयोग के लिए फिल्म मानक डाइइलेक्ट्रिक बनी हुई है। लेकिन स्व-उपचार और कम लूप इंडक्टेंस दो अलग-अलग इंजीनियरिंग समस्याएं हैं, और एक स्नबर कैपेसिटर को दोनों में सक्षम होना चाहिए।

एसएमजे-पी, सीआरई की व्यापक स्नबर कैपेसिटर रेंज के अंतर्गत आता है।

एसएमजे-पी प्लास्टिक-बॉक्स प्रारूपयह CRE द्वारा IGBT और GTO स्नबर सुरक्षा के लिए पेश किए जाने वाले कई लीड और केस कॉन्फ़िगरेशन में से एक है। माउंटिंग स्पेस, लीड ओरिएंटेशन और थर्मल आवश्यकताओं के आधार पर, CRE समान मेटलाइज़्ड पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म तकनीक पर निर्मित और समान ESR/ESL प्रदर्शन मानकों के अनुरूप इंजीनियर किए गए एक्सियल-लीड और माइलर-टेप वेरिएंट भी तैयार करता है। इसका मतलब है कि एक डिज़ाइन टीम लेआउट विकसित होने पर अंतर्निहित डाइइलेक्ट्रिक सिस्टम को शुरू से पुनः योग्य बनाए बिना, विभिन्न फॉर्मेट में बदलाव कर सकती है।

इंजीनियर स्नबर कैपेसिटर के चयन को कैसे सत्यापित करते हैं

डेटाशीट पर दी गई धारिता और वोल्टेज रेटिंग किसी दिए गए सर्किट में स्नबर कैपेसिटर के काम करने की पुष्टि करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। मानक सत्यापन विधि, जिसका दस्तावेजीकरण SEMIKRON ने अपने IGBT अनुप्रयोग नोट्स में किया है, यह है कि टर्न-ऑफ के समय वास्तविक कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज तरंग को स्नबर कैपेसिटर के साथ और उसके बिना मापा जाए, और यह पुष्टि की जाए कि पीक सबसे खराब परिस्थितियों में भी IGBT के रेटेड ब्लॉकिंग वोल्टेज के भीतर रहता है। टर्न-ऑफ के बाद, करंट स्नबर कैपेसिटर में प्रवाहित होता है, जिससे स्विचिंग के समय एक पीक करंट उत्पन्न होता है, जिसके बाद स्नबर कैपेसिटर और DC-लिंक के बीच एक मंद दोलन होता है, जिसकी दोलन आवृत्ति बस बार के परजीवी प्रेरकत्व और स्नबर कैपेसिटर के मान द्वारा निर्धारित होती है।

लीड ज्यामिति और डायरेक्ट-माउंट टर्मिनल हार्डवेयर पर एक प्राथमिक डिज़ाइन चर के रूप में, न कि गौण विचार के रूप में, यही ज़ोर व्यापक रूप से प्रसारित पावर इलेक्ट्रॉनिक्स डिज़ाइन साहित्य में भी दिखाई देता है, जिसमें कॉर्नेल ड्यूबिलियर द्वारा प्रकाशित रूडी सेवरन्स का स्नबर डिज़ाइन संदर्भ भी शामिल है। अंतर्निहित भौतिकी को IEC 61071 में भी औपचारिक रूप दिया गया है, जो पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए कैपेसिटर को नियंत्रित करने वाला अंतर्राष्ट्रीय मानक है, जिसे पूरा करने के लिए SMJ-P को डिज़ाइन किया गया है। इन सभी स्रोतों में मुख्य बात एक ही है:लक्ष्य केवल स्पेसिफिकेशन शीट पर धारिता मान प्राप्त करना नहीं है, बल्कि बंद होने पर चरम वोल्टेज में मापी गई, दोहराने योग्य कमी प्राप्त करना है।

SMJ-P कैपेसिटर का उपयोग कहाँ होता है?

डीसी बस रेल के पार स्नबर कैपेसिटर C3 से जुड़े हाफ-ब्रिज आईजीबीटी सर्किट का आरेख।

स्नबर कैपेसिटर कोई विशिष्ट घटक नहीं हैं। वे हर उस जगह दिखाई देते हैं जहां किसी पावर स्विचिंग डिवाइस को अपनी ही स्विचिंग क्रिया से सुरक्षा की आवश्यकता होती है:

• इनवर्टर और मोटर ड्राइवजहां आईजीबीटी लगातार स्विच करते हैं और उन्हें निरंतर डीवी/डीटी सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

•इलेक्ट्रिक वाहन पावर इलेक्ट्रॉनिक्सजहां स्विचिंग दक्षता और घटक की दीर्घायु सीधे तौर पर रेंज और विश्वसनीयता को प्रभावित करती है।

•नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियाँसोलर इनवर्टर सहित, जहां वोल्टेज स्पाइक दमन दशकों के संचालन के दौरान उच्च-शक्ति स्विचिंग उपकरणों की सुरक्षा करता है।

•रेक्टिफायर,एसवीसीऔर लोकोमोटिव बिजली आपूर्तिजहां उच्च पल्स धाराएं और मांग वाले ड्यूटी चक्र ईएसआर और ईएसएल प्रदर्शन को विशेष रूप से महत्वपूर्ण बनाते हैं।

इन सभी अनुप्रयोगों में एक समान बात यह है: स्विचिंग डिवाइस क्षणिक ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, और सिस्टम के जीवनकाल के दौरान, चक्र दर चक्र, किसी चीज को उन्हें साफ-सुथरा अवशोषित करना होता है।

समय के साथ सामग्री और विनिर्माण संबंधी विकल्पों का प्रभाव क्यों बढ़ता जाता है?

डेटाशीट पर स्नबर कैपेसिटर का काम सरल दिखता है। व्यवहार में, इसका प्रदर्शन उन बारीकियों पर निर्भर करता है जो सिस्टम के कई वर्षों तक चलने के बाद ही सामने आती हैं: तनाव के बाद डाइइलेक्ट्रिक कितनी स्थिरता से स्वयं को ठीक करता है, उत्पादन बैच में ESR और ESL को कितनी सख्ती से नियंत्रित किया जाता है, और क्या इन्सुलेशन प्रतिरोध पूरे तापमान रेंज में बना रहता है, न कि केवल कमरे के तापमान पर।

यही कारण है कि CRE का SMJ-P अपने 100,000 घंटे के जीवन प्रत्याशा रेटिंग को एक विशिष्ट हॉटस्पॉट तापमान स्थिति (≤85°C) से जोड़ता है, न कि इसे एक सामान्य संख्या के रूप में बताता है, और यही कारण है कि इन्सुलेशन प्रतिरोध को एक ही सामान्य आंकड़े के रूप में निर्दिष्ट करने के बजाय धारिता सीमा के अनुसार अलग से निर्दिष्ट किया जाता है। ये वे विशिष्टताएं हैं जो किसी डिज़ाइन का सत्यापन करने वाले इंजीनियर के लिए मायने रखती हैं, न कि केवल एक मार्केटिंग दावा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: IGBT स्नबर कैपेसिटर का चयन

Q1:एक क्या हैआईजीबीटी स्नबर कैपेसिटरके लिए इस्तेमाल होता है? 

एक आईजीबीटी स्नबर कैपेसिटर आईजीबीटी के बंद होने पर उत्पन्न होने वाले वोल्टेज स्पाइक्स को दबा देता है, जिससे डिवाइस को उसके निर्धारित ब्लॉकिंग वोल्टेज से अधिक होने से बचाया जा सकता है। सीआरई का एसएमजे-पी मेटलाइज्ड पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म कैपेसिटर इसी उद्देश्य के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसकी निर्धारित वोल्टेज रेंज 700V DC से 3000V DC तक है।

Q2:मैं सही स्नबर कैपेसिटर निर्माता का चुनाव कैसे करूं? 

ऐसे निर्माता की तलाश करें जो कम ईएसआर/ईएसएल फिल्म कैपेसिटर, मान्यता प्राप्त प्रमाणपत्र (आईईसी 61071, यूएल94वी-0) और कस्टम कैपेसिटेंस या वोल्टेज विकल्प प्रदान करता हो।सीआरईयह डीसी-लिंक को फिल्म कैपेसिटर की आपूर्ति करने वाली कंपनी है।आईजीबीटी स्नबरऔर पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, नवीकरणीय ऊर्जा और रेल परिवहन अनुप्रयोगों के लिए ईएमसी-फ़िल्टर कैपेसिटर, जो अक्षीय और रेडियल लीड कॉन्फ़िगरेशन दोनों में उपलब्ध हैं।

Q3:पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म कैपेसिटर अन्य स्नबर कैपेसिटर प्रकारों से बेहतर क्यों है? 

मेटलाइज़्ड पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म कम ESR/ESL, स्व-उपचारकारी परावैद्युत गुण और व्यापक तापमान सीमा पर स्थिर प्रदर्शन प्रदान करती है, जिससे यह इलेक्ट्रोलाइटिक या सिरेमिक विकल्पों की तुलना में स्नबर अनुप्रयोगों के लिए मानक परावैद्युत बन जाती है। CRE का SMJ-P -40°C से +85°C तक के तापमान पर काम करता है और इसकी अनुमानित जीवन प्रत्याशा 100,000 घंटे है।

SMJ-P के लिए संपूर्ण तकनीकी दस्तावेज़ यहाँ उपलब्ध है: https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html

संदर्भ:

1. सीआरई न्यू एनर्जी, “प्लास्टिक बॉक्स आईजीबीटी स्नबर कैपेसिटर एसएमजे-पीउत्पाद डेटाशीट। (https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html)

2. सेमिक्रोन डैनफॉस, “आईजीबीटी पीक वोल्टेज मापन और स्नबर कैपेसिटर विनिर्देश, “एप्लिकेशन नोट एएन 07-006।

(https://assets.danfoss.com/documents/latest/444044/AB501644922487en-000201.pdf)

3. सेवर्न्स, रूडी। “पावर सर्किट के लिए स्नबर्स का डिज़ाइन।” कॉर्नेल ड्यूबिलियर एप्लीकेशन नोट। (https://www.cde.com/resources/technical-papers/design.pdf)

तकनीकी विनिर्देश लेखन के समय प्रकाशित आंकड़ों को दर्शाते हैं। पाठकों को अंतिम डिजाइन में उपयोग करने से पहले निर्माता के नवीनतम डेटाशीट से वर्तमान रेटिंग की पुष्टि कर लेनी चाहिए।