Suppresseurs d'arc électroniques : protection essentielle pour les systèmes de commutation et les circuits intégrés de commutation

Suppresseurs d'arc électroniques : protection essentielle pour les systèmes de commutation et les circuits intégrés de commutation

Le défi principal : l'arc électrique destructeur

Lorsque des interrupteurs mécaniques (contacteurs, relais, disjoncteurs) ou des semi-conducteurs (IGBT, thyristors) interrompent le courant – en particulier dans les circuits CC inductifs – énergie magnétique stockée ( 1/2*LI^2 ) génère des pics de tension extrêmes (V= − Ldi/dt ). Cela ionise l'air entre les contacts, créant ainsi une arcs électriques que:

· Contacts d'érosion/soudure,

· Générer des EMI destructrices,

· Provoquer des pannes de système ou des incendies.

Comment fonctionnent les suppresseurs d'arc

Les suppresseurs d'arc détournent cette énergie loin à partir de la commutation des éléments via trois méthodes clés :

1. Diodes Flyback (Le plus courant pour les charges CC) :

l' Diode polarisée en inverse sur des charges inductives (par exemple, des bobines de moteur).

l' Lors de l'ouverture de l'interrupteur, la tension induite polarise la diode en direct, créant un chemin à faible résistance.

l' L'énergie se dissipe sous forme de chaleur à travers la résistance de la charge, fixant la tension à environ 0,7 V – éliminer les arcs électriques .

2. Amortisseurs RC (Protection universelle) :

l' Réseau résistance-condensateur à travers commutateurs .

l' Le condensateur absorbe le courant de surtension lors de la mise hors tension, limitant ainsi le taux de montée en tension (dV / dt).

l' La résistance dissipe l’énergie stockée et amortit les oscillations.

3. Diodes TVS/MOV (Serrage transitoire) :

l' Limitez rapidement les tensions au-dessus d'un seuil (par exemple, 400 V) pendant les transitoires de coupure.

l' Utilisé avec des amortisseurs pour des pics à haute énergie.

Suppression d'arc dans Générateurs de variables statiques (SVG)

Les SVG, essentiels à la stabilisation de la tension et du facteur de puissance du réseau, utilisent des IGBT haute puissance commutant à des fréquences kHz pour injecter et absorber la puissance réactive. La suppression d'arc est ici non négociable pour trois raisons :

1. Contrainte di/dt élevée :

l' Les IGBT commutent des centaines à des milliers d'ampères en quelques microsecondes, générant des variations extrêmes / dt (par exemple, 10–100 kA/μs).

l' Une mise hors tension incontrôlée provoque un dépassement de tension (> 2 × tension du bus CC), risquant une défaillance par avalanche de l'IGBT.

2. Protection des pilotes de portail :

l' Les pics de tension se couplent dans les circuits de commande de grille via la capacité Miller, provoquant :

§ Déclenchement erroné (shoot-through),

§ Dommages au circuit intégré du pilote.

l' diodes TVS bloquer ces transitoires au niveau de l'émetteur de grille.

3. Sonnerie côté CC et côté CA :

l' L'inductance parasite dans les barres omnibus/câbles (Lstray) résonne avec la capacité de sortie de l'IGBT pendant la commutation.

l' Amortisseurs RC mis:

§ À travers les IGBT : Limite dV / dt lors de la mise hors tension (par exemple, 1–5 Ω + 0,1–1 μF).

§ Bornes de liaison CC : Absorbe les sonneries haute fréquence (par exemple, 10 Ω + 10 μF).

4. Contacteurs et circuits de précharge :

l' Les contacteurs CC déconnectant les condensateurs SVG subissent un arc électrique sévère.

l' Solutions hybrides : Les résistances de précharge + les amortisseurs RC + les MOV assurent une mise sous tension/hors tension sûre.

Pourquoi c'est important SVG (Générateur de variables statiques)

· Fiabilité : Empêche la défaillance de l'IGBT/du contact due aux dommages cumulatifs de l'arc.

· Efficacité :Réduit les pertes de commutation et le déclassement induit par les EMI.

· Sécurité :Atténue les risques d’arc électrique dans les systèmes fermés.

· Conformité : Conforme aux normes EMI IEC 61800-3/EN 55011.

Considérations de conception pour les applications SVG

· Cote énergétique du snubber :Doit gérer le pic 1 / 2CV ^ 2 énergies lors de la commutation dans le pire des cas.

· Tension de serrage TVS : Situé sous IGBT VCES puissance nominale (par exemple, 1200 V IGBT → 1000 V TVS).

· Mise en page : Minimisez Lstray avec des barres omnibus laminées ; placez les amortisseurs à < 5 cm des bornes IGBT.

Tendance clé :Les SVG modernes intègrent la suppression d'arc dans une protection multicouche - combinant des amortisseurs, des circuits de serrage actifs et des diagnostics en temps réel pour prolonger la durée de vie du système > 20 ans.

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