UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PCE – Projeto de Conversores Estáticos
(Graduação em Engenharia Elétrica)
Snubbers passivos dissipativos
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
Aulas anteriores
Especificação de semicondutores


Cálculo de perdas de condução e pré-seleção de dispositivos
semicondutores

Cálculo de perdas de comutação com identificação de existência
ou não dessas perdas
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Tópicos

O que são snubbers?

Quais benefícios são obtidos?

Quais funcionalidades esperadas?

Principais tipos de snubbers e sua classificação

Por quê snubbers são necessários?

Detalhamento de funcionamento e exemplos de projeto para
snubbers de tensão.

Snubber RC

Snubber RCD – controle de derivadas

Snubber RCD - grampeador
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Snubbers
Snubbers visam melhorar ou criar condições adequadas para

realizar as comutações dos interruptores em um determinado conversor.
São circuitos auxiliares (pequenos) que visam controlar os efeitos

causados pelos elementos parasitas do circuito de potência
(dispersões, capacitâncias, layout).
No interruptor (diodo ou interruptor ativo) podem propiciar:


Amortecimento de oscilações

Controle de derivadas de tensões e/ou correntes

Grampeamento de tensões.
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Snubbers

No conversor ou estrutura podem propiciar:

Redução de EMI

Redução de perdas de comutação

Redução do volume dos dissipadores

Aumento da freq. e consequente redução de volume de
passivos.
Obs.: melhora ou piora da eficiência dependem do projeto,
parâmetros e especificações (ambos podem ocorrer).
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Snubbers
Snubbers podem ser passivos ou ativos:

Passivos


Compostos por capacitores, indutores, resistores e diodos
Ativos


Incluem transistores ou outros interruptores controláveis.
Snubbers tbem podem ser dissipativos ou não-dissipativos:


Dissipativos


a energia (ou parte) absorvida é dissipada em resistores
Não dissipativos

A energia (ou parte) é regenerada
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Snubbers
Por quê snubbers são necessários?


Comutação idealizada: sem sobretensões, derivadas de
tensão não são controladas, entrada em condução não-dissipativa
(Flyback DCM).
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Snubbers

O circuito real possui reatâncias, como a indutância de dispersão do
transformador e a capacitância dos interruptores (ambos predominantes e
representados abaixo).

Há também indutância no layout, nos interruptores bem como
capacitância no transformador, que são normalmente menores e
possivelmente não predominantes (verificar predominância).
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Snubbers
A tensão de bloqueio do interruptor será maior do que a tensão ideal.
A energia entregue pelo indutor é igual a energia recebida pelo capacitor:
1
1
2
L  Isw  C  VC 2
2
2
Logo, a elevação de tensão pode ser determinada multiplicando a
corrente comutada pela impedância característica do circuito ressonante
L
VC 
 Isw 2
C
L
z
C
V  z  Isw
L
VC 
 Isw
C
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1
fr 
2 LC
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Snubbers
Ex.: Calcule a tensão máxima de bloqueio no interruptor de um conversor
Flyback (sem snubber) com as seguintes specs.:
Corrente antes da comutação (Isw): 1,87 A
Tensão de entrada: 200V
Tensão de saída 18V
Relação de espiras: 4,44
Indutância de dispersão do transf.: 2 μH
Capacitância de saída do MOSFET: 330pF
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Snubbers
Solução:
L
z
 77,84
C
V  77,84 1,87  145V
Vs max  145  200  18  4, 44  425V
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Snubbers
A consideração de reatâncias parasitas mostra
que ocorre aumento do pico de tensão no
bloqueio e aumento do pico de corrente durante a
entrada em condução
Lleak  2H
Coss  330pF
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Snubbers
Snubber passivo dissipativo:
amortecimento de oscilações
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Snubber dissipativo: RC simples
•
É bastante difundido
•
Pode ser conectado em indutores, transformadores, interruptores ativos
ou diodos.
•
Pode ser utilizado para amortecer as oscilações ou;
•
pode ser utilizado para controlar as derivadas (limitado devido ao Rs).
•
É mais utilizado em amortecimento.
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Snubber dissipativo: RC simples
•
Procedimento de projeto:
•
Reduzir a frequência de ressonância pela metade
•
A capacitância Cs deve ser maior do que a capacitância de saída
do interruptor (3 a 4 vezes)
•
A capacitância Cs deve ser pequena o suficiente para não elevar
em demasia as perdas no resistor Rs
•
O valor de Rs é igual a impedância característica (z)
Cs  3  Coss
1
2
P Rs = ⋅f s⋅C s⋅V Cs
2
Lleak
Rs  z 
Coss
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PRs é a potência máxima aproximada.
VCs é a tensão em que o capacitor Cs é carregado e
descarregado (próxima do ideal)
fs é a frequência de comutação do conversor
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Snubber dissipativo: RC simples
Ex.: calcule Rs, Cs e PRs para o caso abaixo:
Corrente antes da comutação (Isw): 1,9 A
Tensão de entrada: 200V
Relação de espiras: 4,44
Tensão de saída 18V.
Indutância de dispersão do transf.: 2 μH
Capacitância de saída do MOSFET: 330pF
Cs  3  Coss
Lleak
Rs  z 
Coss
1
2
P Rs = ⋅f s⋅C s⋅V Cs
2
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Snubber dissipativo: RC simples
Solução:
Cs=Coss⋅3=990pF
Lleak
Rs  z 
Coss
Lleak
VCS  200  18  4, 44  Isw 
 77,83
Coss  Cs
√
Lleak
VCs=200+18⋅4,44+ Isw⋅ (
)
(Coss+Cs)
VCs=353,8773996953447
2
1
2
−12
P Rs = ⋅f s⋅C s⋅V Cs =0,5⋅20000⋅990⋅10 ⋅353,9
2
P Rs =1,239769218749874 W
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Snubber dissipativo: RC simples
Valor de pico com snubber 327V
Potência no resistor do snubber 1,1W
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Snubbers
Snubber passivo dissipativo
polarizado: controle de derivada de
tensão
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Snubber dissipativo
RCD para controle da derivada
dvCs(t)
iCs  C
dt
t
Cs  I
VCs
  RsCs
  0,1 Ts
0,1
Rs 
Cs  fs
1
2
PRs   Cs  VCs  fs
2
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Snubber dissipativo: RCD controlando a derivada
Ex.: Considerando os dados do conversor Flyback, calcule Rs, Cs e PRs
considerando um tempo de subida da tensão no interruptor da ordem de
180 ns e considerando ainda que o snubber não altera a sobretensão
causada pelos elementos parasitas.
t
Cs  I
VCs
0,1
Rs 
Cs  fs
1
PRs   Cs  VCs 2  fs
2
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Snubber dissipativo: RCD controlando a derivada
Solução:
t  180ns
VCs  Vi  Vo n  V
Cs 
Rs 
Isw t
Cs   nF
VCs
0.1
Rs 
Cs  fs
PRs 
1
2
VCs 
2
 Cs  VCs  fs
PRs 
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Snubber dissipativo: RCD controlando a derivada
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Snubbers
Snubber passivo dissipativo
polarizado: grampeamento de tensão
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Snubber dissipativo
RCD como grampeador
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Snubber dissipativo
RCD como grampeador
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Snubber dissipativo
O projeto do snubber grampeador, que compreende o cálculo
do resistor (resistência e potência), capacitância e esforços
Depende da topologia do conversor.
Material detalhado sobre o grampeador para os conversores Flyback
e Forward pode ser obtido em [2], disponível na página.
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Snubber dissipativo
Combinação de snubbers
A combinação de snubbers mostra-se efetiva quando suas
funcionalidades são coordenadas, ex.:
- Snubber RC para realizar o amortecimento.
- Snubber RCD para garantir o grampeamento da tensão do
interruptor.
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Snubber dissipativo
Comentários finais
• É boa prática realizar o pré-projeto dos elementos do snubber e
confrontar os resultados com simulações.
• O cálculo dos parâmetros do snubber é aproximado. Portanto,
ajustes via simulação numérica podem ser necessários (RCD
grampeador) bem como em protótipos.
• Pode-se estimar a dispersão a partir da geometria do núcleo,
número de espiras, aspectos construtivos do elemento
magnético (já abordado) ou percentualmente em função da
indutância de magnetização.
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Snubber dissipativo
Comentários finais
“Discrepância muito grande entre teoria e experimentação indicam
que o conversor não foi construído conforme projetado ou não foi
projetado conforme construído” Todd, P.C.
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Referências bibliográficas
[1] Todd, P.C.; “Snubber Circuits: Theory, Design and Application”, May 93.
[2] Barbi, I. “Estudo do Circuito Grampeador para os Conversores Flyback e
Forward e do Circuito Equivalente do Transformador de Três Enrolamentos,
INEP, UFSC, relatório interno, 2007”
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