ในบทความนี้ เราจะพูดถึงวงจร Snubber โดยจะเริ่มบทความด้วยการแนะนำวงจร Snubber จากนั้นจะพูดถึงส่วนประกอบและโครงสร้างของวงจร จากนั้นจะพูดถึงหลักการทำงานและประเภทของวงจร และสุดท้าย เราจะพูดถึงข้อดี ข้อเสีย แอปพลิเคชัน และคำถามที่พบบ่อย

Snubber Circuit คืออะไร?

วงจรสนับเบอร์ (Snubber Circuit) คือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อ แบบขนานกัน ทั่วอุปกรณ์สวิตชิ่ง วงจรสนับเบอร์ใช้เพื่อป้องกันแรงดันไฟกระชากที่เกิดขึ้นเนื่องจากการหยุดชะงักหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างกะทันหัน วงจรสนับเบอร์นี้ใช้เพื่อป้องกันส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อไฟฟ้าจากแรงดันไฟกระชากที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูง วงจรสนับเบอร์เหล่านี้ติดตั้งทับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เพื่อป้องกันและลดการสูญเสียจากสวิตชิ่ง ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน วงจรสนับเบอร์ช่วยลดการเกิดแรงดันชั่วขณะในระบบไฟฟ้า แรงดันชั่วขณะในระบบของไหล และแรงเกินในระบบเครื่องกล

ไม่ว่าจะใช้วงจรแบบใด วงจรสนับเบอร์จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์แบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และไดโอด แรงดันไฟฟ้ากระชากเหล่านี้สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบได้ วงจรสนับเบอร์ที่มีไดโอดถูกนำมาใช้เพื่อลดปัญหาเหล่านี้ วงจรสนับเบอร์เหล่านี้ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการปิดได โอดแรงดันไฟฟ้ากระชากชั่วขณะเหล่านี้อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและความเครียดจากแรงดันไฟฟ้าต่ออุปกรณ์ หรืออาจทำให้ไดโอดเสียหายได้

การใช้วงจรสนับเบอร์สามารถป้องกันการทำงานของวงจรป้องกัน ลดการสั่น และเพิ่มประสิทธิภาพได้ เพื่อทำความเข้าใจเรื่องนี้ ลองยกตัวอย่าง โหลดแบบเหนี่ยวนำสามารถสร้างแรงดันไฟกระชากสูง และอาจเกินพิกัดแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์อื่นๆ ได้ การใช้วงจรสนับเบอร์สามารถช่วยลดแรงดันไฟกระชากเหล่านี้ได้

ส่วนประกอบและการสร้างวงจรสนับเบอร์

วงจรสนับเบอร์ (snubber circuit) สร้างขึ้นตามรูปแบบที่ต้องการ วงจรสนับเบอร์แบบ RC ที่พบมากที่สุดคือวงจรสนับเบอร์แบบ RC ซึ่ง ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบอนุกรมกันทั่วอุปกรณ์ ตัวต้านทานจะจำกัดการไหลของกระแส และตัวเก็บประจุจะดูดซับพลังงานจากแรงดันไฟกระชากโดยการควบคุมอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า ค่า R และ C ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันแรงดันไฟกระชากชั่วขณะอย่างมีประสิทธิภาพ ในวงจรสนับเบอร์แบบ RCD ไดโอดจะเชื่อมต่อแบบขนานกับตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ซึ่งช่วยให้กระแสไฟฟ้าคายประจุมีความต้านทานต่ำ โดยเฉพาะในวงจรที่มีโหลดเหนี่ยวนำ

• ตัวต้านทาน: ใช้เพื่อจำกัดการไหลของกระแสผ่านวงจรสนับเบอร์และกระจายพลังงาน ค่าความต้านทานจะถูกเลือกในลักษณะที่สมดุลเพื่อลดการสูญเสียพลังงานและลดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า
• ตัวเก็บประจุ:ตัวเก็บประจุใช้สำหรับเก็บและปล่อยพลังงาน และช่วยปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่และลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง ตัวเก็บประจุจะเลือกค่าความจุและพิกัดแรงดันไฟฟ้าตามขนาดและระยะเวลาของการเกิดสัญญาณชั่วขณะ โดยทั่วไปแล้ว ตัวเก็บประจุที่มีค่าความต้านทานอนุกรมสมมูลต่ำจะนิยมใช้เพื่อลดการสูญเสียและปรับปรุงการตอบสนองสัญญาณชั่วขณะ
• ไดโอด:ไดโอดให้เส้นทางคายประจุที่มีความต้านทานต่ำสำหรับวงจรสนับเบอร์เมื่อต่อขนานกับชุดรวม RC ไดโอดจะเริ่มนำไฟฟ้าเมื่อแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมไดโอดเกินกว่าแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า ซึ่งทำให้กระแสชั่วขณะสามารถผ่านอุปกรณ์ป้องกันได้ ไดโอดจะถูกเลือกโดยพิจารณาจากแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าและเวลาฟื้นตัวกลับ

หลักการทำงานของวงจรสนับเบอร์

วงจรสนับเบอร์สำหรับไดโอดทำงานโดยอาศัยหลักการดูดซับ พลังงาน จากแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะและจำกัดอัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าคร่อมไดโอด ในโหลดแบบเหนี่ยวนำ เมื่อสวิตช์ไดโอดถูกปิด แรงดันไฟฟ้าอาจเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว นำไปสู่แรงดันไฟฟ้ากระชาก และอาจเกิดความเสียหายต่อส่วนประกอบและไดโอดเอง

ประเภทที่พบมากที่สุดคือ RC snubber ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อกันข้ามไดโอด ตัวต้านทานจะจำกัดการไหลของกระแสผ่านตัวเก็บประจุ ในขณะที่ตัวเก็บประจุจะดูดซับพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าที่พุ่งสูงซึ่งป้องกันไม่ให้ไปถึงระดับแรงดันไฟฟ้าสูงและลดโอกาสที่อุปกรณ์จะเสียหาย

หากเพิ่มไดโอดเพิ่มเติมเข้ากับชุด RC นี้ (เช่น วงจรสนับเบอร์ RCD) จะทำให้มีเส้นทางคายประจุอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับกระแสชั่วขณะ วงจรสนับเบอร์จะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ลด สัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และเพิ่มอายุการใช้งาน โดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ

ประเภทของวงจรสนับเบอร์

วงจรสนับเบอร์มีสองรูปแบบ คือ

• วงจร RC snubber
• วงจรสนับเบอร์ RCD

วงจร RC Snubber

นี่คือวงจรสนับเบอร์ที่ใช้กันทั่วไปที่สุด ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่ต่อเชื่อมกันบนไดโอด เมื่อไดโอดถูกปิด โหลดเหนี่ยวนำจะพยายามรักษาการไหลของกระแส ซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วบนไดโอด ซึ่งนำไปสู่แรงดันไฟกระชาก วงจรนี้ทำหน้าที่เป็นเส้นทางสำหรับกระแสชั่วขณะผ่านวงจร RC ตัวต้านทานจะจำกัดการไหลของกระแสผ่านตัวเก็บประจุเพื่อป้องกันกระแสคายประจุที่มากเกินไป ตัวเก็บประจุจะดูดซับพลังงานจากแรงดันไฟกระชากและยับยั้งการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า

วงจรตัดวงจร RCD

วงจรสนับเบอร์ RCD มีลักษณะคล้ายคลึงกับวงจรสนับเบอร์ RC ที่มีไดโอดต่อแบบขนานเพิ่มเติม วงจรนี้ใช้สำหรับโหลดที่มีความเหนี่ยวนำสูง ไดโอดทำหน้าที่เป็นเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับกระแสดิสชาร์จและป้องกันแรงดันไฟกระชาก วงจรนี้ช่วยดูดซับและกระจายพลังงานชั่วขณะและป้องกันแรงดันไฟกระชากโดยให้กระแสชั่วขณะผ่านไดโอดที่ได้รับการป้องกัน

ข้อดีของวงจร Snubber

• ช่วยลดไฟกระชากที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการสลับไดโอดได้อย่างมีประสิทธิภาพและป้องกันไม่ให้ไดโอดเสียหาย
• วงจร Snubber ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและลดความเสี่ยงของความล้มเหลวและการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิด
• วงจร Snubber ช่วยลดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการลดแรงดันไฟฟ้ากระชากและลดการรบกวนความถี่วิทยุที่เกิดจากไดโอดในระหว่างการสลับ
• ให้ระดับการป้องกันต่อแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขโหลดอย่างกะทันหัน
• การลดแรงดันไฟฟ้ากระชากและแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว ช่วยปรับปรุงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟและเพิ่มประสิทธิภาพ
• ช่วยป้องกันการสั่นหรือการสั่นที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากไฟกระชาก และช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างเสถียร
• วงจร Snubber สามารถลดสัญญาณรบกวนจากการสลับที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการสลับไดโอดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ข้อเสียของวงจร Snubber

• การเพิ่มวงจรสนับเบอร์จะเพิ่มความซับซ้อนของการออกแบบวงจรโดยรวมเนื่องจากต้องมีส่วนประกอบเพิ่มเติม
• วงจร Snubber ต้องใช้ส่วนประกอบเพิ่มเติมซึ่งจะเพิ่มต้นทุนโดยรวมของระบบ
• อาจไม่สามารถระงับแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเสมอไป โดยเฉพาะในแอพพลิเคชั่นที่มีกำลังไฟสูงหรือความถี่สูง
• วงจร Snubber อาจทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมในวงจร ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ
• การเลือกขนาดส่วนประกอบที่เหมาะสมอาจเป็นเรื่องท้าทายในวงจรสนับเบอร์
• ในกรณีที่ต้องใช้ความถี่สูง ประสิทธิภาพของวงจรสนับเบอร์อาจแตกต่างกันไปตามความถี่ในการทำงาน

แอปพลิเคชันสำหรับวงจร Snubber

• ในวงจรควบคุมมอเตอร์ ช่วยป้องกันไดโอดจากไฟกระชากที่เกิดจากลักษณะเหนี่ยวนำของโหลดมอเตอร์
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในวงจรขยายเสียงเพื่อระงับการเกิดเสียงกริ่งและการสั่นที่เกิดจากการสลับอย่างรวดเร็ว
• ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ วงจรสนับเบอร์จะช่วยปกป้องไดโอดในแผง PV และอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้ากระชากที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงแดด
• วงจร Snubber ใช้ในระบบ UPS เพื่อป้องกันไดโอดจากไฟกระชากและการสั่นในระหว่างการสลับ
• วงจร Snubber ใช้ในวงจรอินเวอร์เตอร์ โดยเฉพาะในแอพพลิเคชั่นความถี่สูง เพื่อลดแรงดันไฟฟ้ากระชาก
• วงจร Snubber ใช้ในตัวแปลงไฟฟ้า เช่น ตัวแปลง Buck, Boost และ Fly Back เพื่อป้องกันแรงดันไฟกระชากข้ามไดโอดในระหว่างการสลับ

บทสรุป

ดังนั้น วงจรสนับเบอร์จึงมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่มีการสลับรวดเร็วและแรงดันไฟฟ้าสูง วงจรสนับเบอร์มี 2 ประเภท คือ วงจรสนับเบอร์ RC และวงจรสนับเบอร์ RCD ซึ่งแต่ละประเภทมีข้อดีเฉพาะตัวและเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน

วงจรสนับเบอร์ RC ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่ต่อขนานกันคร่อมไดโอด ตัวต้านทานช่วยในการกระจายพลังงาน ในขณะที่ตัวเก็บประจุทำหน้าที่ดูดซับแรงดันไฟฟ้าที่พุ่งสูงและลดการเกิดริงก์ สนับเบอร์ประเภทนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพในการลดแรงดันไฟฟ้า

ในขณะที่สนับเบอร์ RCD ให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าสนับเบอร์ RC โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานกำลังไฟฟ้าสูงและความถี่สูง วงจรสนับเบอร์ทุกประเภทจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์แบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และไดโอด การเลือกอุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความถี่ในการสวิตชิ่ง ระดับแรงดันไฟฟ้า และพิกัดกำลังไฟฟ้าของวงจร จำเป็นต้องพิจารณาอุปกรณ์เหล่านี้อย่างรอบคอบเพื่อออกแบบวงจรสนับเบอร์ที่มีประสิทธิภาพ