如何计算缓冲电路的电阻器和电容器尺寸

电器工程 缓冲器
2022-01-29 19:13:33

我有一个 24 VAC 接触器,我想用一个微控制器通过一个光模块来驱动它。如何为缓冲电路计算合适尺寸的电阻器和电容器?以下是一些细节。谢谢您的帮助!

微控制器 - 输出引脚上最大为 5V DC 40 mA。

AQV252G Photomos http://www.futureelectronics.com/en/technologies/electromechanical/relays/solid-state-relays/Pages/9530346-AQV252G.aspx?IM=0

变压器数据 - 24 VAC 40 VA 变压器

接触器数据

接触器额定线圈电压 24

最大拾取电压 18

电压差范围 6 - 15

标称浪涌 VA @ 60 Hz 20

标称密封 VA @ 60 Hz 5.25

标称直流电阻 - 欧姆 ± 10% 16.5

3个回答

在不了解需要吸收的能量(与负载电流和负载电感有关)的情况下,计算 RC 缓冲器所需的值实际上有点困难。通常必须猜测这些值中的一个或两个,因为硬数据不可用。

缓冲器的想法是电容器吸收开关(photomos)打开时存储在负载中的感应能量,其值必须足够大,以使其两端的电压不超过开关的额定值。

电阻器部分用于阻尼,部分用于确保电容器在下次关闭时不会立即通过开关放电。它的电阻值和额定功率必须从两种情况下的最坏情况推导出来。额定功率还与开关的运行频率有关。

请注意,在开关打开的瞬间,电容器放电,负载电流通过电阻器驱动,因此其值必须足够低,以使 IR 压降也不会超过开关的额定值。


因此,根据我们对您的接触器和 SSR 的了解,并在此过程中做出一些假设,我们可以得出一些初步值。

接触器的稳态电流指定为 5.25 VA,在 24 V 时表示电流为

5.25VA24VAC=220mA(RMS)=310mA(peak)

您的开关可以处理大约 60 V。让我们留出一点余地,因此我们将设计为 50 V。因此,如果我们想将开关两端的初始电压保持在这个水平,我们需要一个不大于以下值的电阻:

50V310mA=160Ω

假设一个中等大小的接触器线圈的电感约为 1 H。这意味着在电流的峰值处,它正在存储

0.51H310mA2=48mJ

的能量。同样,我们希望将开关两端的电压限制为 50V,因此电容器必须能够在不超过该值的情况下存储该能量:

248mJ50V2=40μF

请注意,这需要是一个非极化电容器!

每次开关循环时,都会向电阻器中释放 48 mJ 的能量。如果这种情况很少发生(例如,少于每秒一次),那么 0.5 W 电阻器就足够了。但是,如果它更频繁地发生,则可能需要更大的电阻器。例如,10 倍/秒表示 480 mW 的功率耗散,这需要 1W 或更大的电阻以实现稳健性。

我认为在您的应用程序中使用缓冲器是错误的方法。

您想设计一些东西来钳制驱动接触器线圈的开关打开时发生的瞬态。电压钳是更好的方法。

其他人提到使用一对反向串联的齐纳二极管。尽管这是一种方法,但我不喜欢这种解决方案,因为峰值功率能力太低了。

相反,我通常在接触器线圈上使用低压 MOV 或双极 Tranzorb。

在您的特定应用中,我们将在每个接触器线圈上使用 S07K35 MOV。这些通常安装在线圈端子处。

在我公司 30 多年的历史中,这已被证明是极其可靠的。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

RC 缓冲器设计的绝佳答案。我想评论一下相对较大的40uF电容值。其原因在于必须将电压限制在非常低的水平(60V)。市售 RCS 通常由 0.1uF C 和 47 - 220 ohm R 制成。这些产品非常适合保护继电器触点免受电弧影响。

我想使用两个与线圈并联的反串联齐纳二极管提供替代保护理念。齐纳电压应选择在正常工作时从不导通,但要以一定的安全裕度防止过压。电压的上限是组件容差(我相信它是 60VDC)。下限为 24VAC * sqr(2) * 1.2(对于 +20% 安全性)= 40.7V。另一个考虑因素是齐纳正向电压降(它与齐纳电压相加)和齐纳电压容差。简而言之,2 个齐纳二极管,齐纳电压为 45-54V(对于 5% ZD),电流额定值将管理 310mA 脉冲额定值。就热(功耗)而言,与上述答案中的电阻器相同 - 这取决于每秒的周期数。

获取 2 个齐纳二极管(我会使用 47V / 2-5 瓦),并将它们串联起来,使它们具有相反的方向。这将使第一个二极管正常导通(0.7V)电压降,而另一个将是“齐纳”(47V)电压降。在反向电流的情况下,两个二极管只需切换它们的角色。整个组合成为具有 47.7V 压降的“双极”齐纳二极管。低于此电压,漏电流将非常小,高于此电压,通过二极管的电流将急剧增长。这种二极管的串联组合应视为一个新元件,外接2个,简单地与接触器的线圈并联安装。由于二极管的动态电阻,我倾向于推荐原始答案范围内的较低电压,因此在电流尖峰期间实际电压降会略高。选择二极管的参数应该是正向压降、齐纳压降、最大允许脉冲电流,以及在频繁开关的情况下允许的功耗。