Boucherot-Glied

Das aus dem technischen Englisch stammende Wort Snubber umschreibt eine Einrichtung zur Dämpfung unerwünschter Schwingungen in technischen Anwendungen.

Am häufigsten wird der Begriff in der Elektronik verwendet. Snubber können aber auch mechanische Schwingungsdämpfer, beispielsweise Stoßdämpfer, Kettendämpfer oder Lenkungsdämpfer, sowie hydraulisch/pneumatische Pulsationsdämpfer, Schalldämpfer sein, der Begriff ist bei diesen Anwendungen jedoch weniger gebräuchlich.

Elektrische Snubber

Ersatzschaltbild für einen Snubber-Kondensator

Als Snubber-Glied bezeichnet man eine elektrische Schaltung, die störende Hochfrequenzen oder Spannungsspitzen neutralisieren soll, die meistens beim Schalten von induktiven Lasten auftreten, wenn der Stromfluss abrupt unterbrochen wird. Er wird zur Erreichung einer besseren Elektromagnetischen Verträglichkeit, zur Funkenlöschung an Schaltkontakten und zur Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit an Halbleiterschaltern (Thyristoren, IGBT, Bipolartransistoren) eingesetzt.

Die Schaltung wird im deutschsprachigen Raum auch als Boucherot-Glied, RC-Löschkombination oder RC-Funkenlöschkombination bezeichnet. Dagegen werden im englischen Sprachraum auch Freilaufdioden und andere elektronische Maßnahmen zur Entstörung als snubber bezeichnet.

Bestandteile

Snubberglieder (Kondensator und Widerstand in einem gemeinsamen Gehäuse)

Ein RC-Snubberglied besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand. Diese Bauteile müssen passend zu der Spannung und dem Strom dimensioniert werden.

Unter anderem an IGBT werden auch Kondensatoren ohne Widerstand eingesetzt. Sie werden dann auch als Snubber-Kondensator bezeichnet.

Verwendung

Verwendung finden Snubberglieder beispielsweise an Kontakten von Leistungsrelais, Schützen und anderen elektrischen Kontakten, wenn diese induktive Lasten zu schalten haben. Beim Prellen und Öffnen der Kontakte in einem Stromkreis, der Induktivitäten enthält, entstehen ohne Kondensator steile Spannungsspitzen, weil die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms groß ist. Diese Spannungsspitzen werden durch einen Snubber abgefangen und gedämpft, weil die Stromänderungsgeschwindigkeit verkleinert wird: Der Strom fließt beim Abschalten zunächst in der ursprünglichen Höhe statt über die Kontakte in den Kondensator und sinkt dann mit zunehmender Ladung des Kondensators entsprechend der abnehmenden magnetischen Energie ab. Gleichzeitig wird durch den Stromfluss im Widerstand elektrische Energie in Wärme umgewandelt, die sonst zu einer Resonanzschwingung führen würde. Dadurch gelingt es, Funkenentladungen zu vermeiden und die Kontaktlebensdauer wesentlich zu erhöhen. Weiterhin wird die Emission von Funkstörungen stark verringert. Beim Wiedereinschalten sorgt der Widerstand dafür, dass der Einschaltstrom beim Entladen des Kondensators begrenzt wird.

Eine weitere Aufgabe von Snubbergliedern ist die Begrenzung der Spannungsanstiegs-Geschwindigkeit an Halbleitern auf einen für diese unkritischen Wert. Thyristoren / Triacs zeigen ansonsten ein unerwünschtes „Über-Kopf-Zünden“. IGBT und Bipolartransistoren können sogar zerstört werden. Bei MOSFET führt die Miller-Kapazität bei zu schnellem Spannungsanstieg zu unsauberem Ausschaltverhalten und erhöhten Schaltverlusten.

IGBT oder mechanische Kontakte (z. B. KFZ-Zündspule mit mechanischem Unterbrecher) haben als Snubber oft nur einen Kondensator ohne Widerstand. Dieser Snubberkondensator muss sehr induktionsarm und impulsfest ausgeführt sein.

Am Lautsprecherausgang von Audioverstärkerschaltungen sorgt ein Snubberglied (hier meist Boucherot-Glied genannt) dafür, dass der Verstärker an der komplexen Last einer Lautsprecherbox stabil arbeitet und keine sogenannten „wilden“ Schwingungen ausführt.

Funktionsweise

Beim Öffnen eines Schalters (Kontakt oder Halbleiterbauteil), an den ein induktiver Verbraucher angeschlossen ist, entsteht ohne geeignete Beschaltung ein steiler Spannungsanstieg bis zum Durchbruch (Schaltlichtbogen oder Avalanchedurchbruch), da die Induktivität versucht, den Stromfluß aufrecht zu erhalten und dazu eine hohe Spannung erzeugt.

Der Kondensator des Snubbergliedes übernimmt beim Öffnen des Kontaktes den Stromfluß temporär, so dass der Schalter ohne Funken bzw. mit begrenzter Spannungsanstiegsgeschwindigkeit öffnet.

Der Widerstand hat zwei Aufgaben:

• Dämpfung der HF-Schwingungen
• Begrenzung des Ladestromes des Kondensators beim Schließen des Schalters

Nachteil: Im geöffneten Zustand fließt bei Wechselstrom bedingt durch den Wechselstromwiderstand (Impedanz) des Kondensators immer ein Strom durch den Snubber und den Verbraucher. Dies kann in einigen Fällen vermieden werden, indem das Snubberglied direkt über den (induktiven) Verbraucher geschaltet wird. Da in diesem Fall die Impedanz des speisenden Netzes in Reihe liegt (das Niederspannungsnetz ist meist induktiv!), verringert sich die Entstörwirkung. Das kann durch einen weiteren, über die Speisequelle geschalteten Kondensator (sog. „X-Kondensator“, oft Bestandteil des Netzfilters) vermieden werden.

Bauformen

Snubberglieder aus Widerstand und Kondensator sind entweder diskret aufgebaut oder gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht. Die Größe des Widerstandes und seine Belastbarkeit muss auf den Kondensator und den Schalter abgestimmt sein. Gängige Werte sind 1…2 Ohm (Audioverstärker) bis 10…100 Ohm (Schaltkontakte an Netzspannung).

Die Größe des Kondensators muss auf die zu schaltende Induktivität abgestimmt sein, beide bilden beim Abschalten zusammen einen Schwingkreis, dessen Scheitelspannung beim Abschalten wesentlich höher als die Speisespannung sein kann. Der Kondensator muss sehr zuverlässig sein, da sein Kurzschluss zum Abbrand des Widerstandes bzw. zum Kurzschluss der Schaltstrecke führt.

Weblinks

• Information zur Dimensionierung
• Boucherot-Glied parallel zum Lautsprecher