Schaltnetzteil Temperaturproblem

[Oliver H. (snatch)]

Beim Bau eines Hochspannungsgenerators treten Probleme auf die ich mir 
nicht erklären kann. Es handelt sich um einen Gegentaktwandler mit 
Paralleleinspeisung eines Hochspannungstransformators. Dieser speist 
eine gespiegelte Hochspannungskaskade sodass am Ausgang des Generators 
eine max. Gleichspannung von 25 kV DC bei einem maximalen Stromfluss von 
2 mA anliegt. Den Schaltplan dazu habe ich angehängt.

Das Problem ist, dass sich die Schalttransistoren im Teillastbetrieb 
sehr stark erwärmen. Dieses Phänomen tritt jedoch nur bei relativ 
kleinen Ausgangsspannungen unter einer hohen Ausgangslast auf.
So erwärmen sich die Schaltregler
bei 10 kV/1 mA auf ca. 76 °C;
bei 15 kV/1mA auf ca. 60 °C;
bei 20 kV/1mA auf ca. 45 °C
und
bei 25 kV/1 mA auf ca. 32 °C.
Dies liegt hauptsächlich an den relativ hohen Schaltverlusten (Spannung 
UDS und Strom ID kommen gleichzeitig vor).

Ich habe dazu ein paar Messdiagramme beigefügt. Dabei entspricht jeweils 
die violette Kurve der Gate-Source-Spannung eines Schalttransistors, die 
blaue Kurve die Drain-Source-Spannung des gleichen Schalttransistors 
sowie die gelbe Kurve dem Drainstrom durch beide Schaltransistoren.

- Link zu Bild 9 kV/1 mA
- Link zu Bild 9 kV/1 mA „gezoomt“
- Link zu Bild 25 kV/0,1 mA
- Link zu Bild 25 kV/0,1 mA „gezoomt“
- Link zu Bild 25 kV/2 mA
- Link zu Bild 25 kV/2 mA „gezoomt“

Meine Frage ist, weshalb fällt der Strom durch die Schalttransistoren so 
flach ab? Was kann getan werden damit dieser schneller abfällt und somit 
die Schaltverluste geringer zu halten?

Ich habe schon andere Schaltregler verwendet. Der jetzige hat einen 
relativ geringen RDS-ON-Widerstand (12,6 mOhm) in Kombination mit einer 
sehr geringe Eingangskapazität (1150 pF). Der verwendete Treiber zur 
Ansteuerung der Schalttransistore kann eine Ausgangslast von bis zu 
47000 pF treiben. Ich weis dass der PWM-Controller SG 3525 über einen 
internen Treiber verfügt. Habe aber trotzdem jedem Schaltransistor noch 
einen zusätzlichen Treiber spendiert. Das Resultat war, dass die 
Schaltverluste mit oder ohne Treiber annähend gleich sind. Bei den 
verwendeten Eingangselkos werden bereits Low ESR Elkos verwendet. Am PIN 
13 wurde auf den im Datenblatt vorhandnen Widerstand gegen die 15 V 
Versorgungs-spannung des SG 3525 zur Reduzierung der Schaltzeiten 
verzichtet. Auch der Widerstand zwischen PIN 5 und 7 zur Einstellung der 
Totzeit wurde weggelassen, da dieser auch nichts gebracht hatte. Mit 
einem Snubber könnte man zwar die Überschwinger noch ein wenig 
reduzieren, hatte aber nichts Merkliches gebracht.

Ich denke aber dass das Problem irgendwo anders verborgen liegt.
Ich bin um jeden Rat der mich in der Sache weiter bringt dankbar.

Ich wünsch dir ein schönes Wochenende

Gruß

[Klaus R. (klara)]

Hallo Oliver,
bei 24V auf 25KV wirst Du eine beträchtliche Windungszahl auf der 
Sekundärseite haben. Die Spule weist entsprechend dem Wicklungsaufbau 
eine Kapazität auf, die letztlich die Eigenresonanz der Spule bestimmt. 
Schneller als die Eigenresonanz lässt es sich nicht schalten. Wie ist 
denn die Spule aufgebaut?
Hier ein spezieller Spulenkörper für Hochspannung.
http://www.spulen.com/shop/product_info.php?products_id=1072
Gruss Klaus.