Fette Spannungsnadel auf der Gleichrichter Diode! -> kaputt / Sperrwandler

[Klaus (Gast)]

Hallo zusammen,

habe einen Sperrwandler aufgebaut der eigentlich ganz normal 
funktioniert. Nur leider beim Anlauf unter Nennlast sieht die Sekundär 
Gleichrichterdiode fast 500V (siehe Screenshot) statt im normal Fall nur 
170V . Beim Anlauf burstet das Netzteil kurzzeitig. Mit einer Frequenz 
von 70kHz versucht es mehrmals anzulaufen. Was letztendlich auch gelingt 
nur es "tackert" vorher ca. 50 Mal so, dass der Wandler überfahren wird. 
(siehe steilen Stromanstieg im Screenshot auf fast 4A, statt normal nur 
auf 1,7A) Beim ersten Durchschalten des Schalttransistors ist noch alles 
in ordnung, schon beim zweiten usw. sieht es aus wie auf dem Screenshot 
oben "burstanlauf.png"

Kurzgesagt meine schöne 200V Diode, die ich wegen gutem Wirkungsgrad 
verwenden wollte, segnet sofort das Zeitliche.

Liege ich da überhaupt richtig, dass die Spannungsnadel an der Diode 
wegen dem "Überfahren" (>300mT) des Wandlers zu stande kommt?

Snubbern kann ich auch, nur ich wollte lieber die Ursache platt machen.

Grüße
Klaus

[heribert (Gast)]

Hast Du schon mal probiert die Amper zu skillen?

[Achim M. (minifloat)]

Klaus schrieb:
> nur es "tackert" vorher ca. 50 Mal so, dass der Wandler überfahren wird.

Das kenn' ich. Kannst du nicht der Regelung anfangs einen größeren 
Istwert vorgaukeln, dass softer gestartet wird und nicht getackert 
werden muss? Die Ausgangsfilterkapazität vielleicht kleiner machen, die 
muss ja auch erstmal gefüllt werden. Vielleicht kommt Fralla mit noch 
ein paar besseren Tipps 'rum. mfg mf

[Hauspapa (Gast)]

Es sieht so aus als währst du im nicht lückenden Betrieb, die 
Sperrverzögerungsladung der Diode baut einen Strom durch die 
Sekundärwicklung auf, sobald sie sperrt gibts den hübchen Spike.
Startup mmit kleinerem Dutycicle könnte helfen. Ansonsten falls möglich 
und vorhanden Wandler schon während der Vorladung der Primärseite 
mitlaufen lassen. Snubber als Möglichkeit hast du selbst schon gesagt. 
Mehr wird ohne Schaltplan schwierig.

Hübsches Lecroy hast Du da stehen.

viel Erfolg
Hauspapa

[Klaus (Gast)]

heribert schrieb:
> Hast Du schon mal probiert die Amper zu skillen?
Meinst du die hier? http://de.wikipedia.org/wiki/Amper

Mini Float schrieb:
> Das kenn' ich. Kannst du nicht der Regelung anfangs einen größeren
> Istwert vorgaukeln, dass softer gestartet wird und nicht getackert
> werden muss?
Wenn ich nur wüsste wie. Ich habe mal mein Delay, vom Gate-Treiber AN 
bis zu dem Zeitpunkt wo MOSFET durchschaltet, gemessen. 150ns beim 
Einschalten und 220ns beim Ausschalten. Habe zwischen dem Gate Treiber 
und dem MOSFET einen Impulsübertrager und denke, dass da viel zu viel 
Zeit drauf geht.

Hauspapa schrieb:
> Ansonsten falls möglich
> und vorhanden Wandler schon während der Vorladung der Primärseite
> mitlaufen lassen.
Wie meinst du das mit "mitlaufen lassen"?

[Fralla (Gast)]

Ja, sieht aus als fährst du mit CCM hoch. Der Grund ist zum einen 
einfach der hohe Strom, und möglicherweise SHOs (also so Doppelpulse 
wegen d>50%, ich gehe mal von Peak current Regelung aus).

Du solltest den Peakstrom, nicht unnötig groß machen, als gerade so, das 
Lastsprünge ausgeregelt werden.

>Kurzgesagt meine schöne 200V Diode, die ich wegen gutem Wirkungsgrad
>verwenden wollte, segnet sofort das Zeitliche.
Das ist schon richtig so.


Für sauberen Hochfahren hilft eine Slope-Kompensation.
Aber wichtiger wäre ein Softstart funktion. Die wird oft durch Anfahren 
mit sehr kleinem Dutycycle weches sich langsam erhöhr erreicht, bis ab 
einer bestimmten Spannung in den Geregelten betrieb übergegangen wird. 
Oder durch langsamen hochfahren der Referenz.
Den Regler einen höheren Istwert vorgaukeln, wie Mini Float beschrieben 
hat ist auch eine gute Möglichkeit. Auch dem Strom kann man was 
vorgaukeln...

Man sieht, es gibt unzählige Startupmethoden, welche dazugeflickt werden 
können. Oder man nutz die Funktionalität des Controllers.
Um weiter zu helfen solltest du uns sagen welchen PWM Controller 
(UC3845, etc?) du verwendest. Und die Wandlerdaten Uin, Uout, Iout, Typ 
der Sekundärdiode, Schaltplan, etc.

Und zeig mal einen größeren Ausschnitt, also mehrere Takte und Zoome 
dann in den Bereich der Spikes. Sonst ist es schwer eine Vorstellung zu 
bekommen was passiert. Gate mach auch noch dazu.
Sollte mit dem LeCroy ja kein Problem sein. WaveRunner mit dem 
"Kratzknopf"?

MFG Fralla

[Achim M. (minifloat)]

Fralla schrieb:
> Auch dem Strom kann man was
> vorgaukeln...

Der Klaus misst zwar Ströme im Ausgangsposting...

Ich möchte jetzt aber mal von dir(Klaus) wissen, ob ein Strom-Regelkreis 
innerhalb des Spannungsregelungskreises existiert. Damit kann man eine 
maximale Aussteuerung nach dem Strom festlegen und überfährt den 
Flyback-Übertrager nicht. Allerdings darf, wenn man eine 
Überstromabschaltung(mit folgendem erneuten Startversuch) einbaut, diese 
nicht zu scharf ausgelegt werden.
Ich hatte den "Tacker"-Fall nämlich auch mal so, dass die Stromregelung 
beim Start mehrmals "Überstrom" schreit und für einen neuen Startversuch 
des Wandlers sorgt.
Das konnte man dann sogar hören, klang ungefähr so:
(Labornetzteil an) - Zip - Zip - Zip - Zp - (Läuft und stehendes 
Oszibild)

mfg mf

[Hauspapa (Gast)]

Betreffend schon mitlaufen lassen:
Ich meinte die Eingangsspannung kommt doch häufig vom gleichgerichteten 
Netz. Ob nun mit oder ohne PFC Stufe sei einmal egal. Also ein 
kondensatorgestützter Spannungszwischenkreis. Wenn diese Kondensatoren 
gross sind, der Flyback z.B. nur die Elektronikversorgung übernimmt, das 
ganze aber eigentlich z.B. ein Antriebsumrichter oder ähnliche 
Leistungselektronik ist, dann findet man häufig Vorladeschaltungen für 
den Zischenkreiskondensator damit beim Einschalten keinen riesen 
Strompeak von Netz gezogen wird. Bei dieser soft steigenden 
Versorgungsspannung kann es helfen alle Wandler von Anfang an mitlaufen 
zu lassen. Allerdings wird durch die zusätzlichen Verbraucher die 
Vorladeschaltung mehr belastet.

Evtl. hilft Dir auch eine Diode mit weicherem Ausschaltverhalten. 
Langsam darf Sie deswegen natürlich nicht sein, nur eben nicht 
messerscharf. Was ist denn bisher drin?

[Hilfreicher Helfer (Gast)]

heribert schrieb:
> Hast Du schon mal probiert die Amper zu skillen?

Ein Klassiker! Immer wieder toll :D

[Hauspapa (Gast)]

Noch etwas:

>Liege ich da überhaupt richtig, dass die Spannungsnadel an der Diode
>wegen dem "Überfahren" (>300mT) des Wandlers zu stande kommt?

Ich denke nein. Der hohe Stromanstieg kommt weil sekundärseitig noch 
viel Strom fliesst und daher bis zum erreichen dieses Stromwertes nur 
die Streuinduktivität und nicht die Hauptinduktivität deiner Drossel 
wirkt.
Vermutlich fliessen auf der Sekundäreite im Bild oben beim Starten 
konstant mehr oder weniger 2A mal Übersetzungsverhältnis (der 
Primärstrom will sich auf diesen Wert einpendeln, dann wird 
abgeschaltet)

Du misst den Strom auf der Primärseite. Schau Dir unbedingt den 
Sekundärstrom an. Es ist unwahrscheinlich aber möglich das Du die Diode 
wegen zu hohem sekundär Strom zerlegst. (sehr hoher Strom, 99% der Zeit)

Letztlich wird die Diode wahrscheinlich thermisch zerlegt, wegen beidem: 
a) hoher Sekundärstrom heizt den Chip
b) Averlange Energie heizt auch

falls Du mit der Einschaltzeit nicht weiter herunterkommst (200ns bei 
400V sind schon recht flott) könntest Du zum starten noch die 
Schaltfrequenz herunternehmen.

Ich hoffe deine Anforderungen an die Startupzeit sind nicht zu hart. Im 
automotive Bereich müssen sich die Geräte z.B. ziemlich flott auf dem 
CAN-Bus melden. Der Fahrer steckt den Zündschlüssel rein, bei "Zündung 
an" wacht Dein Gerät auf und bei Stellung "anlassen" muss die 
Motorsteuerung wissen das alle da sind, betriebbereit und mit 
abgeschlossenem Selbsttest.
Im Bereich Hybridantriebe ist es Stellenweise eine wirklich harte Nuss, 
das für die Leistungselektronik sicherzustellen.
Dank Startknopf sind die Zeitanforderungen aber hier und da humaner.

viel Erfolg
Hauspapa

[Fralla (Gast)]

Zeig mal den Schaltplan, sonst ist das nur herumraten. Wenn man eine 
definierte Startuprampe braucht, kann man nicht mit dem Zwischnkreis 
hochlaufen. Außerdem kann der Hilfswandler ja auch reseten, also wenn es 
ordenlich gemacht wird, dann muss er von vollem Zwischenkreis starten 
können....

MFG

[Klaus (Gast)]

Sorry für so späte Antwort.

Habe die Schaltung oben skitziert.

Gesteuert wird mit einem ASIC. Ich prüfe ob an den Shunts bestimmte 
Spannung überschritten ist, dann weiß ich, dass der Wandler voll ist. 
Nur leider ist mein Ipeak beim "Tackern" total versaut (siehe 
burst_overview2). Von der Sek. Seite kommt die U regelung über einen 
Opto.

Für die beiden Mostets werde ich wahrscheinlich SPA04.. oder SPA06N800 
verwenden.

> Evtl. hilft Dir auch eine Diode mit weicherem Ausschaltverhalten.
> Langsam darf Sie deswegen natürlich nicht sein, nur eben nicht
> messerscharf. Was ist denn bisher drin?

Diode 2x MBR20200 (200V/20A/Vf_0,7V/ das ist die, die kaputt geht)
Momentan aber 2x MUR3020PT drin. Ohne Snubber (oben die Messungen auch 
ohne Snubber)

Wandler:
L_primär ~ 900uH
L_streu ~ 1%
Gewickelt: 44W prim. / 6W sek.

Prim. max. I peak 1,7A
Sek. max. I peak 12,5A
Ich werde mir gleich den Strom durch die sek. Dioden während des 
"Tackern" messen. Bin noch nicht dazu gekommen.

Kann leider auch nicht langsaber einschalten, habe startup 
Anforderungen. (<500ms)

Danke schon mal für die Ideen, werde die Ursache weiterhin suchen.

Gruß
Klaus

[Klaus (Gast)]

... in burst_overview(2) sieht man schön dass beim ersten durchschalten 
noch alles in Ordnung ist. Dann wird der Wandler "überfahren".

[Klaus (Gast)]

Fralla schrieb:
> WaveRunner mit dem "Kratzknopf"?

WaveSurfer 24MXs-A :)

[Klaus (Gast)]

Habe das Problem teilweise beseitigen können und kenne glaube jetzt den 
Grund für die Spannungsspitze.

Durch ein Tuning am Steuer IC habe ich das "Tackern" beim Hochfahren des 
Netzteils von ca. 60kHz auf ca. 20kHz reduzieren können. Dadurch hat der 
Wandler genug Zeit die Energie auf die Sekundärseite zu übertragen und 
"leer zu gehen". Jedoch tritt die Spannungsnadel an der Sek. Diode immer 
noch vereinzelnd auf und zwar dann, wenn nach dem Sperren auf der 
Primärseite (Sek. Seite fängt der Strom an zu fließen) noch mal kurz 
durchgeschaltet wird. (siehe Messung oben "zoom") Die Spannung an der 
Sek. Wicklung dreht sich um und es fließt kurzzeitig reverse current 
durch die Diode durch und verursacht die bereits erwähnte 
Spannungsspitze an der Diode. Wie gesagt es tritt jetzt sporadisch auf. 
Ich arbeite momentan dran dieses Durchschalten zu verhindern.

Bei 400Vac Eingangspannung ist noch alles ok, die kleine Spannungsspitze 
kann ich noch wegsnubbern, jedoch bei 575Vac knallt wieder einer der 
Dioden Durch da sie wieder hohe Spannung ca. 400V (statt 200V) sieht 
und/oder den reverse current nicht verkraftet.