Snubber für Sperrwandler dimensionieren

[Andi (Gast)]

Ich weiß das Thema hatte man hier schon öfters. Jetzt hab ich aber über 
eine Stunde mir im Forum Beiträge dazu durchgelesen und bei Google 
gesucht, bin aber leider immer noch nicht viel schlauer wie vorher.

Mein Sperrwandler an sich läuft bereits (in der Simulation). Wenn ich 
mit einer idealen Kopplung (k=1) und ohne Snubber simuliere schauen 
meine Stromverläufe auch schon ganz brauchbar aus (siehe angehängtes 
Bild).

Wenn ich aber davon ausgehe, dass die Streuinduktivität 1% der 
Hauptinduktivität ist und dazu einen Snubber dimensioniere, bleibt 
Vds,max zwwar auf einem verhältnismäßig kleinen Niveau, aber dem 
normalen linearen Verlauf der Stromverläufe in den Spulen ist dann ein 
starkes Schwingen, was wohl von einer Resonanzerscheinung kommt, 
überlagert.

Den Snubber habe ich nach dem Datenblatt des LT3758 Seite 19 ausgelegt:

http://cds.linear.com/docs/Datasheet/3758Afd.pdf

Dabei habe ich Werte für den Widerstand und den Kondensator des Snubbers 
errechnet. Da mir der errechnete Wert von 567.35k sehr groß vorkam, habe 
ich im Forum nach ähnlichen Problemen gesucht und bin dabei auf diesen 
Thread gestoßen:

Beitrag "Snubber beim Flyback"

Hier empfehlen verschiedene Leute ein R=20k und C=10nF. Auch mit diesen 
Werten habe ich meine Schaltung simuliert, aber das Ergebnis ist leider 
das selbe wie mit den errechneten Werten.

Im Anhang habe ich ein paar Simulationsbilder, meine Simulation sowie 
die dafür notwendigen Modelle bzw Symbole angehängt.

Vielleicht kann mir ja jemand hier aus dem Forum eine Formel bzw 
Internetseite sagen, mit welcher ich den Snubber richtig dimensionieren 
kann.

Gruß

[MaWin (Gast)]

> Vielleicht kann mir ja jemand hier aus dem Forum eine Formel bzw
> Internetseite sagen, mit welcher ich den Snubber richtig dimensionieren
> kann.

Nein, weil da mehr dahintersteckt.

Dein FET muss nicht vor second breakdown geschützt werden.

Aber der Snubber darf erst bei über 650V zuschlagen.

Also muss C8 auf 350V aufgeladen werden.

Daher ist R9 so hochohmig.

Die MUR460 ist daher unpassend.

Mehr in:
Pressman "Switchmode power supply handbook" Kapitel 3.3,
was der Snubber zur Entlastung des Schalttransistors beiträgt,
zur Reduktion von dV/dt und
was er dem EMI Verhalten der Schaltung nützt.

[Andi (Gast)]

MaWin schrieb:
> Mehr in:
> Pressman "Switchmode power supply handbook" Kapitel 3.3,
> was der Snubber zur Entlastung des Schalttransistors beiträgt,
> zur Reduktion von dV/dt und
> was er dem EMI Verhalten der Schaltung nützt.

Nach diesem Buch hab ich jetzt mal gesucht, als PDF scheint es das aber 
nicht kostenlos im Internet zu geben. Auch die Bibliothek meiner 
Hochschule hat es nicht im Programm. Deswegen bringt mich das jetzt 
nicht wirklich weiter.

MaWin schrieb:
> Die MUR460 ist daher unpassend.

Da hast du recht. Im Datenblatt des LT3758 steht, dass die Reverse 
Voltage der Snubberdiode mindestens so groß sein soll, wie die Summe der 
Snubber-Kondensator-Spannung und der maximalen Eingangsspannung. Da mein 
berechneter Wert der Snubber-Kondensator-Spannung 731.2V ist, würde das 
heißen, dass die maximale Rückwärtsspannung der Diode mindestens rund 
1050V sein muss.

Ich hab jetzt mal bei Onsemi gesucht, die haben aber nur Dioden bis 
1000V Sperrspannung. Drum hab ich jetzt mal die DMRA4007T3 genommen.
Die Werte für Snubber-Widerstand und Kondensator hab ich gleich 
gelassen, am Ergebnis hat sich aber nichts geändert.

Eigentlich machen meine Stromverläufe ja auch zum Teil Sinn. Der Strom 
in der Primärspule steigt zuerst linear an. Dann sperrt der MOSFET. Dann 
klingt der Primärstrom, welcher nun über die Snubber-Diode fließt, 
schwingend ab auf 0 Ampere, wobei das die ganze taus-Phase dauert. Das 
schwingende Abklingen des Primärstroms wird über den Trafo auf die 
Sekundärseite übertragen, weshalb dem linearen Verlauf des 
Sekundärstroms das Schwingen überlagert ist.

Was mir aber noch ein wenig seltsam vorkommt ist, dass der Primärstrom 
beim Abklingen zum Teil rückwärts fließt, was heißt, dass er den Weg 
über den MOSFET nimmt. Das liegt entweder daran, dass das Gate-Signal in 
der Aus-Phase nicht 0V hat, sondern auch schwingt, mit einer maximalen 
Amplitude von 0.9V. Oder es liegt daran, dass der Snubber noch nicht 
wirklich gut arbeitet und Vds,max momentan noch bei 916V liegt, also 
über den 800V welche der MOSFET maximal sperren kann.

Da man in den meisten Büchern und im Internet immer nur idealisierte 
Stromverläufe zu Sperrwandlern, also ohne Snubber, findet, wäre es gut 
wenn ich Unterstützung bzw Beratung aus dem Forum hätte.

Gruß

[Andi (Gast)]

Jetzt habe ich mal nochmal die Standard-Snubber-Lösung mit R=20k und 
C=10nF probiert und beim genaueren Betrachten festgestellt, dass der 
Snubber nun deutlich besser arbeitet.

Vds,max ist bei Aufstarten und 725V und im stationären Betrieb 715V. 
Auch die Schwingungen in den Strömen sind nun mit deutlich kleinerer 
Amplitude. Außerdem ist die Gate-Source-Spannung nun im ausgeschalteten 
Zustand schöner.

Im Anhang sind die Bilder der wichtigen Verläufe. V(n018) ist Vgs und 
V(n011) ist Vds.

Jetzt heißt es entweder Try-And-Error spielen oder es sei denn, jemand 
liefert mir ne Formel zur rechnerischen Auslegung des Snubbers.

Gruß

[würschtlberger (Gast)]

Andi schrieb:
> es sei denn, jemand
> liefert mir ne Formel zur rechnerischen Auslegung des Snubbers.


vielleicht bringt das was:
http://www.ee.bgu.ac.il/~pel/links/DESIGN_OF_SNUBBERS_FOR_POWER_CIRCUITS.pdf

[Andi (Gast)]

Auch wenn ich mittlerweile doch etliche Formeln gefunden habe zur 
Berechnung eines Snubbers bin ich immer noch nicht wirklich weiter. Die 
Wirkung des Snubbers bring ich mit Try-and-Error noch hin aber ich habe 
immer das Problem, dass die Verlustleistung im Snubber-Widerstand viel 
zu groß ist. Im geposteten Beispiel erhalte ich zum Beispiel mit R=10k 
und C=10n die beste Snubber-Wirkung aber halt in diesem Fall auch eine 
Verlustleistung im Widerstand von 14W. Da ich die gesamte Schaltung in 
SMD aufbauen möchte ist dieser Wert natürlich viel zu hoch.

Um die Spannung am Snubber-Widerstand zu verkleinern habe ich jetzt mal 
zum Test das Übersetzungsverhältnis des Trafos auf Ü=10 verkleinert und 
die Hauptinduktivität der Primärspule auf 220.749µH so angepasst, dass 
sich der Wandler bei Nennlast an der Grenze zwischen lückendem und 
nichtlückendem Betrieb befindet. Beim Testen des besten 
Snubber-RC-Gliedes bin ich nun auf die Konstellation 20k, 10nF gekommen. 
Mit dieser Konstellation habe ich aber immer noch über 2.28W 
Verlustleistung im Snubber-Widerstand. Mein Ziel wäre eigentlich eine 
Verlustleistung von 0.4W im Snubber-Widerstand, welche dann an zwei in 
Reihe geschalteten Widerständen verheizt wird. Leider hab ich es durch 
erhöhen des Snubber-Widerstandes aber nicht hingebracht eine gute 
Snubber-Wirkung zu erreichen.

Aufgrund dieser nicht zufriedenstellenden Ergebnisse habe ich jetzt eine 
Snubberlösung gebaut, welche ohne R und C auskommt. Anstelle dieser 
beiden Bauteile wird nämlich eine Zener Diode verwendet (siehe Anhang). 
Diese Lösung hat den Vorteil, dass sehr wenig Verlustleistung umgesetzt 
wird, da die Zenerspannung der Z-Diode so gewählt wird, dass sie nur mit 
der Energie der Streuinduktiviät belastet wird. Erstaunlicherweise 
erhalte ich mit dieser Lösung eine bessere Snubberwirkung als mit allen 
anderen RC-Konstellationen. Im Anhang hab ich die Schaltung mit 
Signalverläufen. Da diese Schaltung sehr selten in der Literatur in 
Verbindung mit Sperrwandlern verwendet wird, bin ich allerdings ein 
wenig verunsichert ob sie später in der Schaltung dann auch wirklich 
ihren Dienst verrichten würde.

Da ich nach wie vor die Standardlösung mit RC-Kombination für den 
Snubber bevorzugen würde, wäre es drum gut, wenn mir jemand hier im 
Forum einen Tipp geben könnte, wie ich Snubber-Verlustleistung 
minimieren kann aber gleichzeitig eine ausreichende Snubber-Wirkung 
erhalte.

Außerdem wär ich euch dankbar, wenn mir jemand ungefähr sagen könnte, 
wie groß in etwa die überlagerten Schwingungen in den Stromverläufen 
sein dürfen, bzw welche Werte man als ausreichend erachtet (in Bezug auf 
meine Stromverläufe).

Gruß