Zero Voltage Switching

[sax p. (saxpc)]

Hallo,

ich versuche gerade das Zero Voltage Switching zu simulieren und habe 
das Problem, dass Energie an der Bodydiode des Mosfets verbraucht wird 
(siehe Scope).

Für eine bestimmte Last könnte ich das System so auslegen dass er genau 
im Nulldurchgang schaltet also kein Strom über die Diode fliesst, nur 
muss das System ja für versch. Lasten brauchbar sein.

Kennt sich zufällig jemand mit dieser Thematik aus ?

Mfg saxpc

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

sax pc schrieb:
> ich versuche gerade das Zero Voltage Switching zu simulieren und habe
> das Problem, dass Energie an der Bodydiode des Mosfets verbraucht wird
Bei welcher Schaltung?

> nur muss das System ja für versch. Lasten brauchbar sein.
Welches "System" denn?


(btw: Energie wird nicht verbraucht...)

[sax p. (saxpc)]

Es handelt sich um einen DC/DC Wandler.
Die Topologie besteht aus 2 Vollbrücken und einem Übertrager. Es 
befindet sich aber immer nur eine Vollbrücke im schaltenden Zustand (je 
nach Richtung des Leistungsflusses). Die nichtschaltende Vollbrücke 
dient in diesem Moment als Gleichrichter.

Auf dem Scope sieht man, was sich an einem Mosfet abspielt. Die anderen 
3 sehen identisch aus.

[Fralla (Gast)]

Vereinfacht gesagt, die Bodydiode muss immer leiten (oder die 
DS-Kapazität gerade entladen) bevor das Gate geladen wird, egal welche 
Topologie.
Ob die Entladung durch eine extra Drossel, der Trafostreuinduktivität 
wie im der PSFB oder durch einen extra Blindstrom (zb durch eine zum 
Trafo parallele Drossel) wie im LLC geschieht ist egal. Oder durch 
umschwingen der DS-Kapaität mit dem Trafoinduktivität im Flyback...

>Es handelt sich um einen DC/DC Wandler.
>Die Topologie besteht aus 2 Vollbrücken und einem Übertrager.
Damit dann ZVS möglich ist, muss die Ansteuerung in einem Bestimmten 
Muster erfolgen, bzw die Schaltung/Trafo gewisse Eigenschaften habe. 
Poste mal die gesamte Schaltung samt Ansteuerkonzept, sonst ist das hier 
nur herumraten....

MFG Fralla

[sax p. (saxpc)]

Im Anhang sieht man den Schaltungsaufbau. Momentan sind auf der rechten 
Seite des Übertragers nur 4 Dioden zum gleichrichten, heisst ich 
simulieren erstmal den Leistungsfluss nur in eine Richtung.

Meine 3 "Schrauben" an denen ich drehen kann sind ja die Kapazitäten der 
Mosfets die Induktivität des Übertragers und die Schaltzeiten der 
Mosfets.

Zum Schalten: Es schalten jeweils der rechte Zweig mit einem 
Tasverhätnis 50:50 mit eingebauter Totzeit und der linke Zweig. Über 
eine Phasenverschiebung der beiden zweige lässt sich dann später die 
Ausgangsspannung regeln.

Jetzt habe ich alles so ausgelegt, dass der mofest nicht zu früh 
schaltet, dann würde ja die Kapazität kurzegschlossen wenn sie noch 
nicht entladen ist was zu sehr hohen Stromspitzen führt. Schalte ich ein 
wenig hinter dem Nullpunkt habe ich den  negativen Strom durch die 
Diode. Genau auslegen kann ich es für eine bestimmte Last, was mir in 
der realen Anwendung aber nichts nützt.

Ich bin mir gerade nur nicht im klarern wie die negative Stromspitze 
zustande kommt und wie ich damit umgehen soll.

In sämtlichen Beschreibungen des Phasen-Shift Verfahrens wird immer nur 
der Primärstrom am übertrager erklärt aber nie auf den Strom am Mosfet 
eingegangen.

[Fralla (Gast)]

Also eine klassische Phasengesteuerte Brücke. Hier muss mal 
unterschieden werden, welchen Brückenzweig du Betrachtest.

Denn bei einer Seite der Brücke, oft "active-Bridge-Leg", werden die 
Kondensatoren (Fets) durch den Laststrom umgeladen. Im passiven Zweig, 
nur durch den momentanen Strom in der Streuinduktivität zum 
Umschaltzeitpunkt.
Die Energie in der Induktivität muss ausreichnd groß sein um die 
Kondesatoren Umzuladen.

Man braucht also immer einen Mindesstrom (und damit Mindeslast) auf der 
Primärseite, bzw Ausreichende Induktivität (welche das maximale 
Effektive Dutycycle reduziert). Somit erkennt man die Nachteile dieser 
Topologie.

Jedenfalls sollte immer auf eine Leitende Bodydiode geschaltet werden, 
(je kürzer die Zeit in der die Diode Leitet umso besser, genau kann man 
nie treffen).

Was zu vermeiden ist, dass auf die gegenüberliegende Bodydiode 
geschaltet wird, das diese hart Recovern muss (was einen Stromspitz 
bewirkt). Schnelle Coolmöser wie CP Serie halten dies nicht, bzw nicht 
oft aus. Bei Startup und Kurzschluss ist dies nicht immer zu vermeiden, 
deshalb kann es lustige Überraschungen mit dieser Topologie geben.


Erhöh mal die Last deines Wandler, sodass er sicher im kontinuierlichen 
Mode läuft und der ZVS Bereich beginnt. In deinen ersten Bild ist nichts 
davon zu erkennen.

MFG Fralla

[sax p. (saxpc)]

Die Bezeichnung der Mosfets in der schematic.png ist ein wenig 
unglücklich da Fet4=Q1 Fet3=Q2 Fet2=Q1 Fet1=Q4. Das Scope von Q4 bezieht 
sich als auf den rechten unteren Mosfet.

Ich habe mal die Last erhöht und ein paar Scope Ausschnitte hier 
angefügt.

Die Mosfets schalten immer auf eine leitende Bodydiode.In den Anhängen 
body1 und body2 habe ich mal den Strom durch die Diode blau drüber 
gelegt (Q4).

Meine Überlegung war nur, dass es ja am besten wäre wenn die Bodydiode 
gar nicht leitet und man perfekt schalten könnte.Aber wie du ja sagtest 
ist das wohl nicht zu realisieren ?


MfG saxpc

[sax p. (saxpc)]

Kann mir jemand erklären wieso der eine Zweig aktiv und der andere Zwig 
passiv ist ? Oder kennt jemand Literatur, Unterlagen ect. zu dem 
Verfahren ?

[Mx w. (Firma: Power Electronics Company) (frallla)]

Der aktive zweig, ist jener der die Freilaufphase einleitet. Hier ist 
der Laststrom,  also die Ausgangsdrossel, die treibende quelle für den 
Umschwingvorgang.
Der passive zweig leitet die Flussphase ein. In der Freilaufphase ist 
der Trafo kurzgeschlossen, der Stromund das Feld kann sich nicht ändern. 
Somit ist die Streuinduktvität die einzige Stromquelle welche die 
Kapazitäten umladen kann, also passiv. Deshalb wird oft ein extra L in 
Serie benötigt.

Einfach jeden Zustand auf Papier aufzeichnen und ströme und Spannungen 
einzeichnen, dann wird dir das Glasklar...

MFG Fralla

[sax p. (saxpc)]

Hallo,

ich habe mein System jetzt in Betrieb genommen.

Ich habe mal 2 Scopes in den Anhang gepackt die jeweils Spannung(gelb) 
über einem Mosfet und das Schaltsignal (grün) darstellen.

Das eine Scope wurde bei 80Watt(scope7) Leistung und dass andere bei 140 
Watt(scope8) aufgenommen.

Der Theorie nach müsste doch gerade bei höherer Leistung das ZVS 
gewährleistet sein. In den Scopes sehe ich es aber nur bei der kleineren 
Leistung.

Ich betreibe das ganze System gesteurt mit 60 Volt eingansseitig.