Flyback Snubber Energie beträgt vielfaches der Streuinduktivität

[Michael H. (overthere)]

Liebe Community,

wir bauen einen Flyback, eigentlich nichts besonderes von der Topologie 
her. Der Snubber ist mit einem Snubber bestehend aus schneller Diode, 2 
TVS dioden SMAJ100 und einem Serienwiderstand (157Ohm) zum Strommessen 
aufgebaut. Das Problem: Der Snubber schluckt viel zu viel Energie und 
wird viel zu heiß, und wir wissen nicht wieso. Irgendwas muss dort 
grundliegend falsch sein, und ich erhoffe mir in dem Forum hilfe, das zu 
lösen.

Der Trafo selbst hat eine Streuinduktivität von Roundabout 13µH, der 
Peakstrom beträgt ca. 1 A. Die Schaltfrequenz beträgt ca. 80kHz.
Rechnerisch beträgt die Verlustleistung gemäß der Formel:

P=0.5 Lstreu Ipeak^2*f=~0.5W.

E=0.5 Lstreu Ipeak^2=6.5µJ

Nicht wenig, aber auch nicht gigantisch viel. Rechnerisch müsste das 
mehr als passen.

Nun kommen wir aber zur Praxis. Der Snubber wird 100°C heiß und wir 
wissen nicht wieso. Wir haben eine Oszi-Messung gemacht und die 
Verlustenergie pro Schaltvorgang bestimmt: 38.7µJ. Also viel viel viel 
viel mehr.

Die Streuinduktivität der Spule haben wir nochmals vermessen, die 
stimmt. Daher die wichtige Frage: Was haben wir nicht in unserer 
Energierechnung bedacht, und wie bekommen wir es hin, dass der Snubber 
nur die Streuinduktivität wegsnubbern muss? Oder habe ich da was in der 
Theorie übersehen?

Noch ein paar Worte was es vermutlich nicht ist:

-Die Snubberdiode ist eine sehr schnelle Diode, und man sieht auch gut 
in der Oszi-Messung dass Sie sauber sperrt.

-Die Snubberspannung ist auch nicht zu gering ausgelegt, man sieht ja 
relativ deutlich, dass es nur im Snubbermoment strom fliest.

Viele Grüße,
Michael

[Michael B. (laberkopp)]

Michael H. schrieb:
> Snubber bestehend aus schneller Diode, 2 TVS dioden SMAJ100 und einem
> Serienwiderstand (157Ohm)

Hmm, eine Diode und eine TVS leuchtet mir ein, schliesslich muss der 
Snubber die reflektierte Ausgangsspannung noch ohne zu leiten vertragen 
und darf erst nei höherer Spannung zu leiten anfangen, aber wozu die 
zweite TVS wenn sowieso durch die Diode nur Strom in einer Richtung 
fliessen kann ?

Ich hasse Prosa-Schaltpläne weil der Fragende zu faul ist ein Bild zu 
machen.

Deine Formel enthält nicht die reflektierte Spannung (320V primär rein, 
sekundär entstehen vielleicht 24V wegen Wicklungsverhältbis im 
unvelasteten Flyback-Trafi, nun sperrt primär und die Sekundärspannung 
verpolt sich bis die transportierte  Energie bei 12V in den Ausgang 
fluesst,,da entstehen naturlich erst mal 160V primär verpolt die auf die 
320V draufgesetzt werden also bis 480V alleine durch Reflektion, noch 
bevor die Streuinduktivität abgeleitet werden muss), und die bewirkt 
natürlich ein Vielfaches der Verluste wenn die TVS durch die 
draufgesetzte Gegen-EMK der Streuinduktivität zu leiten anfängt

Snubber mit TVS sind blöd, weil die Leistung verheizt wird. Im üblichen 
Diode-Kondensator-Parallelwiderstand_zum_Kondensator Snubber wird der 
grösste Teil des Impulses über den Kondensator in die 
Versorgungsspannung zurückgespeist, und der R verheizt nur so viel, dass 
die Kondensatorspannung, die normalerweise zumindest so hoch wie die 
reflektierte Spannung ist, langfristig nicht über die Sperrspannung des 
Schalttransistor steigt.

[Mark S. (voltwide)]

Ein Oszillogramm der Primärspannung wäre an dieser Stelle 
aufschlussreich.
Eine weitere Möglichkeit sehe ich in der Serieninduktivität des 
Sekundärkreises - also vor allem eine Frage des Layouts. Die 
Leiterbahnführung kann hier garnicht niederinduktiv genug ausgelegt 
werden, transformiert sie sich doch direkt als zusätzliche 
Streuinduktivität in den Primärkreis. Kleines Zahlenbeispiel dazu:
Urefl/Usek=130V/13V also n=10:1 bedeutet, dass eine 
Sekundärkeisinduktivität von 100nH die Streuinduktivität um 10uH erhöht!

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

von Michael H. schrieb:
>Der Trafo selbst hat eine Streuinduktivität von Roundabout 13µH,

Was verstehst du unter eine Streuinduktivität?
Eine Streuinduktivität ist ja bei einem Trafo normalerweise
nicht erwünscht. Da gehen Magnetische Feldlinien in den Raum
außerhalb des Trafos. Das kann man mit einen
Kupferkurzschlußband unterdrücken, dann ist die Streuinduktivität
weg. Siehe zum Beispiel hier:

https://de.aliexpress.com/item/1005004218582702.html

>Der Snubber wird 100°C heiß und wir
>wissen nicht wieso.

Was verstehst du unter einen Snubber?
Ich verstehe unter einen Snubber ein Funkenlöschglied über
ein Schaltkontakt, eine Reihenschaltung von Kondensator und
Widerstand. Wozu brauchst du sowas in deiner Schaltung?

Flyback, ist ja eine Schaltung in der durch einen Strom
Energie in eine Induktivität gespeichert wird und beim
abschalten des Stroms die gespeicherte Energie über
eine Diode in den Ausgang wieder abgegeben wird.
Ein Schaltplan wäre hilfreich.

[Michael H. (overthere)]

Michael B. schrieb:
> Hmm, eine Diode und eine TVS leuchtet mir ein, schliesslich muss der
> Snubber die reflektierte Ausgangsspannung noch ohne zu leiten vertragen
> und darf erst nei höherer Spannung zu leiten anfangen, aber wozu die
> zweite TVS wenn sowieso durch die Diode nur Strom in einer Richtung
> fliessen kann ?

Nur damit wir mehr verlustleistung haben. Eigentlich nicht benötigt, da 
hast Du recht.

Michael B. schrieb:
> Deine Formel enthält nicht die reflektierte Spannung (320V primär rein,
> sekundär entstehen vielleicht 24V wegen Wicklungsverhältbis im
> unvelasteten Flyback-Trafi, nun sperrt primär und die Sekundärspannung
> verpolt sich bis die transportierte  Energie bei 12V in den Ausgang
> fluesst,,da entstehen naturlich erst mal 160V primär verpolt die auf die
> 320V draufgesetzt werden also bis 480V alleine durch Reflektion, noch
> bevor die Streuinduktivität abgeleitet werden muss), und die bewirkt
> natürlich ein Vielfaches der Verluste wenn die TVS durch die
> draufgesetzte Gegen-EMK der Streuinduktivität zu leiten anfängt
Das ist genau das "coole" an TVS. Sie verbraten nur die Spannung

Michael B. schrieb:
> Snubber mit TVS sind blöd, weil die Leistung verheizt wird. Im üblichen
> Diode-Kondensator-Parallelwiderstand_zum_Kondensator Snubber wird der
> grösste Teil des Impulses über den Kondensator in die
> Versorgungsspannung zurückgespeist, und der R verheizt nur so viel, dass
> die Kondensatorspannung, die normalerweise zumindest so hoch wie die
> reflektierte Spannung ist, langfristig nicht über die Sperrspannung des
> Schalttransistor steigt.
Das ist falsch. Alles wird verheizt.

Michael B. schrieb:
> Ich hasse Prosa-Schaltpläne weil der Fragende zu faul ist ein Bild zu
> machen.
Schaltplan im Anhang der Primärseite. Eigentlich nichts besonderes.

Mark S. schrieb:
> Ein Oszillogramm der Primärspannung wäre an dieser Stelle
> aufschlussreich.
Haben wir uns angeschaut. Ca. 200mV Ripple am Eingang des Trafos, sonst 
fein.

Mark S. schrieb:
> Eine weitere Möglichkeit sehe ich in der Serieninduktivität des
> Sekundärkreises - also vor allem eine Frage des Layouts. Die
> Leiterbahnführung kann hier garnicht niederinduktiv genug ausgelegt
> werden, transformiert sie sich doch direkt als zusätzliche
> Streuinduktivität in den Primärkreis. Kleines Zahlenbeispiel dazu:
> Urefl/Usek=130V/13V also n=10:1 bedeutet, dass eine
> Sekundärkeisinduktivität von 100nH die Streuinduktivität um 10uH erhöht!
Unser Trafo-Ratio beträgt 3.81 aktuell, ist also nicht ganz so krass, 
obwohl das ja auch schon im Quadrat eingeht Wir haben direkt nach der 
Diode aber einen Keramik-C Genau dafür. Aber 100nH 
Sekundärseiteninduktivität haben wir mit größter Sicherheit...

Ich habe noch eine Rechnung angestellt, wie groß die effiktive 
Streuinduktitvität ist, und die ist aktuell bei ca. 78µH, also weit-weit 
drüber...

[Michael B. (laberkopp)]

Günter L. schrieb:
> Was verstehst du unter eine Streuinduktivität?

Dasselbe wie jeder der das Wort verstanden hat: der Anteil an 
Induktivität der Primärspule der NICHT mit der Sekundarspule gekoppelt 
ist so dass sich dessen reingespeicherte Energie eben nicht sekundär 
entlädt sondern auf der Primärseite wieder abgebaut werden muss.

[Michael B. (laberkopp)]

Michael H. schrieb:
> Das ist falsch. Alles wird verheizt.

Na dann, wenn du es eh schon besser weisst, wird deine Formel schon 
stimmen.

[Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)]

Michael H. schrieb:
> Schaltplan im Anhang der Primärseite. Eigentlich nichts besonderes.
Doch, sogar sehr.
Was ist z.B. der Wiederstand?
Kenn ich garnicht.
Was ist das für ein Bauteil?

Ein Snubber schluck kurze, energiereiche Spitzen über klassisch RC oder 
RCD.
Du hast etwas gebaut das keinen schnellen Spannungsanstieg schluckt, 
sonder eine Spitzenspannung die auch noch viel zu gering ist wie 
Laberkopp dargelegt hat.
Spitzenspannung Uin + Flyback Out x Übersetzungverhältniss ist die 
Spitzenspannung am Fet OHNE Streuinduktivität.

https://www.planetanalog.com/designing-the-resistor-capacitor-diode-rcd-snubber-of-a-flyback-converter/
SO wird ein Teil der Snubber Energie zurück in den Eingangskondensator 
gespeist.

Ich halte auch 100R am Gate für viel zu hoch.

[Michael H. (overthere)]

So, ein kleiner Fortschritt: Wir haben die Trafo-Wicklung der 
Primärseite von außen nach mittig verfrachtet. (D.h. zu einer Seite nach 
oben ist die Aux-Windung, zur Anderen die SeC Windung). Das hat die 
Verlustleistung reduziert.

Aber leider werden die Snubber-TVS immer noch heiß...

[Mark S. (voltwide)]

Miß doch mal die Streuinduktivität im eingebauten Zustand mit kurz 
geschlossener Sekundar-Gleichrichter-diode.
Btw - mit Primärspannung meinte ich natürlich nicht den pos 
Einspeisepunkt, sondern das heiße Ende der Primärwicklung, üblicherweise 
drain des Power-MOSFET.

[E. K. (new_berlin)]

Du hast definitiv nicht den ganzen Schaltplan gepostet.
Wie sieht der Feedback-Pfad aus? Ist der überhaupt geschlossen und 
funktioniert korrekt? Vielleicht läuft der Regler gar nicht korrekt.

In deinem Schaltplan fällt mir auf:
- R205 muss an DCHV gehen, statt N
- Von wo wird das Netz VccFlyIC gespeist? Das muss eigentlich aus der 
Bias-Wicklung gespeist werden.

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

von Michael H. schrieb:
>Aber leider werden die Snubber-TVS immer noch heiß...

Dann wird deine Sekundärwicklung nicht genügend belastet.
Die Energie die die Sekundärwicklung nicht loswird geht
in deine Snubber-TVS,  bei  Leerlauf dann alles.
Ich sehe an deiner Sekundärseite keine Diode die einen
Kondensator aufläd. Diese Diode muß so gepolt sein, daß
sie in Durchlaßrichtung ist, wenn der Transistor Q201
den Strom abschaltet. Bei ausreichender Belastung der
Sekundärwicklung bleiben deine Snubber-TVS irgendwann
kalt.