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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsspitzen bei Schaltnetzteil


Autor: Buchmann (Gast)
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Hallo!

Ich konstruiere zur Zeit ein SNT, welches soweit ganz passabel
funktioniert - wären da nicht die Spannugnsspitzen.
Problem:
Die max. Uds meines MOSFETS (IRFZ48N) liegt bei 55V.
beim einschalten des MOSFETS gibt es keinerlei Probleme, doch beim
Ausschalten kommt es zu SPannugnsspitzen am DRAIN die bis zu 60V
betragen. Seltsam: mit dem Oszilloskop betrachtet besteht die
Spannugnsspitze aus einer Schwingung, die nur sehr langsam abklingt.
Was kann hier das Problem sein?

Autor: Buchmann (Gast)
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Hier Bilder des SIgnals am Oszilloskop

Autor: compucat (Gast)
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Das ist ohne Kenntnis der Schaltung schlecht zu beurteilen.

Möglich:

Falscher oder fehlender Gate-Vorwiderstand ?

Schaltdioden am Ausgang zu langsam ?

Kondensatoren am Ausgang mit zu hohem Innenwiderstand ?

Autor: Mikesh (Gast)
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Hallo Buchmann!

Welche Ströme schaltest du, und bei welchen Strömen hast du diese
Aufnahmen gemacht?

Sieht so aus als würden die Induktivitäten im MOSFET-Zweig mit den
Kapazitäten in deiner Schaltung einen kleinen Schwingkreis darstellen.
Die Frage ist, misst du diese Spannungsspitzen auch bei einem
niedrigeren Ausgangsstrom?

!!!!Würde Snubber-Circuits empfehlen, da die Chipspannungen in Wahrheit
noch viel höher sind!!!!

Wenn du allerdings kleine Ströme schaltest, wären diese
Spannungsspitzen nicht so leicht zu erklären.

MfG

Mikesh

Autor: Buchmann (Gast)
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Es handelt sich in der Tat um hohe Ströme... also so in der Größenordung
10A.
Was sind snubber circuits?
PS: die Schaltung ist als anhang im 1. Thread zu finden.

Autor: Mikesh (Gast)
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Hallo!

Snubbers sind Überspannungsbegrenzer, meist eine schnelle Diode und
dann in Reihe eine Parallelschaltung aus Kondensator und Widerstand.

Du schaltest nur 10A, warum dann dieser MOSFET? Ich tippe mal auf, war
rumgelegen oder die Verluste sollten womöglich gering bleiben. Gibt
aber auch welche mit niedrigerem Rdson. Naja zu deinem Problem:

Sagen wir mal du hast 10cm Leitungslängen im Leistungspfad des MOSFETs.
Du willst 10A schalten, sagen wir z.B. in 50ns. Die Leitungsinduktivität
schätzen wir mal mit 10nH/cm also bei 10cm dann 100nH.

Ergibt dann eine Spannungsspitze von U=Ue+ L*di/dt = 12V +
100nH*10A/50ns = 32V.

Kenn deine Schaltung und dein Layout ja nicht, mir kommts aber so vor
als ob du evtl. zu lange Leitungen hast, wo du sie besser nicht
hättest.

P.S. Bei welcher Schaltfrequenz arbeitet das SNT, ist die Diode dafür
die Richtige?

Also bis denne

Schönes Wochenende noch(-:

Autor: Buchmann (Gast)
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Danke fuer die Info.
Also die Frequenz is ca 5kHz. Die 10A sind nur jetzt.. später sollens
mehr werden.. aber durch die spannungsspitzen kann ich mit der
pulsweite des steuersignals nicht weiter rauf da sonst der FET kaputt
geht.

Autor: Buchmann (Gast)
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Noch eine Frage: Wie dimensioiere ich den Gate-Widerstand richtig?
hab zur zeit 4.5 Ohm drin.

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

@Michael: Habe mal eine Frage zu deiner Schaltung.
1. Tust du damit nur die 12V runterregeln oder tust/willst du durch die
Induktionsspitzen eine höhere Spannung rausholen?

Ich würde da direkt nach der Spule einen schnellen Kondensator einfügen
der diese Spitze aufnimmt und dadruch das ganze glattbügelt. So habe ich
das bei einem Taktventil mal gemacht, wurde auch mit 12V angetaktet und
gab beim Ausschalten eine knapp 100V Induktionsspitze ab, ein kleiner
Folientyp hat geholfen. Müsste ein paar nF groß gewesen sein hat aber
diese Spitzen wunderbar geschluckt. Er sollte halt ausreichend
Spannungsfest sein. Also zw. Spule und IRF zur Masse hin.

Autor: Buchmann (Gast)
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Also das ganze is ein Aufwärtswandler. am Ausgang hab ich so ca 30V.
die Schaltung is wie gesagt im 1. Thread zu sehen.

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

dann würde ich sagen das die Induktionsspitze nicht schnell genug
abgefangen wird, wenn du sagst die 30V sind stabil. Mach mal gleich
nach der Spule nen FKP1-Kondensator rein, das sollte diese Spitze
beseitigen.

Autor: Buchmann (Gast)
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Tut mir leid, aber was is ein FKP1-Kondensator?

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

das ist ein Folienkondensator mit einem sehr geringen Innenwiederstand,
der ist also sehr schnell un kann deine Spitze gut verarbeiten. Gib mal
bei www.reichelt.de WIMA FKP ins Suchfenster ein. Aber wenn du einen
kleinen Folientypen daheim hast der mind. 100V Spannungsfest ist kannst
ihn ja mal probeweise reinhalten.

Autor: Buchmann (Gast)
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Danke fuer den Tip, funktioniert leider nicht - der Kondensator führt
nur zu einem weiteren Aufschaukeln  der Schwingungen.

Autor: Buchmann (Gast)
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Hab jetzt was herausgefunden: Wenn ich den Widerstand in der RC
Schutzbeschaltung verkleinere, werden die Schwingungen stark gedämpft.
Frage: Warum funktioniert selbiges nicht mit einer Z-Diode? Kann es
sein das Z-Dioden hier zu langsam sind?

Autor: Arno (Gast)
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Nimm mal anstelle des Elko 47uF einen guten Folienkondensator. Wie hast
Du denn den Wert errechnet?

Autor: Mikesh (Gast)
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@Buchmann!

Vorsicht: Wenn du den Widerstandswert verkleinerst wird auch die
Leistung die du dann im R verbrätst größer.

Welche Leitungslängen hast im Zweig des MOSFETs. Wenn du diese
vielleicht verringern könntest, müssten die Spannungsspitzen um einiges
geringer Ausfallen!

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

und Fehler schon beseitigt?

Autor: Buchmann (Gast)
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ALso ich hab ca 2cm lange Leitungen gehabt.. hab dann ne platine geätzt,
mit ca 0.5cm leitungen.. keine Änderung..
Soltle ich vieleicht mal den MOSFET gegen einen anderen, bzw einen IGBT
tauschen?

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

wollte eigtnlich fragen ob du es schon mit einem Folienkondensator
probiert hast

Autor: Buchmann (Gast)
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ja.. aber das hat 0 gebracht.. leider

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

dann muss das Teil zu langsam bzw. zu klein dimensioniert gewesen sein.
 Die Kapazität sollte nicht umbedingt größer als nötig sein aber die
Energie der Spitze vollständig aufnehmen können. Evtl. noch nen
niederohmigen Wiederstand nach dem Kondensator in Reihe so das der
Kondensator mit seinem niedrigere Wiederstand das schneller
"aufsaugt" als es in die restl. Schaltung kommt.

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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@Buchmann
Ich versteh noch nicht so ganz warum du eine mit 1 mH recht gross
dimensionierte Spule verwendest?

Bei SNTs geht man doch genau den umgekehrten Weg: kleine Induktivität
-> kleinere Spulen -> hohe Schalfreq. -> geringere Verluste, oder?

Wenn du 1mH auf 10A und mehr aufladen willst dauert das doch... und
ausserdem ist dann noch zu allem übel die induzierte
Ausschaltspannungsspitze proportinal zu L und die Spule hat jede Menge
Streukapazitäten was dann zu einem wunderschönen LC Schwingkreis
führt...

Oder sollte das in deinem Schalplan 1µH heissen?

Autor: MISZOU (Gast)
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Lösung des Problems

Habe mich schon länger mit dem Thema auseinandergesetzt.

Das problem rüht von deinem Übertrager her. Beim ab-bzw- anschalten
induziert die Primärwicklung eine Gegenspannung, die, je größer die
Mosfet-Schalt-Steilheit ( Steilheit = Volt pro Sekunde)ist, umso größer
wird. Soll heißen, große Steilheit, große Gegenspannung.

Das Problem kann durch eine Reihenschaltung von Kondensator und
LeistungsWiderstand  parallel zur Primärwicklng gelöst werden.
Da gibt es eine Formel dafür, aber die weiß ich gerade nicht.

Dadurch wird sozusagen die Anstiegs Steilheit verringert.

Viel Glück, denn Spannungsspitzen über der Spezifikation töten recht
flott das Bauteil.

Autor: Buchmann (Gast)
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Danke für den Tipp, werd ich mal ausprobieren.

Autor: Hagen (Gast)
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Schaue dir auch mal die Datenblätter der professionellen Wandler an,
besonders die internen Funktionsschaltpläne. Wie ich festgestellt habe
werden öfters statt der Schottkydiode steuerbare MOSFETs benutzt.
Zuerst wird über den Serienmosfet die Spule aufgeladen, dann schaltet
dieser ab und im gleichen Moment schaltet der MOSFET als Ersatz für die
Schottky durch.

Gruß Hagen

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