Probleme mit Schaltnetzteil bei Surge Test

[Chris (Gast)]

Hallo zusammen,

ich entwickle derzeit ein Steuergerät, welches im aktuellen Musterstand 
einen Surge Test auf der Versorgungsleitung (L-N) nach DIN 61000-4-5 
bestehen soll. Versorgt wird das Steuergerät während des Tests wie im 
späteren Einsatz über eine 12V Bleibatterie, die Störbeaufschlagung 
erfolgt (wie gefordert) über 50cm lange Zuleitungen direkt (nicht über 
eine Koppelzange) mit einem UCS 500 M4 von EM-Test. Getestet wird der 
1,2/50 Surge Impuls mit 500V.
Das interne Schaltnetzteil (siehe Schaltregler.PNG) ist auf eine 
Ausgangsspannung von 3,3V ausgelegt und mit ca. 200mA belastet. Um die 
leitungsgebundene Abstrahlung zu reduzieren, befindet sich zwischen den 
Versorgungsanschlüssen und dem Schaltnetzteil ein Pi-Filter (siehe 
Filter.PNG), ein Verpolschutz (Q001) und, speziell für den Surge Test, 
eine bidirektionale TVS-Diode (D002), welche bei ca. 36V aufmacht.

Das Problem besteht nun darin, dass das Steuergerät infolge des Surge 
Impulses einen Reset aufgrund eines Einbruchs der 3,3V macht.
Während des Tests wurden an vier Stellen die Spannungsverläufe 
aufgenommen (siehe Messung.PNG); die Zuordnung ist wie folgt:

Ch1 -> 3,3V direkt hinter Schaltnetzteil
Ch2 -> TP4 (Spannung über C003 und C004, also vor Verpolschutz)
Ch3 -> VBat (Spannung hinter Verpolschutz)
Ch4 -> 3,3V direkt am Prozessor
jeweils bezogen auf GND gemessen an TP3

Trotz intensiver Versuche ist es mir weder gelungen zu verstehen, warum 
die Spannung am Elko (Ch2) soweit einbricht, noch das Verhalten in einer 
Simulation nachzustellen. Versuche mit größeren Elkos (100uF - 330uF) 
und niedrigerem ESR haben lediglich zu einer Vergrößerung der 
Periodendauer der Schwingung geführt.

Hat jemand vielleicht eine gute Idee, wo der Grund für dieses Verhalten 
zu suchen ist und wie ich dem Problem begegnen könnte?

Vielen Dank schon mal für jede Hilfe.

Chris

[... (Gast)]

Warum liegt das Gate von Q1 über einen 1:1 Spannungsteiler an GND? Der 
IRFR5305 kann bis zu +-20V G-S-Spannung.
Wozu ein pi-Filter wenn die Schaltung über 12V Batterie versorgt wird? 
Das Ergebnis ist ein schöner Schwingkreis ;)

[Kai (Gast)]

Hmmmmm...für mich sieht es so aus, als ob der Surgeimpuls bei 
invertierter Polarität die Elkos leersaugt - die  bidirektionale 
Suppressordiode am Eingang begrenzt ja erst bei -xx Volt. Hilft ein 
zusätzlicher Elko an Vin? Oder die Mosfet-Diode vor den Filter, ist nur 
die Frage, ob die beim Surge dann nicht die Hufe hochreisst.


Gruß,


Kai

[Chris (Gast)]

Das pi-Filter dient, wie gesagt, der Reduzierung der leitungsgebundenen 
Abstrahlung.
Der Spannungsteiler wird für die Erweiterung des 
Eingangsspannungsbereichs bis >24V benötigt.

Ein zusätzlicher Elko an Vin verbessert tatsächlich das Verhalten. Ich 
würde mich trotzdem wohler fühlen, wenn ich das Problem verstehen und 
dann gezielt abstellen könnte.

Vielen Dank schon mal für eure Kommentare.

Gruß
  Chris

[hanno nühm (Gast)]

Versuch doch mal, eine spannungsfeste Diode (1N4007) vor den Eingang zu 
schalten, so kannst Du prüfen, ob das, was Kai schreibt, zutrifft. Ich 
bin der selben Meinung, denn auch das Koppelnetzwerk im Generator 
schwingt und sorgt nach dem eigentlich Surge evtl. für einen 
Spannungseinbruch.

Übrigens kann man einen 500V-Surge auch locker oszillografieren, wenn 
man einen spannungsfesten 1:100-Tastkopf nimmt und vorsichtig ist 
(Plastik-Oszi am Trenntrafo).

[SF (Gast)]

Kai schrieb:
> Hmmmmm...für mich sieht es so aus, als ob der Surgeimpuls bei
> invertierter Polarität die Elkos leersaugt - die  bidirektionale
> Suppressordiode am Eingang begrenzt ja erst bei -xx Volt.

+1
Ein Elko hinter dem Verpolschutz sollte dann helfen.

[... (Gast)]

Chris schrieb:
> Das pi-Filter dient, wie gesagt , der Reduzierung der
> leitungsgebundenen Abstrahlung.

Ja, sorry, hatte ich überlesen. Trotzdem stellt sich mir die Frage was 
denn da abgestrahlt werden soll. Die 750KHz des LT? Und wenn ja, mit 
welcher Leistung werden die dann abgestrahlt? Also ich halte den Aufwand 
für übertrieben.
Genauso der Aufwand im Verpolungsschutz mit FET. Eine normale 
3A-Schottky täts auch. Der Spannungsunterschied von 12V bzw. 24V zu 3,3V 
ist so hoch, da braucht man nicht um jedes mV zu kämpfen.
Die Verpolschutz-Diode direkt hinter der TVS-Diode, dann kann dir der 
Surge-Puls auch nicht mehr die Kondensatoren leersaugen.

[Mine Fields (Gast)]

Was soll der Verpolschutz bringen, wenn du einen Elko hast, der dir bei 
Verpolung um die Ohren fliegt? Mach den wie schon vorgeschlagen 
dahinter, dann solltest du auch mit Surge keine Probleme mehr haben.

[Osche R. (Gast)]

Chris schrieb:

> Trotz intensiver Versuche ist es mir weder gelungen zu verstehen, warum
> die Spannung am Elko (Ch2) soweit einbricht, noch das Verhalten in einer
> Simulation nachzustellen.

Du hast ein PMOS als Verpolschutzdiode. Der verhält sich nicht wie eine 
richtige Diode (d.h. sperrt sobald die Spannung am Eingang kleiner ist 
als am Ausgang), sondern lässt den Eingang so lange mit der Schaltung 
verbunden, bis die Spannung negativ wird. Damit geht Dein Elko in jedem 
Fall auf 0V.

Eine normale Diode würde den Elko abkoppeln, sobald die Eingangsspannung 
unter die Elkospannung fällt.


Ich mache in so einem Fall zwei Strompfade. Den Lastkreis über PMOS (wg. 
Verlustleistung) und den Controllerzweig über eine S1J (wg. 
Datenerhalt).