Hallo!
OK, es ist möglicherweise eine recht seltsame Frage, da ich auch nicht
wirklich etwas passendes im Netz dazu finden konnte.
Also es geht mir darum, meine Rechteck-Frequenz-Generator-Schaltung vor
einem in die sättigung gegangenen Trafo zu schützen.
Wie komme ich dazu: Ich habe mir einen wunderbaren Rechteck-Generator
gebastelt, welcher mit einer einstellbaren Frequenz von 100Hz bis 400kHz
und einer Pulsweiteneinstellung ausgestattet ist. Die Ausgangsspannung
lässt sich über die Eingangsspannung regeln. Bild davon im Anhang!
Jetzt habe ich verschiedene Ferritkern-Trafos herumliegen - darunter
diverse AC-Zeilentrafos und andere, teils selbst gebastelte HV-Trafos.
Diese Trafos hänge ich gerne an den Generator, um damit herum zu
experimentieren - also um hochfrequente Hochspannung zu erzeugen.
Nur blöderweise ist es mir schon oft genug passiert, dass offensichtlich
aufgrund von falschen Frequenzen, Pulsweisen, Wicklungen oder primär
Spannungen diese Kerne in Sättigung gehen und dann zerstört es mir die
MOSFETS der Schaltung. Und das dürfte so schnell gehen, dass eine
Strombegrenzung der Schaltung nicht wirklich etwas dagegen hilft.
Also nochmal kurz: Ich stelle eine "unpassende" Frequenz und/oder
Pulsweite ein, dann schließe ich irgend einen der herumliegenden Trafos
mit unbekannten Wicklungen an - und puff der MOSFET ist hinüber. Da
hilft offensichtlich auch keine 1 oder 2A Strombegrenzung der Versorgung
der Schaltung.
Was kann ich tun, das genau das nicht passiert?
Grüße,
Wilfred
Wilfred schrieb:
>Was kann ich tun, das genau das nicht passiert?
In die +Leitung die zu deinen Trafo geht eine
Konstantstromschaltung mit Transistor einfügen.
Nimm dicke FETs oder zwei davon parallel (zwei parallele FETs bringen
die Verlustleistung pro FET auf 1/4tel herunter), dann greift eine
Schutzschaltung bei 1..2A locker. Die musst Du in die Source-Leitung der
beiden FETs einbauen, so daß sich der Zwischenkreis im Fehlerfall nicht
durch die FETs entleert, sondern die FETs schnell abgeschaltet werden,
wenn die Schwelle erreicht wird.
Dann würde ich mit der Frequenz von oben an die Grenze herangehen. Also
mit maximaler Frequenz anfangen und diese langsam absenken. Wenn der
Strom dann stark ansteigt weißt Du, daß der (unbelastete) Trafo jetzt in
die Sättigung kommt.
Wilfred schrieb:> vor einem in die sättigung gegangenen Trafo zu schützen.
Man erkennt die Sättigung an massiv schnell steigendem Strom.
> Und das dürfte so schnell gehen, dass eine> Strombegrenzung der Schaltung nicht wirklich etwas dagegen hilft
Doch, geht schon, shutdown vom SG3525 beendet die PWM sofort.
Man misst mit einem Widerstand in der gemeinsamen MOSFET Sourceleitung.
Hat nur leider 0.7V Einschaltspannung, eventuell also ein
Stromwandeltrafo dazu.
Wilfred schrieb:> Und das dürfte so schnell gehen, dass eine> Strombegrenzung der Schaltung nicht wirklich etwas dagegen hilft.
Eine Strombegrenzung vor dem 470µF Elko ist in der Tat vollkommen
sinnlos.
Du mußt den Strom in der Sourceleitung der FETs messen und auf den
SG3525 führen. Der SG3525 kann die FETs schützen, wenn man ihn nur läßt.
Wilfred schrieb:> mit einer einstellbaren Frequenz von 100Hz bis 400kHz
400kHz sind mit diesen FETs ohne je einen fetten Treiber vor
jedem Gate ein völliger Witz - zumindest, wenn mal was anderes
als Trafo-Leerlauf gemacht werden soll. Da wäre Wasserkühlung
nötig, und trotzdem ist es dann kein Rechteck, sondern 3eck.
Unter Last und/oder hohe Frequenz scheint bei den Experimenten
nicht vorgekommen zu sein - da kannst Du Dein Konstrukt 10mal
"wunderbar" nennen, es macht nicht das, was Du versprichst
(oder gar selbst glaubst). Sorry, aber das ist so.
Ich glaube jedoch, daß Du eh keine Multi-Kilowatt-Trafos hast,
daher auch ohne besagte Treiber, und mit weit kleineren FETs
(z.B. IRF840) auskommen würdest. Etwas mehr als jetzt wäre so
wohl drin, wenn vielleicht auch keine 400kHz.
Mit der Strombegrenzung überleben kleinere FETs dann auch.
Nach meinen Bastler-Erfahrungen werden die FETs eher durch Überspannung
als durch Überstrom vernichtet.
Gerade wegen dieser Spannungsspitzen ist ein Oszilloskop das wichtigste
Gerät beim Bau solcher Schaltungen.
Was meiner Meinung nach in der Schaltung noch völlig fehlt, ist ein
Schutz gegen Überspannungen, erzeugt durch die Streuinduktivität eines
angeschlossenen Transformators, denn die Snubber mit 180 Ohm, 4,7 nF
dürften nicht bei jeder Trafobauart bzw. Arbeitsfrequenz passen.
Da würde ich für den Probebetrieb die FETs mit HV-Z-Dioden vor zu großen
UDS schützen.
Die Snubber-Dimensionierung sollte man dann erst am aktuellen Trafo,
noch unter Schutz durch HV-Z-Dioden erstellen. Dann wird sie nicht zum
Leistungsfresser mit 5W-Widerständen.
Die Frequenz ist gar nicht so kritisch wie das im ersten Moment
aussieht. Vor einigen Jahren habe ich an einer KFZ-Endstufe
herumgeschraubt, deren Netzteil heiß wurde und keine richtige Leistung
brachte. Alles gemessen, nichts gefunden, sah alles soweit gut aus - bis
ich aus irgendeiner Überlegung heraus mal die Frequenz von dem berechnet
habe, was ich auf dem Oszi gesehen habe. Der Kondensator des
TL494-RC-Taktgenerators war elektrisch offen, der Aufbau schwang mit
irgendwas um die 600kHz, obwohl es nur 40kHz hätten sein sollen. Also
200..300kHz sind mit der internen Endstufe des SG3525 problemlos möglich
wenn man FETs mit wenig Gate Charge nimmt.
OK, super & DANKE für die vielen Ideen!
... was ich vergessen habe zu erwähnen war, dass ich die Trafos sowieso
nie mit mehr als 80kHz betreibe, die laufen meist so mit 10-80kHz.
Dann zur Strombegrenzung: Ich messe also ("den Strom") über einen
Widerstand in der gemeinsamen Sourceleitung der MOSFETS und gib danach
dem SG3525 am "Shutdown"-Eingang ein entsprechendes Signal, das 0,7V
betragen muss? Stimmt das so?
... da muss ich noch nachgrübeln wie ich das genau machen werde, aber
vom Prinzip her finde ich es gut, dass man es direkt mit dem SG...
machen kann.
Zur Spannungsbregrenzung: ... auch eine gute Idee und so eine
Überspannung könnte natürlich auch die MOSFETS zerstören. Wie genau
schütze ich die FETS dann - bzw. wo baue ich die HV-Z-Dioden ein?
Beste Grüße,
Wilfred
Wilfred schrieb:> Ich messe also ("den Strom") über einen> Widerstand in der gemeinsamen Sourceleitung der MOSFETS und gib danach> dem SG3525 am "Shutdown"-Eingang ein entsprechendes Signal, das 0,7V> betragen muss? Stimmt das so?
Ja, so machst du das. Sinnvoll kann ein RC Tiefpass zwischen dem Shunt
(Strommesswiderstand) und dem Shutdown Eingang sein, damit nicht jede
Einschaltspitze zur Auslösung des Shutdown führt.
Hier suchst du den Kompromiss ziwschen Ansprechzeit und Störsicherheit.
Wilfred schrieb:> bzw. wo baue ich die HV-Z-Dioden ein?
Weglassen.
Bei zu hoher D-S Spannung wird die Body-Diode des MOSFET leitend wie
eine Z-Diode. Daran stirbt er nur, wenn die Verlustleistung zu groß
wird. Allerdings kann er viel mehr wegstecken, als jede Z-Diode.
Wilfred schrieb:> ... da muss ich noch nachgrübeln wie ich das genau machen werde,
Was gibt es da zu "grübeln"? Siehe (geänderte) Schaltung.
Das mit der Überspannung birgt beim mittelpunktgespeisten
Gegentaktwandler noch eine böhse Falle, nämlich daß die FETs mindestens
die doppelte Betriebsspannung sperren können müssen. Wenn ein Zweig
eingeschaltet wird, mutiert der entgegengesetzte zur Sekundärwicklung,
die Spannung kommt da wieder raus und liegt dann in Reihe zur
Betriebsspannung. 80V Eingangsspannung mit 100V FETs wird lustig (nur
nicht für die FETs).
der schreckliche Sven schrieb:> Was gibt es da zu "grübeln"? Siehe (geänderte) Schaltung.
Ja, aber 0.7V sind vielleicht etwas viel am R (Leistung), und filtern
sollte man auch, die schnellen Stromänderungen durch die schaltenden
Transistoren könnten an den induktiven Leitungen Fehlspannungen erzeugen
die der Chip wegen fehlendem blanking zu Fehltriggerung verleitet.
Ben B. schrieb:> 80V Eingangsspannung mit 100V FETs wird lustig
Er hat aber 500V FETs für 100V Eingangsspannung.
Ben B. schrieb:> 80V Eingangsspannung mit 100V FETs wird lustig
Die ham nicht nur 44A Dauerstrom gerated, sondern auch 500V...
Ich glaube, ich weiß jetzt, wieso Du unterstellt hast, 400kHz
könnten da noch sehr gut gehen am SG3525 mit besagten FETs.
Nur falls das so rüberkam @Laberkopp, ich wollte nicht unterstellen, daß
er zu schwache FETs eingesetzt hätte. Die gewählten Zahlen waren einfach
nur ein Beispiel.
der schreckliche Sven schrieb:
> Was gibt es da zu "grübeln"? Siehe (geänderte) Schaltung.
Naja, möglicherweise verstehe ich da irgend etwas nicht ganz, aber nach
deiner Schaltung fließt ja der gesamte Strom über diesen einen
Widerstand ab. Nehmen wir mal an, ich mache eine Strombegrenzung bei 12A
oder noch höher (die MOSFETS können ja bis 44A), dann könnte ich gerne
mal einen Trafo (vl. Zeilentrafo) mit 80Volt und 8A betreiben ... oder
halt in diesem Leistungsbereich ... dann fließen 8A über den Widerstand
+ liegen auch so z.B. 70 Volt am Widerstand an ... macht eine Leistung
von 560 Watt?
Welcher Widerstand "verkraftet" 560 Watt?
Oh... ok, dann wars ein völliges missverständnis von mir... bei 0,01 Ohm
und 8A gibts einen Spannungsabfall von 0,08Volt und somit eine Leistung
von 0,64 Watt... nagut
Christian S. schrieb:> Der Widerstand sollte etwa 0,01 Ohm haben,
Der Shutdown-Transistor im SG3525 hat die übliche Schaltschwelle von
0,6Volt. Bei 0,01Ohm wäre die Strombegrenzung bei schlappen 60Ampere.
der schreckliche Sven schrieb:> Bei 0,01Ohm wäre die Strombegrenzung bei schlappen 60Ampere
Ja, etwas viel.
Nimmt man die 0,6V als ausreichend exakt an, also lebt mit etwas
Abweichung, wäre ein (0,6 : 8 =) 0,075 Ohm Widerstand angemessen.
Da in diesem bei 8A (8² * 0,075 =) 4,8W entstehen, würde ich wohl
einen Shunt mit 7,5W wählen, kleine Sicherheitsmarge halt.
Hier wohl von untergeordnetem Interesse, aber normalerweise wird
man den Spannungsfall eines niederohmigeren Shunts mit einem OPV
verstärkt auf den Shutdown-Pin führen. Allerdings steigt dann der
Aufwand, was einen (Pulse-by-Pulse geschützten) Strommodus Regler
weit attraktiver erscheinen läßt.
Wilfred schrieb:> Zur Spannungsbregrenzung: ... auch eine gute Idee und so eine> Überspannung könnte natürlich auch die MOSFETS zerstören. Wie genau> schütze ich die FETS dann - bzw. wo baue ich die HV-Z-Dioden ein?
In der Versuchsphase, zwischen D uns S der FETs.
Eigentlich nur zur Klärung, ob Überstrom oder Überspannung die Ursache
sind.
Wenn der Wandler erst einmal läuft, würde ich mit Oszi-Kontrolle noch
bei angeschlossenen Z-Dioden die RC-Glieder bzw die Fangschaltung für
Spannungsspitzen mit Diode dimensionieren, angepasst auf die
Streuinduktivität des Trafo.
Auf Dauer würde ich die HV-Z-Dioden nicht drin lassen. Die gehören zu
den häufig ausfallenden Bauelementen.
Ich erlaube mir noch etwas Senf dazuzugeben:
1. Der PWM-Regler und auch die MOSFETs können mit wesentlich weniger als
15V arbeiten - geh' besser auf 10V (8V min. für SG3525A).
2. Die 1000uF für die 15V-Versorgung sind völlig überdimensioniert und
ich gehe mal davon aus, daß das als ELKO realisiert ist - der reagiert
bei 80kHz faktisch nicht mehr. Für die PWM bei 15V brauchst Du aktuell
125nC je MOSFET und bei den eff. wirksamen 100nF Puffer bricht Dir die
Spannung weg. D.h. besser ist es ca. 100uF MLCC einzusetzen.
3. Wenn man Dein Snubber-Netzwerk betrachtet findet man schnell ein
Problem: Dein MOSFET hält 500V aus: 500V/180R=2,8A - wenn das mal beim
Abschalten ansteht, läßt Dir die initiale Spg-Spitze die FETs sofort
durchknallen. Vielleicht kannst Du den Widerstandswert etwas absenken.
Passt, danke für die sehr vielen Infos, werde da mal einiges
ausprobieren!!
Zu der Betriebsspannung, ab ca. 12Volt am Eingang reagiert die Schaltung
nicht mehr, da ist alles aus. Die funktioniert offensichtlich nur von 12
Volt aufwärts, habe ich getestet.
Eine Totzeit ist eingestellt - über den R7 mit 470 Ohm! Wobei 500 Ohm
auch schon die größtmögliche Einstellung wäre, also eh schon am Limitt.
... jetzt baue ich mal den "Shunt" ein und messe.
Wilfred schrieb:> Eine Totzeit ist eingestellt - über den R7 mit 470 Ohm!
Der SG3525 macht übrigens ohne diesen Widerstand, also direkte
Verbindung zw. Pin 5+7 eine Totzeit von ca. 400nS.
der schreckliche Sven schrieb:> Jürgen W. schrieb:>> die initiale Spg-Spitze die FETs sofort durchknallen.>> So ein Schmarrn.
Verstehe ich ehrlich gesagt auch nicht. Seit wann machen
Snubber Spannungsspitzen? Das genaue Gegenteil passiert.
Wilfred schrieb:> Eine Totzeit ist eingestellt - über den R7 mit 470 Ohm!
Ja, und auch noch 4,7nF als C. Knapp unter 10µs. Der Sinn
erschließt sich mir nicht so ganz, wenn nicht die Absicht
besteht, die Einschaltdauer (recht stark) zu reduzieren.
Vielleicht wollte Mani W. darauf hinaus?
Mir geht es um den Strom, der evtl. gerade während der Abschaltphase
noch durch den Transistor fließt.
Einfaches Rechenbeispiel: 10A fließen (weil eben der Trafo in Sättigung
geht und dI/dt steiler wird), Der FET schaltet ab.
Sofern keine Last angehängt ist, die das zusammenbrechende Magnetfeld
aufnimmt, geht der Strom initial noch durch den 180R-Widerstand und
produziert entsprechend eine 1,8kV-Spannungsspitze. Dazu kommt noch die
Frage, welchen 4n7-Kondensator Du da einsetzt: Ist das ein gewickelter
Typ, der evtl. eine sehr hohe parasitäre Induktivität hat?
Weiters gefunden: https://www.mikrocontroller.net/articles/Snubber
Ergänzend muß ich sagen, daß ich mit derartigen Schaltungen nicht viel
arbeite, diese Vermutung ist ein Hüftschuß.
Noch eine kurze Frage:
Was passiert, nachdem der IC einen "shutdown" gemacht hat? Bleibt er
eine bestimmte Zeit aus oder muss ich ihm "neu starten", indem ich die
Spannungsversorgung abklemme und neu an??
Schaltung_4.jpg
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