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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Überspannungsschutz zerschossen. Warum?


Autor: Basti (Gast)
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Hallo zusammen,
ich hab da ein kleines Problem mit einer Schutzbeschaltung. Es geht um 
einen Überspannungs- bzw Transientenschutz für eine nachfolgende 24V 
Anwendung. Die Schaltung im Anhang ist die application note die der 
Hehrsteller empfiehlt.
Kernstück ist ein dicker MOS FET (Q1) der ab einer Eingangsspannung von 
33V anfängt zu sperren. Ähnlich wie ein Linearregler also. Der Timer 555 
dient hier als Ladungspumpe und erzeugt, unabhängig von der 
Eingangsspannung, eine ca. 40V Spannung. Die Zenerdiode D4 begrenzt die 
Spannung dann wiederum auf 36V, was dann auch die Gatespannung ist. 
Soweit hab ich das doch richtig verstanden, oder? Und im Datenblatt von 
Q1 steht das die maximale Gate-Source Spannung +/-20V ist. Dafür ist 
dann die Zenerdiode D5 zuständig die ab 15V alles platt macht. So weit 
so gut, hat auch alles ganz prima funktionier, nur mittlerweile habe ich 
den 5. Transistor zerschossen. Sind jetzt alle leitend zwischen D-S. 
Regelt nix mehr, lässt alles nur noch durch. Ich komm grad nicht weiter 
bei der Fehlersuche. So ein Power-MosFet kann man doch nur himmeln wenn 
man die Eingangsspannung zu hoch dreht oder die 20V G-S Spannung nicht 
beachtet, oder? Aber beides kann eigentlich nicht sein, zwecks 
Schutzbeschaltung. Hat jemand noch eine Idee woran es liegen könnte? 
ESD? Der Transistor kann 100V und 130A. Ich glaub also nicht das ich ihn 
mit meinem kleinen Labornetzteil überfordert hab...Könnt etwas Hilfe 
gebrauchen.
Vielen Dank schonmal und ein schönes Wochenende wünsche ich!
Grüße Basti

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> So ein Power-MosFet kann man doch nur himmeln wenn man die
> Eingangsspannung zu hoch dreht oder die 20V G-S Spannung nicht
> beachtet, oder?
Oder ihn einfach leistungsmäßig überfährt, indem man zu lange ausserhalb 
der SOA unterwegs ist...
Wird der heiß, bevor er kaputtgeht?

Autor: Thomas O. (kosmos)
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eine Zener Diode braucht auch einen vorgesetzen Widerstand an dem die 
Spannung abfallen kann, ansonsten raucht die Diode ab.

Hast du ein regelbares Netzteil? Wenn ja klemm da mal eine Zenerdiode 
dazwischen z.b. 5,1V oder was du gerade da hast und erhöhe langsam die 
Spannung und beobachte den Strom (analoger Amperemeter) und was mit der 
Zenerdiode passiert, danach hängst du mal 100 Ohm vor eine neue Diode 
und wiederholst das ganze.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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achja zeichne uns mal die Versorgungsspannungen in dein Bild mit ein .

Autor: oszi40 (Gast)
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Da scheint einiges faul auf einen schnellen Blick.
1. Die 3 Z-Dioden ohnen Vorwiderstand?
2. Entweder ist die Ansteuerung von Q1 Mist oder der 1000uF am Ausgang 
zieht zu viel Strom. Der Rest wird über den MOSFET verbraten.
3. Der dicke C5 speist von hinten wenn vorn die Spannung weg ist.

Ein Auge auf den Oszi kann nicht schaden.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Der Transistor kann 100V und 130A.
Was hast du für eine Last am Ausgang?
Der Ladevorgang des C7 über den C4 kann doch einige Zeit dauern. Und 
wenn du dann z.B. schon mal 20 A am Ausgang entnehmen willst, hat der 
Mosfet einiges wegzustecken...  :-o

Autor: Basti (Gast)
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Hallo nochmal,
nein also warm wird da garnix. Einmal hat die Geschichte für eine Weile 
ganz gut funktioniert. Da hab ich vorn 40V reingeschickt, hinten kamen 
die erwarteten 33V raus. Hab die Schaltung mit 2A belastet und der 
Transistor ist ganz gut warm geworden, alles so wie es sein sollte. Hab 
sogar eine schöne Messreihe dazu aufgenommen. Und 2 Tage später war der 
Transistor wieder dahin. Aber bei Normalbedingungen. Also 28V input und 
28V output. Ich hab auch alle "kleinen" Bauteile schon gegen neue 
ausgetauscht. die sind alle intakt, nur der Transistor ist 
durchgeschlagen.
Was mir noch so durch den Kopf gegangen ist...am Eingang der 
eigentlichen Schaltung sitzen sehr (sehr sehr) viele Stützkondensatoren. 
50x220uF. Beim Einschalten dürften die ein ganz ordentlichen Strom 
verlangen. Aber beim Einschalten piepst sofort die Strombegrenzung an 
meinem Netzteil (5A) kurz auf, danach läuft die Schaltung. Und es ist 
auch mit einem Oszi kein nennenswerter Spannungsabfall über R6 
messbar...wie gesagt, mir gehen langsam die Ideen aus!

Autor: Basti (Gast)
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ich denk die 3 Z-Dioden am Eingang sind gegen sehr kurze energiearme 
Spannungsspitzen! in der App Note sind die als P6KE33A Transzorb (600 
W)angegeben. wie gesagt, die schaltung wird von dem 
wechselricherhersteller als eingangsbeschaltung empfohlen. kann mir 
irgendwie nicht vorstellen das der die nie ausprobiert hat?!

Autor: mhh (Gast)
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Seltsame Schaltung irgendwie. Dasselbe erreicht man auch einfacher.

        |----K D A------|
        |  Darlington   |
------------C   E--- R -------------
        |     B         |
        |     |         |
        Rv    |         |
        |-----|-A-DDD-K-|
              |
              |
           Z-Diode 35V
              |
              |
--------------|--------------------


Am Eingang noch die Schutzdioden NACH einer Sicherung. Der Widerstand R 
begrenzt mit den 3 Dioden zwischen Basis und Ausgang den maximalen 
Strom.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Basti schrieb:
> Der Transistor kann 100V und 130A.

...und wenn ich nun zu dem 30mOhm Shunt noch ein paar Miliohm für den 
Rdson und den ESR für die "viele (viele viele)" Elkos der nachfolgenden 
Schaltung nehme und insgesamt 100Miliohm ansetze, ergibt das bei 28V 
280A anfänglichen Ladestrom. Fällt Dir was auf?

Aber Rechnen ist ja soo altmodisch...

Autor: Wichtel (Gast)
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Stefan Wimmer schrieb:
> bei 28V
> 280A anfänglichen Ladestrom. Fällt Dir was auf?
>
> Aber Rechnen ist ja soo altmodisch...

Stimmt, viele Leute finden händisch rechnen irgendwie altmodisch. 
Vielleicht auch manchmal irreführend...

Kannst du bei der lieben Rechnerei denn einen Grund finden wie sein 
genanntes 5A Labornetzteil mit aktiver Strombegrenzung diesen enormen 
Strom zusammenbringt?

Autor: Jens G. (jensig)
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Leistungsschaltmosis können kurzzeitig rund das vierfache von Imax ab - 
280A muß da also nicht das Thema sein.

Hast Du einen Kühlkörper am Mosi? Ist schließlich ein Linearregler, der 
den überschüssigen Rest in verheizt (bei deinem Beispiel mit 
(40V-33V)*2A=14W geht's schon lange nicht mehr ohne).

Autor: Philipp (Gast)
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>Der dicke C5 speist von hinten wenn vorn die Spannung weg ist.
wenn noch nicht vorhanden: antiparalelle diode über Q1

Autor: Basti (Gast)
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Also wie gesagt, ich hab mit einem Oszi den Spannungsabfall über den 
30mohm gemessen und da war sogut wie nix da. Keine Spannungsspitze die 
auf 240A schließen lässt. Aber gut, die Kondensatoren schaden ja vor dem 
Transistor auch nicht und erfüllen ihren Job. (Spannungseinbruch für 
100ms am Eingang überbrücken) also werd ich mal umlöten und schauen ob 
sich was tut. Wie empfindlich ist denn der MOS FET bezüglich ESD? Dachte 
die haben einen internen Schutz? Und einen Kühlkörper hat das gute Stück 
nicht. Dafür aber eine recht große Kupferfläche auf der Platine. Im 
"Normalfall" hat der Transistor ja auch kaum Verlustleistung. Die 
Überspannung ist nur ein worst case Fall und da ist es mir dann lieber, 
dass der Transistor den Hitzetot stirbt und nicht mein Wechselrichter.
Aber das mit der Antiparallelen Diode ist ne gute Idee. Die werd ich mal 
testen. Ist nur schwer zu sagen ob es was bringt. Grad im Moment läuft 
die Schaltung, ohne das ich was verändert hab. Und ich versuch grad mein 
bestes sie nochmal kaputt zu bekommen, damit ich weiß woran es nun 
liegt...aber ich bekomm den Transistor nicht mehr tot...verrückte Welt! 
Bis 50V bin ich mit der Spannung hoch gegangen, mehr kann mein Netzteil 
nicht. Und am Ausgang 33V. So solls sein...aber warum auf einmal?!?

Autor: Andreas Ferber (aferber)
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Basti schrieb:
> "Normalfall" hat der Transistor ja auch kaum Verlustleistung. Die
> Überspannung ist nur ein worst case Fall und da ist es mir dann lieber,
> dass der Transistor den Hitzetot stirbt und nicht mein Wechselrichter.

Dummerweise wird der aber in nicht gerade wenigen Fällen dauerhaft 
leitend, wenn er stirbt, damit stirbt dann dein Wechselrichter eben kurz 
nach dem Transistor.

Andreas

Autor: Urlauber (Gast)
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Überspannung vom Ausgang her,
sollte eigentlich von der Inversdiode in Q1 und D6..D8 abgefangen werden 
...

Das Gate von Q1 wurde nie zerschossen,
bzw. Q1 ist sicher kein "Logic Level" Typ?

Autor: oszi40 (Gast)
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... und diese vemeintliche Diode im Q1 hält auch diiiesen Rück-Strom 
wirklich aus??

Autor: Urlauber (Gast)
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Die eingebaute Inversdiode kann normalerweise mit dem im Datenblatt 
angegebenen max. Drainstrom belastet werden.
Nur halt wegen des Spannungsabfalls und dadurch entstehender 
Verlustleistung nicht so lange ;-)
Aber bevor die stirbt, müssten eigentlich D6..D8 auch schon hinüber sein 
...

Autor: Basti (Gast)
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Falls das weiterhilft: Q1 ist bei mir der Power MOSFET IRFS4310PBF.
Also nachdem ich nun alles andere fast ausgeschlossen habe bin ich auch 
der Meinung mein Einschaltstrom hat den Transistor auf dem Gewissen. 
Denn ich vermute auch mein Netzteil wird den ein oder anderen dicken 
Kondensator im Inneren haben, sodas trotz Strombegrenzung für ein paar 
us beinahe Kurzschluss herrscht.
Würde eine Drossel am Ein- und Ausgang der Schaltung weiterhelfen? Wenn 
ja, Pi*Daumen welcher Wert? Oder bastel ich mir damit ein tollen 
Schwingkreis?

Autor: Basti (Gast)
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Hallo nochmal,
nur der Vollständigkeit halber. Problem ist gelöst! Der Kondensator C7 
musste vergrößert werden. Dieser Kondensator steuert das 
Einschaltverhalten des Transistors Q7. Habe die Kapazität verdreifacht 
und jetzt steuert der Transistor schön langsam durch und alles bleibt 
heile. Schaltung ist also zum Nachbau freigegeben. Funktioniert 
einwandfrei!
Gruß Basti

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