Hallo, in einen Step-up-Wandler will ich die Ausschaltverluste des FETs mit einem RCD-Snubber (Widerstand-Kondi-Diode) verkleinern. In dem Wandler wird die Spule auf maximal 5A geladen. Für den Moment, wo der FET abschaltet, seine Drain-Source-Spannung ansteigt, die Diode zum Ausgangskondensator aber noch nicht leitet, kommutiert der Strom auf die Snubber-Diode. Laut Simulation dauert das bei meiner Schaltung weniger als 200ns. Meine Frage ist: Da die (Snubber-)Diode den Strom (max. 5A) nur sehr kurz tragen muss und (über die Zeit gemittelt) ihre Verlustwärme sehr gering ist, kann ich dann statt einer 5A-(Snubber-)Diode eine 0.5A-Diode mit besseren Eigenschaften nehmen? Ich läge über dem im Datenblatt angegebenen Peakstrom (der 0.5A-Diode), welcher auf einige usec bezogen ist. Wenn ich aber die Zeit-Peakstrom-Produkte aus Datenblatt und Simulation vergleiche, müsste es gehen. Kann das dauerhaft funktioniern? Timon
> Ich läge über dem im Datenblatt angegebenen Peakstrom
Das ist schlecht, denn es heisst, daß du ausserhalb der
Datenblattangaben arbeitest. Das KANN funktionieren, MUSS aber nicht
dauerheft funktionieren, und du kannst dich im Fehlerfall nicht beim
Hersteller beschweren.
Willst du solide Onstruktion, könntest du beim Hersteller der Dioden
anfragen. Warum aber sollte der für dch eine Aussage fällen die ihm
Garantieprobleme bringt ? Er hat sicher genug andere Kunden. Also bleibt
dir nur, es auf deine eigene Kappe zu nehmen. Dabei lohnen sich
Testläufe bis hin zur Zerstörun, damit man die Kurve der zunehmenden
Aufsälle erfasst und sich den Punkt aussuchen kann, der einem noch
liegt.
Man müsste diese Tests aber mit jeder Charge der Dioden auch anderer
Hersteller erneut drchführen. So geizig, wie du bzw. deine Firma zu sein
scheint, werdet ihr das aber nicht tun wollen.
Am esten du nennst den Namne der Firma, damit man eure Produkte meiden
kann.
Hallo Timon, ein Datenblatt der Diode wäre hilfreich. Wenn ich mir z.B. das Datenblatt einer SB320 von Vishay anschaue, sagt es nicht viel darüber aus - es gibt ein Diagramm Vorwärtsspannung vs. 300µs Peakstrom, es steht aber nirgendwo direkt dass der ganze Bereich dieses Diagramms auch erlaubt wäre. Gruß Max
Hallo Max, das Problem ist, dass das Datenblatt nicht viel her gibt. Die einzige Angabe war ein Pulsstrom bezogen auf 5us, sonst nichts. Das ist 25mal solange wie mein Pulsstrom, allerdings liegt der Wert um den Faktor 2 unter meinem. Vielleicht hätte ich den Threat nur "Pulsbelastung für Dioden" nennen sollen ;-). Kennst du Dioden im SMD-Gehäuse (Mini-Melf, SOD, usw.) mit niedriger Eigenkapazität und trr, die 5A Puls aushalten? Das Gehäuse ist deshalb wichtig, weil ich nur mit SMDs ein niederinduktives Layout hinkriegen werde. Gruß Timon
MaWin schrieb: > Am esten du nennst den Namne der Firma, damit man eure Produkte meiden > kann. Ich sehe keinen Grund, die Produkte zu meiden. Schließlich macht sich Timon Gedanken zur Belastbarkeit der Diode und fragt hier nach. Einige andere Entwickler würden einfach eine Diode verwenden ("Kollege hat gesagt, dass wir die schon seit Jahren verwenden. Wofür? Keine Ahnung, aber die soll gut sein.") und im Falle eines Fehlers dem Hersteller die Schuld in die Schuhe schieben.
Timon schrieb: > Kennst du Dioden im SMD-Gehäuse (Mini-Melf, SOD, usw.) > mit niedriger Eigenkapazität und trr, die 5A Puls aushalten? Wie wäre es mit einer Diode aus der Serie ES2A-ES2D von Fairchild? Dauerstrom: 2A Spitzenstrom: 50A Spannung: 50V-200V Kapazität: 18pF (4V, 1MHz) Erholzeit: 20ns Gehäuse: SMB/DO-214AA
Hallo Andreas, Danke für den Tip! Ich habe, dank Dir, die SS34 von Fairchild entdeckt. http://www.fairchildsemi.com/ds/SS/SS32.pdf Eines verstehe ich in dessen Datenblatt aber nicht: Wie ist das Diagramm (Figure 2) auf Seite 2 zu interpretieren? Bei 100 Impulsen in einer Zeitdauer von 1/60Hz kann die Diode 20A vertragen. Soweit so gut, wenn ich das auf meine Anwendung hochrechne liege ich da im grünen Bereich, warum ist das Diagramm dann aber mit "Non-Repetitive" beschriftet? Timon
Die selbst eingebauten Fehler sind die schönsten. Wenn's öfter
wiederkehrt, wird sich wohl auch die Temperatur erhöhen??
>Step-up-Wandler
Wirklich mit nur 60Hz ?
> Hallo, in einen Step-up-Wandler will ich die Ausschaltverluste des FETs > mit einem RCD-Snubber (Widerstand-Kondi-Diode) verkleinern. Ist das wirklich eine gute Idee bzw. überhaupt sinnvoll? Die Ausschaltverluste entstehen doch während der Strom vo5 5A auf 0 absinkt; die Diode in deinem Snubber wird aber erst leitend, wenn der Mosfet schon abgeschaltet hat. Das einzige, was du damit verkleinern kannst ist ein Überschwingen in der Drain-Source-Spannung. Dadurch wird aber gleichzeitig der Wirkungsgrad des Step-Up-Wandlers schlechter. > Für den Moment, wo der FET abschaltet, seine Drain-Source-Spannung > ansteigt, die Diode zum Ausgangskondensator aber noch nicht leitet, > kommutiert der Strom auf die Snubber-Diode. Das heist aber, dass die Snubber-Diode schneller sein muss als die Diode zum Ausgangskondensator. Kannst Du nicht einfach dorteine schnellere Diode einbauen? Eigentlich ist die Zeit, die eine Diode zum Einschalten braucht, sowieso bei den meisten Dioden ungefähr gleich, das größere Problem sind meistens die Leitungs-Induktivitäten. Ich würde dir deshalb empfehlen, den Pfad vom Mosfet über die Diode zur Ausgangskapazität und von dort wieder zurück zum Mosfet möglichst kurz und dick zu machen (also wenig Induktivität), dann braucht man eigentlich keinen Dioden-Snubber an dieser Stelle.
>> Die selbst eingebauten Fehler sind die schönsten. Interessant, was hast du für Anekdoten für uns? >>Wenn's öfter wiederkehrt, wird sich wohl auch die Temperatur erhöhen?? Nein, vom thermischen her ist das überhaupt keine Herausforderung, das würde auch ein kleineres Gehäuse problemlos schaffen. >>Step-up-Wandler >Wirklich mit nur 60Hz ? Nein, wenn man an die Grafik im Datenblatt eine weitere Dekade dranhängt ist man bei 60Hz * 1000 = 60KHz. Mein Wandler hat nicht ganz soviel, aber das passt schon.
>Ist das wirklich eine gute Idee bzw. überhaupt sinnvoll? Ja, wird u.a. in Netzgeräten hoher Leistung so gemacht. >Die Ausschaltverluste entstehen doch während der Strom vo5 5A auf 0 >absinkt; Nein, die Ausschaltverluste des FETs entstehen, während seine Drain-Source-Spannung auf die Spannung ansteigt, bei ber die Ausgangsdiode anfängt zu leiten. Wie schnell das geht, hängt vom Spulenstrom und der Drain-Source-Kapazität des FETs ab. >die Diode in deinem Snubber wird aber erst leitend, wenn der Mosfet >schon abgeschaltet hat. Nein, die Snubber-Diode leitet sobald ihre Leitspannung erreicht ist; der Snubber-Kondensator ist zu diesem Zeitpunkt ungeladen, weil er in der vorherigen Leitphase des FETs durch den Snubber-Widerstand entladen wurde. >Das einzige, was du damit verkleinern kannst ist ein Überschwingen in >der Drain-Source-Spannung. Der Snubber bewirkt reduzierte Schaltverluste im FET, weil der FET während seines Ausschaltens nicht mehr den vollen Strom leiten muss. Auch wirkt er einem Schwingen der Drain-Source-Spannung entgegen, was aber nur vorkommt, wenn sich der Wandler im diskontinuierlichen Betrieb befindet. >Dadurch wird aber gleichzeitig der Wirkungsgrad des Step-Up-Wandlers >schlechter. Das ist richtig, ein passend dimensionierter Snubber erspart dem Schalter Verluste, die er selbst übernimmt. Der Gesamtwirkungsgrad, wird sich aber durch ihn nicht erhöhen. >Das heist aber, dass die Snubber-Diode schneller sein muss als die Diode >zum Ausgangskondensator. Kannst Du nicht einfach dorteine schnellere >Diode einbauen? Auch die schnellste Diode wird erst dann leiten, wenn ihre Leitspannung erreicht ist (s.o.). >Eigentlich ist die Zeit, die eine Diode zum Einschalten braucht, sowieso >bei den meisten Dioden ungefähr gleich Das würde ich nicht unterschreiben ;-) >as größere Problem sind meistens die Leitungs-Induktivitäten Genau, darum muss es eine SMD-Diode sein, sonst krieg ich das layouttechnisch nicht hin. >Ich würde dir deshalb empfehlen, >den Pfad vom Mosfet über die Diode zur Ausgangskapazität und von dort >wieder zurück zum Mosfet möglichst kurz und dick zu machen (also wenig >Induktivität) Und da geht noch was: Die Leiterbahnen übereinander führen! Das verringert die Induktivität um schafft eine kleine Kapazität. >dann braucht man eigentlich keinen Dioden-Snubber an >dieser Stelle Um die Verlustleistung meines FET kleiner zu kriegen fürchte ich doch. Gruß Timon
> Nein, die Ausschaltverluste des FETs entstehen, während seine > Drain-Source-Spannung auf die Spannung ansteigt, bei ber die Ausgangsdiode > anfängt zu leiten. Wie schnell das geht, hängt vom Spulenstrom und der > Drain-Source-Kapazität des FETs ab. Schreib doch mal, wie die Eingangs- und Ausgangsspannung ist und was für Mosfets du einsetzt. Wenn man schnelle Mosfets schnell abschaltet ist es eigentlich so, dass der Strom im Kanal sehr schnell absinkt, der Strom fließt dann erst mal durch die DS-Kapazität weiter. Die Spannung steigt erst danach, wenn sich die DS-Kapazität auflädt. Dabei entstehen aber annähernd keine Verluste (Wirkleistung) im Mosfet, es wird nur die Kapazität aufgeladen. >>die Diode in deinem Snubber wird aber erst leitend, wenn der Mosfet >>schon abgeschaltet hat. > Nein, die Snubber-Diode leitet sobald ihre Leitspannung erreicht ist; > der Snubber-Kondensator ist zu diesem Zeitpunkt ungeladen, weil er in > der vorherigen Leitphase des FETs durch den Snubber-Widerstand entladen > wurde. Wenn der Entlade-Widerstand so niederohmig oder der Kondensator so klein ist, dass sich die Snubber-Kapazität innerhalb eines PWM-Zyklus entlädt, dann kannst Du die Diode eigentlich weglassen. Da kannst du ein reines RC-Glied nehmen. Normalerweise wird das eher so ausgelegt, dass sich am Snubber-Kondensator eine Spannung einstellt, die etwas niedriger als die maximal erlaubte DS-Spannung des Mosfet ist. Die Diode soll also nur die Spannungsspitzen begrenzen, damit der Mosfet nicht zerstört wird. Diese Schaltung wird deshalb auch oft als Clamp bezeichnet und nicht als Snubber. > ..., ein passend dimensionierter Snubber erspart > dem Schalter Verluste, die er selbst übernimmt. Der Gesamtwirkungsgrad, > wird sich aber durch ihn nicht erhöhen. Und du bist der Meinung, dass man den Widerstand im Snubber besser kühlen kann als den Leistungs-Mosfet, der sowieso schon gekühlt wird? >> Eigentlich ist die Zeit, die eine Diode zum Einschalten braucht, sowieso >> bei den meisten Dioden ungefähr gleich > Das würde ich nicht unterschreiben ;-) Kann man aber näherungsweise schon so sehen. In Vorwärtsrichtung wird das Einschaltverhalten viel mehr durch die Induktivität der Leitungen bestimmt als durch die Eigenschaften des Halbleiters. Deshalb findet man in den Datenblättern auch nur sehr selten irgendwelche Angaben dazu. > Und da geht noch was: Die Leiterbahnen übereinander führen! > Das verringert die Induktivität um schafft eine kleine Kapazität Die Kapazität wird dadurch eher größer, aber die ist hier nicht das Problem. Aber für die Induktivität ist das schon sinnvoll. >> dann braucht man eigentlich keinen Dioden-Snubber an >> dieser Stelle > Um die Verlustleistung meines FET kleiner zu kriegen fürchte ich doch. Die Verluste wirst Du dadurch nicht wirklich reduzieren. Und wenn doch, dann wird der Snubber-Widerstand dafür ziemlich warm, was auch nicht unbedingt besser ist. Hast Du auch mal die Einschaltverluste betrachtet? Bei einem Step-Up Wandler sind diese evtl. das größere Problem, weil hier bei einer relativ hohen Spannung eingeschaltet wird und dabei die Kapazität des Mosfet und die der Diode(n) umgeladen werden. Eine zusätzliche Diode erhöht die Gesamtkapazität, so dass die Einschaltverluste größer werden.
Johannes schrieb: > Wenn der Entlade-Widerstand so niederohmig oder der Kondensator so klein > ist, dass sich die Snubber-Kapazität innerhalb eines PWM-Zyklus entlädt, > dann kannst Du die Diode eigentlich weglassen. Da kannst du ein reines > RC-Glied nehmen. Das wird nicht einfach. Jedenfalls könntE die wohl dimensionierte, externe, schnelle Diodenkombination die Aufheizung der Schutzdioden im unbekannten MOSFET verringern, da wir NOCH nicht wissen, ob diese das in jeder Lebenslage aushalten. siehe Falk Beitrag "Schutzdiode für IRLZ34N bei induktiver Last" Ob Timons Aufbau dann perfekt ist wissen wir jetzt auch nicht.
> Jedenfalls könntE die wohl dimensionierte, externe, schnelle > Diodenkombination die Aufheizung der Schutzdioden im unbekannten MOSFET > verringern, Damit können Spannungsspitzen verringert werden, so dass der Mosfet gegen Überspannung geschützt wird. Die Abschaltverluste werden aber nicht wirklich reduziert.
Hallo Johannes, ich kann nicht zuviele Informationen über das Projekt geben, aber du hast mit deinen Fragen schon richtig gelegen: Es sind (wahrscheinlich) weniger die Leitverluste, die den FET aufheizen werden, weil das schon ziemlich gute FETs sind, die darin verbaut werden. >Die Verluste wirst Du dadurch nicht wirklich reduzieren. Und wenn doch, >dann wird der Snubber-Widerstand dafür ziemlich warm, was auch nicht >unbedingt besser ist. Da zeigte meine Simulation etwas anderes. >Die Verluste wirst Du dadurch nicht wirklich reduzieren. Und wenn doch, >dann wird der Snubber-Widerstand dafür ziemlich warm, was auch nicht >unbedingt besser ist. Doch, für mich schon, ich will den FET kalt halten, der Widerstand darf warm werden! >Hast Du auch mal die Einschaltverluste betrachtet? >...weil hier bei einer >relativ hohen Spannung eingeschaltet wird und dabei die Kapazität des >Mosfet und die der Diode(n) umgeladen werden. Eine zusätzliche Diode >erhöht die Gesamtkapazität, so dass die Einschaltverluste größer werden. Ja, das habe ich, eben aus den Gründen war die Keinsignaldiode so verführerisch, weil sie eben eine sehr geringe Kapazität hat.
>Wenn der Entlade-Widerstand so niederohmig oder der Kondensator so klein >ist, dass sich die Snubber-Kapazität innerhalb eines PWM-Zyklus entlädt, >dann kannst Du die Diode eigentlich weglassen. Da kannst du ein reines >RC-Glied nehmen. Warum? Der Snubber-Kondensator liegt höchstens im nF-Bereich, der Widerstand hat wenige zehn Ohm, da reicht eine us locker zum Entladen.
>> Wenn der Entlade-Widerstand so niederohmig oder der Kondensator so klein >> ist, dass sich die Snubber-Kapazität innerhalb eines PWM-Zyklus entlädt, >> dann kannst Du die Diode eigentlich weglassen. Da kannst du ein reines >> RC-Glied nehmen. > Warum? Der Snubber-Kondensator liegt höchstens im nF-Bereich, der > Widerstand hat wenige zehn Ohm, da reicht eine us locker zum Entladen. Wie ist denn die Snubber-Schaltung aufgebaut? Wenn die Diode vom Drain zum Kondensator geschaltet ist (Kondensator liegt auf GND) und der Widerstand mit 10 Ohm parallel zum Kondensator, dann fließt ja ein ziemlich großer Strom durch den Widerstand. Oder wird der Kondensator auf die Ausgangsspannung entladen? Dann wird er ja nicht wirklich entladen. Zeig doch mal die Simulation, die du gemacht hast.
>Wenn die Diode vom Drain >zum Kondensator geschaltet ist (Kondensator liegt auf GND) und der >Widerstand mit 10 Ohm parallel zum Kondensator, dann fließt ja ein >ziemlich großer Strom durch den Widerstand. Diese Variante ist für mich nicht vorteilhaft. Bei mir liegt der Widerstand parallel zur Diode. Dadurch kann der Snubber-Kondensator beim Abschalten des FET den vollen Strom übernehmen, und sich durch den Widerstand entladen, wenn der FET leitet. Das ist ein sog. "Turn-off-Snubber" wie in http://ken-gilbert.com/images/pdf/snubber.pdf auf Seite 11.
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