LTSpice / Sperrwandler

Gast #3299999
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Ich wollte mir einmal ansehen, wie so ein Sperrwandler funktioniert und 
ein wenig damit in LTSpice experimentieren.

Prinzipiell funktioniert es, jedoch verstehe ich nicht, wieso hohe 
transiente Spitzen auftreten, wenn der Schalter zu schnell eingeschaltet 
wird.

Anfangs hatte ich einen idealen spannungsgesteuerten Schalter verwendet. 
Hier kamen die Spitzen schon erstmalig zum Vorschein.

Wenn ich einen Transistor als Schalter verwende, sind die Spitzen weg, 
solange die Anstiegszeiten des Rechtecks nicht zu steil sind.

Die Spitzen treten beim Einschalten der Primärseite auf. Durch extremes 
hineinzoomen stellte ich fest, dass der Primärstrom im Einschaltmoment 
auf fast 6A ansteigt, sekundär ebenso 6A fließen, und zwar in 
Sperrichtung durch die Diode. Das ist im Bild die obere Kurve ID1. 
Gleichzeitig nimmt aber die Spannung an der Diode nicht zu - siehe graue 
Kurve. Dann kommt so eine Spitze und die Ströme beruhigen sich 
schlagartig. Komisch ist noch, dass nach der Spitze der Diodenstrom bloß 
20mA beträgt, die Spannung an der Diode aber 18V ist (graue Kurve).

OK, das spielt sich in 180ps ab, un da spielt vielleicht die Kapazität 
der Diode eine nicht ganz unwesentliche Rolle ;-) Aber verstehen kann 
ich es eigentlich nicht ganz. Sind das nun Artefakte von LTSpice oder 
treten diese Phänomene real ebenfalls auf?


Danke und Grüße

PS: Der Effekt tritt auf, wenn man die Anstiegszeiten des Pulsgenerators 
auf 1e-9 setzt.
Angehängte Dateien:
#3300023
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Michael W. schrieb:
> Durch
> extremes hineinzoomen stellte ich fest, dass der Primärstrom im
> Einschaltmoment auf fast 6A ansteigt, sekundär ebenso 6A fließen, und
> zwar in Sperrichtung durch die Diode.

Das nennt sich Recovery-Strom, eine Diode kann nicht in unendlich kurzer 
Zeit von leiten auf sperren umschalten.

Michael W. schrieb:
> OK, das spielt sich in 180ps ab, un da spielt vielleicht die Kapazität
> der Diode eine nicht ganz unwesentliche Rolle ;-) Aber verstehen kann
> ich es eigentlich nicht ganz. Sind das nun Artefakte von LTSpice oder
> treten diese Phänomene real ebenfalls auf?

Dazu solltest du deine komplette Simulation hochladen, sonst ist es 
schwer, eine Antwort zu geben.

Wie hast du deinen Übertrager modelliert? Ist der Kopplungsfaktor = 1?
Gast #3300132
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http://de.wikipedia.org/wiki/Diode :

Der Wechsel von der Stromleitung in Durchlassrichtung zum Sperrverhalten 
geht bei einer PN-Diode nicht sofort. Zuerst müssen die zusätzlichen 
Minoritätsladungsträger entfernt werden. Wenn nicht auf die 
Rekombination gewartet wird, fließen die Minoritätsladungsträger als 
Reverse-Recovery-Ladung (Q_r) als kurzer Strompuls in Sperrrichtung ab. 
Erst danach wird die Spannung negativ und die Diode geht mehr oder 
weniger abrupt in den sperrenden Zustand über. Die Zeit, bis die Diode 
sperren kann, wird Sperrerholzeit (t_{rr}) genannt und ist von der 
Größenordnung der Transitzeit


Wieder was neues gelernt ;-)
#3300417
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Michael W. schrieb:
> ich habe die Simulation ja dabei !!!

Ah, ja, hatte ich nicht gesehen.

Ich hab mir die Simulation angeschaut, du hast wie vermutet den 
Kopplungsfaktor auf 1 gesetzt.

Dadurch hat der Übertrager keine Streuinduktivität, der Strom kann also 
beliebig schnell zwischen Primär- und Sekundärseite hin und her 
springen.

Nur dadurch bekommst du diese extrem hohen Recovery-Peaks in der Diode, 
bei einem realen Sperwandler-Übertrager (Kopplungsfaktor < 0.99) ist das 
wesentlich weniger.

Dafür tritt dann in der Simulation ein anderer Effekt auf, der so in der 
Realität auch nicht aussieht:

Sobald der Transistor einschaltet, gibt es auf der Sekundärseite eine 
Schwingung, die Diodenkapazität und die Streuinduktivität bilden einen 
Schwingkreis, der extrem schwach gedämpft ist. In der Realität ist diese 
Dämpfung wesentlich größer.
Man kann das in der Simulation nachbilden, indem man z.B. an der 
Sekundärwicklung einen Parallel-Widerstand von 1 kOhm einstellt.

Mit diesen Änderungen verhält sich die Simulation ganz grob so, wie das 
auch in Real aussehen würde.

Ich hab mein geändertes File mal angehängt.

PS: Es ist nicht sehr sinnvoll, die RAW-Files aus LTSpice hier zu 
posten, das ASC-File ist ausreichend.
Angehängte Dateien:
#3300721
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Außerdem sollte ein echter Transistor gewählt werden. Die 
Spannungsfestigkeit sollte nicht zu klein sein. 60-80 Volt wären nicht 
schlecht, denn bei einem Übertrager mit einem Koppelfaktor kleiner 1 
treten auf der Primärseite an der parasitären Induktivität hohe 
Spannungsspitzen bis über 100 Volt auf. Diese Spannungsspitzen sollten 
mit einem Snubber-Netzwerk noch "verkleinert" werden. Damit bekommt man 
diese Spitzen je nach Entlade-Widerstand auf 30-50 Volt runter.

PS
Wenn der Koppelfaktor 0,99 beträgt, entfällt 0,01 der Induktivität auf 
die parasitäre Induktivität.
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