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:
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sperrwandler.GIF
14 KB
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?
ich habe die Simulation ja dabei !!! Die Spannung an der Diode ist nach der Spitze übrigens -18V und der Strom dann Null. Habe ungenau gemessen. Das würde ich ja noch versthen.
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 ;-)
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.
danke für diese Antwort. Da hab ich wieder was gelernt ! Letztlich alles ganz logisch - da hätte ich auch selbst draufkommen können ;-) ;-) PS: Habe das raw File irrtümlich darangehängt und konnte es nicht mehr entfernen. Geht das eigentlich?
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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