DC/DC Converter Flyback; Schalttransistor wird heiß

[logan54 (Gast)]

Guten Abend liebes Forum,

ich stehe gerade bei meinem ersten Schaltnetzteilversuch an!! :-(

ich möchte ein galvanisch isoliertes SNT mittels des Flyback Controllers 
LT3748 aufbauen und habe mir mal ein eigenes „Eval Board“ gebastelt, 
siehe DCDC24V im Anhang. Der Schalttransistor ist ein IRFS3107 (Anhang). 
So grundsätzlich funktioniert die Schaltung im Leerlauf und erzeugt 
sekundärseitig auch ca. 22V (abgesehen von der ungenauen Regelung).
Nominell sollten bei 24V bis zu ca. 2A ausgeben werden, der Übertrager 
ist dafür ausgelegt. Wenn ich jedoch den Ausgang bei 22V mit 12 Ohm 
belaste bricht die Sekundärspannung auf Ca. 10V ein und wider Erwarten 
wird der Schalttransistor und nicht die Last warm bis heiß :-). Dazu 
habe ich die Spannung am Gate und am Drain des Transistors gemessen und 
eine starke Schwingung der Gatespannung (belastet und unbelastet) 
festgestellt.
Fragen:

+ Ist dieses Schwingen die Ursache für meine Verluste im 
Schalttransistor?
+ Wenn Ja, wie werde ich diese los?
+ Wenn Nein, warum wird der Transistor heiß?
+ Wer kann mir weiterhelfen?
Sachdienliche Hinweise werden wie immer in diesem Thread 
entgegengenommen, Danke

Liebe Grüße
Logan54

[lrep (Gast)]

Sieht nach zu hoher Streuinduktivität oder falscher Polarität des 
Sekundärwicklung aus.

[logan54 (Gast)]

Danke,
Werde mal die Polarität der Sekundärwicklung ändern und mich wieder 
melden.

Streuinduktivität ist auch irgendwie logisch, das zusammenbrechende Feld 
induziert eine parasitäre Spannung, welche die Schwingungen verursacht.

lg
Logan54

[Leistungselektroniker (Gast)]

Ich nehme an, dass der Block mit der Bezeichung 750311 der Trafo ist!?
Dein FET wird heiß, weil er dauernd im Avalancebetrieb ist. Das siehst 
du auf deinen Bildern. Der erste Spike nach dem Sperren des FET (der bis 
ca. 90V hochgeht) bringt den FET in den Avalancebetrieb, die folgende 
Schwingung findet in dem Serienschwingkreis gebildet aus der 
Trafoinduktivität und der Drain-Source-kapazität statt.

Die Schwingung ist für den FET nicht schädlich, solange die max. 
Drain-Source-Spannung nicht überschritten wird. EMV-technisch ist sie 
aber unerwünscht, C9 und R2 sollten sie deshalb dämpfen.

Gegen der Spike, der den FET in den Avalancebetrieb treibt, muss du 
etwas tun:
Parallel zur Primärwicklung des Übertragers gehört eine Serienschaltung 
aus Zenerdiode und normaler Diode.
Diese werden so eingebaut, dass die Zenerdiode in Sperrrichtung 
geschaltet ist, wenn sich die Streuinduktivität entmagnetisiert.
Hierdurch wird die Spannung über dem FET auf Versorgungsspannung + 
Zenerspannung begrenzt. Die Zenerspannung der ZD muss so klein gewählt 
werden, dass die Spannung über dem FET im zulässigen Rahmen bleibt; sie 
darf aber nicht zu klein sein, sonst überträgst du nicht mehr die 
gewünschte Leistung.

Je größer die Streuinduktivität deines Übertragers, desto 
leistungsfähiger muss deine Zenerdiode sein, ein kleine 
Streuinduktivität ist daher wünschenswert!

Leistungslektroniker

[0815 (Gast)]

Sieht nach nem viel grundlegenderen Problem aus.

Der IC scheint abzuschalten. So schmal kann der Puls bei der Aufgabe 
doch niemals sein. Darauf weist auch die stark unterschiedliche Frequenz 
hin.

Was regelt die Spannung an INTVCC? Dort kann nach meinem Ermessen zur 
Zeit irgendwas zwischen Unterspannung, und 75V anliegen.
Lege den Pin erstmal (probeweise) mit auf Vin. Wenn alles Andere stimmt, 
kannst du das nochmal angehen. Eigentlich brauchst du diese Versorgung 
gar nicht.


Merkwürdiger IC, aber natürlich auch keine schlechten Daten...

[0815 (Gast)]

0815 schrieb:
> Lege den Pin erstmal (probeweise) mit auf Vin.

Das war natürlich Quatsch, weil Du ja 24V Vin hast. Aber schau Dir 
dennoch mal die Spannung an diesem Pin an. Falls da irgendwas spanisch 
ist, spendiere zur Not erstmal einen externen Regler, z.B. 7812 oder so.

[Magic S. (magic_smoke)]

Zeig doch mal das Layout. Das kann bei solchen Reglern durchaus 
problematisch sein wenn man sich nicht exakt an die design rules hält.

Wird der FET auch im Leerlauf warm oder erst unter Last? Letzteres würde 
eigentlich gegen die Avalanche-Theorie sprechen.

Ist die Diode D2 vielleicht zu langsam?

R8 zu klein, dadurch zu hoher Primärstrom?

Auf jeden Fall erscheint mir die Ausgangskapazität mit 2x47µF für einen 
24V/2A Wandler verdammt klein.

[Mark S. (voltwide)]

magic smoke schrieb:
> Wird der FET auch im Leerlauf warm oder erst unter Last? Letzteres würde
> eigentlich gegen die Avalanche-Theorie sprechen.

Falsch. Unter Last steigt der Primärstrom und entsprechend wächst die in 
der Streuinduktivität gespeicherte Energie.
Im übrigen macht es keinen großen Unterschied, ob man die Überspannung 
nun in einer Zenerdiode oder im avalanche-festen MOSFET verheizt.
Die Lösung liegt letztendlich im streuarmen Wicklungsaufbau des 
Übertragers - und das ist durchaus eine Kunst für sich.

Das Datenblatt habe ich mir nicht angeschaut, aber die Rückführung vom 
MOSFET-drain in die Regelung kommt mir spanisch vor.

[Michael K. (Gast)]

Den Wicklungsaufbau von T1 zu sehen wäre hilfreich.
Bist Du da wirklich im Flyback Betrieb oder treibst Du den vorwärts ?

Das Gate kommt nie über 6V, damit ist der Fet nie ganz auf.
Wie sieht der Strom aus, bzw. warum schaltet der so früh ab ?

Klar ist der voll im Avalanchebetrieb, ist ja unschwer zu sehen.
75Vmax und schwingt hoch auf >80V

Die Rückführung von Ud auf die Regelung soll den Optokopler ersetzen ?
Das wird so nichts. Das bringt nur Instabilität.

[logan54 (Gast)]

Hallo,

Als Übertrager verwende ich den Würth Midom 750311592

http://katalog.we-online.de/de/pbs/WE-FB_Linear/750311592

Dieser Übertrager ist für den LT3748 (Linear Technology 100V Isolated
Flyback Controller) entwicklent worden (lt. Aussagen Fa. Würth)

Ich versuche mal den der Fa. Würth einen Wicklungsaufbau zu bekommen.

Die Regelung der Ausgangsspannung erfolgt über ein bewerten der 
Freilaufspannung im LT3748

Die Spannung am Gate erreicht doch die 7V (INTVCC)? Damit sollte das 
Gate ja den Primärstrom leiten?. Ich kann mal meine Stromzange verwenden 
um den Strom durch die Primärwicklung zu messen.

lg
Logan54

[logan54 (Gast)]

Hallo an Alle,

danke für die Denkanstöße, ich versuche als erstes mal die 
„Spannungsspitzen“ an Drain des Transistors mittels Diode/Zenerdiode zu 
„schneiden“. Dies funktioniert auch mit einer 24V Zenerdiode, (siehe 
Anhang), leider ist die Zenerspannung zu klein und ich verbrate zu viel 
Energie in diesem Kreis, (20 Watt bei unbelastetem Ausgang). Das 
Schwingen ist jedoch schon mal weg
Ich mache mich mal auf den Weg in die nächste Siedlung um passendere 
Bauteile zu besorgen. (FET mit höherer VDSS sollte ja ebenfalls den 
Avalanche Mode Verhindern).
@0815: die INTVCC (Spannung für das Gate des Transistor) liegt bei 
konstanten 7V, diese Spannung sollte auf jeden Fall für das Gate 
Ausreichen
P.S. Ist in diesem Fall ein Gate Vorwiderstand sinnvoll?


In Kürze mehr zu meinen Ergebnissen



Grüße
Logan54

[Oleg A. (oga)]

logan54 schrieb:
> Ist in diesem Fall ein Gate Vorwiderstand sinnvoll?

Nein.
Wenn der IC dafür ausgelegt wäre, würde es im Datenblatt stehen.

Alles, was bisher gesagt wurde kann zutreffen. Deine Schwingungen sind 
etwas zu wild, selbst für eine Schaltung ohne Zener und Diode. Deshalb 
würde ich als erstes den C9 R2 Snubber checken.

Dann würde ich es mit einem anderen MOSFET versuchen. Deiner hat nämlich 
eine Cin = 9200pF. Das ist eine ganze Menge, kann sein dass der IC das 
nicht so gut schafft umzuschalten. Schau mal nach wie steil Deine 
Flanken am Gate sind.

[Mark S. (voltwide)]

Eben hab ich mal auf die anfangs gezeigten Oszillogramme geschaut.
Man sieht in allen Fällen lückenden Betrieb - zu erkennen am Klingeln 
der Primärspannung.
Die Durchflußphase ist selbst unter Last sehr kurz - dies ist kein 
irgendwie normaler Betrieb.
Ich vermute, dass die Flußphase so kurz ist, weil der primäre 
Spitzenstrom viel zu schnell erreicht wird. So etwas passiert bei 
Kurzschluß - oder bei verpolten Wicklungen: Dann wird der Sekundärelko 
während der Durchflussphase geladen und schließt den Trafo kurz.

[Oleg A. (oga)]

Mark Space schrieb:
> So etwas passiert bei
> Kurzschluß - oder bei verpolten Wicklungen:

Die Polung ist richtig, falls die Schaltung dem Bild entspricht.
Der Betrieb bei Vollast bleibt lückend weil sein FB nicht funktioniert.

[logan54 (Gast)]

Hallo Forum,

es geht weiter...
danke für die Tips...

ich habe nun wie von  Leistungselektroniker vorgeschlagen die
Schwingungen mittels 36V Zener und Diode beschnitten und die 
Stromaufnahme beträgt im Leerlauf nun 20mA bei 24V.
Die Polung der Wicklung stimmt nun auch, ich habe für den Test die 
Polung extra umgedreht da ich dachte das Datenblatt sei falsch.

Als nächstes werde ich einen anderen Mosfet versuchen.

Grüße

Logan54

[logan54 (Gast)]

Hallo Forum,

ich habe nun einen IRF540N in Verwendung, da sieht die
Welt gleich ganz anders aus :-)

Ich habe nun das Zener/Diodennetzwerk wieder entfernt (nur die RC 
Kombination welche noch nicht angepasst ist dient noch als Snubber)
Auch dürfte die geringere Input Capacitance von 1960 pF positiv geholfen 
haben.
Im Anhang die Bilder von Gate und Drain bei unbelastetem und belastetem 
Zustand.

nach welchen Parametern würdet ihr den einen geeigneten Schalttransistor 
auswählen? (D2Pak bevorzugt)

So nun habe ich noch das Problem das die Ausgangsspannung stark von der 
Eingangsspannung abhängig ist, sprich die Regelung ist noch nicht 
perfekt


Grüße und Dank
Logan54

[Oleg A. (oga)]

logan54 schrieb:
> nach welchen Parametern würdet ihr den einen geeigneten Schalttransistor
> auswählen? (D2Pak bevorzugt)

Na ja, also Uds=100V würde ich mal lassen, Cin<2000pF auch, eventuell 
kannst Du einen mit niedrigerem Rdson suchen.

> So nun habe ich noch das Problem das die Ausgangsspannung stark von der
> Eingangsspannung abhängig ist, sprich die Regelung ist noch nicht
> perfekt

Versuche doch erst einmal den Snubber zu optimieren, dann wird auch dein 
Feedback besser funktionieren. Im Datenblatt vom IC ist die 
Vorgehensweise ziemlich gut beschrieben.

[logan54 (Gast)]

Hallo,

habe mal testweise einen STB75NF75 eingebaut, leider wird der LT3748 
Controller unter Last ziemlich heiß. Ich nehme mal an das Cin und Qgate 
dieses Transistors zu groß sind.

werde noch den Snubber optimieren und passendere Bauteile kaufen

Grüße und vielen Dank

Logan54

[logan54 (Gast)]

Hallo Forum,
Hallo Oleg,

mit dem optimierten Snubber bleibt auch die Ausgangsspannung innerhalb 
des spezifizierten Bereichs, erst wenn der Controller in den lückenden 
Betrieb übergeht tretten Sekundärseitig Spannungssprünge von ca. +- 5% 
auf.

Großen Dank an das Forum

Grüße
Logan54

[Magic S. (magic_smoke)]

Die pendelnde Ausgangsspannung im lückenden Betrieb ist normal. 
Teilweise wird das sogar bewußt bei Standby-Netzteilen in Kauf genommen. 
Um die neuesten Stromsparvorgaben zu erfüllen, arbeiten die kurze Zeit 
mit Volldampf und schalten danach ab, bis die Ausgangsspannung wieder 
unter ein bestimmtes Potential gefallen ist (Burst Mode).

[logan54 (Gast)]

Hallo  magic smoke,

danke für den Hinweis,

noch eine Frage:
Bereits bei einem Laststrom von ca. 200mA bricht meine Spannung ein, ich 
kann ca. max. eine Leistung 5W sekundärseitig abgreifen, der Übertragen 
sollte aber bis zu 1,9A bei 24V lt. Datenblatt liefern (siehe Anhang)
Im Leerlauf (ca. 1% Last ist immer Sekundärseitig vorhanden)bleiben die 
24V auch konstant.

was kann da die Ursache sein?

Grüße
Logan54

[Magic S. (magic_smoke)]

Wie weit bricht die Spannung ein?

Deine Schaltung hat zugunsten der Bauteil-Einsparung nur ein indirektes 
Feedback der Sekundärspannung. Dabei wird das eigentlich excellente 
Mitregelverhalten des Sperrwandlers ausgenutzt. Theoretisch liegt an 
allen Wicklungen des Trafos während der Sperrphase die gleiche Spannung 
pro Windung an während das Magnetfeld im Kern abgebaut wird. Praktisch 
spielen dann Effekte wie die Durchflußspannung der Dioden und ohmische 
Widerstände/Verluste mit hinein, die von der Regelung nicht erfasst 
werden. Eine direkte Regelung, die die echte Ausgangsspannung misst, 
kann diese Verluste ausgleichen, eine indirekte nicht.

Hast Du die sekundären Elektrolytkondensatoren mal probeweise 
vergrößert?

[Günter Lenz (Gast)]

Belaste mal die Sekundäre Gleichspannung,
und beobachte dann mal das Impulsverhältnis von Q1,
die Einschaltdauer muß dann deutlich länger werden.
Wenn das nicht passiert, vermute ich mal
das der Übertrager in die Sättigung getrieben
wird, er also zu klein ist oder keinen Luftspalt hat.

[logan54 (Gast)]

Hallo,

danke für die Hinweise,

+ ich habe nun den Ausgangsseitigen Kondensator verachtfacht --> viel 
geringerer Spannungseinbruch

+ weiters Verringerung des des Rsense auf 4mOhm und dann auf 0 Ohm  -->
Spannung erreicht sollwert und ich komme annähernd auf die im Datenblatt 
angegebene Leistung.
Ich vermute mal das der Rest der Verluste auf mein Quick and Dirty 
Layout zurückzuführen ist.
Na ja für Lehrzwecke ist dies ja schon mal nicht schlecht.
Ich vermute ein Profi-Netzteil muss auch ein Profi layouten.
Habe viel gelernt. Auch Programmierer können sich in neue Themen 
einarbeiten ;-)

Vielen Dank für die Unterstützung und Hinweise auf Fehler.

Grüße

Logan54