Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sporadisches Sterben einzelner 2N3773 in Stromsenke bei höheren Spannungen


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von Armin X. (werweiswas)


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Hallo

Ich baue gerade an einer wassergekühlten Stromsenke.
Ein gezeichneter Schaltplan existiert noch nicht, aber grob umrissen 
habe ich einen dicken Shunt mit ca 500µOhm. Dessen Spannungsabfall wird 
mit einem Instrumentenverstärker(AD620) um Faktor 20 verstärkt so dass 
bei 100A 1V am Ausgang anliegen. Diese nehme ich und speise einen OPA177 
der diese Spannung mit einem zwischen 0 und 2V Sollwertsignal 
vergleicht. Dessen Ausgang geht auf einen bipolaren Treibertransistor 
der wiederum einen 2N3773 auf einem der drei Kühlelemente treibt. Dieser 
2N3773 ist dann der Treiber für 27 weitere 2N3773 die in 
Darlingtonschaltung mit dem Kollektor direkt an der zu "senkenden" 
Spannung angeschlossen sind. Wie gesagt ist das drei Mal vorhanden. 
Jeder der 27 2N3773 hat einen Emitterwiderstand von etwa 0,2 Ohm
Mögliche Verlustleistung ist also genügend vorhanden und 40V bei 50A bzw 
30V bei 100A sind kein Problem und mittels Oszi an den Eingangsklemmen 
absolut kein Schwingen zu beobachten.
Erhöhe ich aber die Spannung mittels Serienschaltung dreier Netzteile 
auf über 70V kann es bei schon geringem Strom von vielleicht 20 - 30A 
passieren, dass ein ein einzelner Transistor durchschlägt. Dabei ist 
aber noch nichts wirklich heiß(habe ein Temperaturmessgerät eingebaut).
Die Spannungsfestigkeit der Transistoren liegt eigentlich bei 160V so 
dass ich mir den Durchbruch nicht erklären kann.

Jetzt habe ich vorhin, beim erneuten Tausch eines gestern eingebauten 
Transistors gesehen, dass die angebrachte Wärmeleitpaste aufgrund 
Unebenheiten kaum verlaufen ist.
Jetzt habe ich genau deswegen eine spezielle Frage: Verhält sich ein 
Transistor bei 70 oder gar 100V(da starb einer spontan bei vielleicht 
7A) so wesentlich anders wenn das Temperaturniveau etwas außer Tritt 
gerät dass er mal eben durchgeht?
Für Skeptiker: Bei 32V und 100A pendelt sich die Kühlkörpertemperatur 
bei ca 82°C ein.

Gruß Armin

: Bearbeitet durch User
von John D. (drake)


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Dann hast du aber eine Junction Temperature von 220°C und bist klar über 
dem Limit von 200°C. Es ist durchaus vorstellbar, dass die durch 
Übertemperatur gestressten Transistoren schlechtere 
Durchbruchspannungswerte haben.

von hinz (Gast)


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SOA ist bekannt? Und auch wie die sich mit der Temperatur ändert?

von John D. (drake)


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Auch ein wichtiger Hinweis. Laut SOA-Diagramm sind bei 100A/27 max. 35V 
erlaubt.

von Armin X. (werweiswas)


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Wie kommst Du auf die 220°
Es sind in Summe 80 Transistoren die sich die Last teilen(hoffentlich). 
Dann fallen pro Transistor also nur 40W an. Bei einem Thermal Resistance 
von 1,17 °C/W komme ich da auf 45 . 50° Temperaturerhöung zum Die.
Oder habe ich etwas übersehen?

Armin

von jibi (Gast)


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>Die Spannungsfestigkeit der Transistoren liegt eigentlich bei 160V so

160V@25°C vielleicht, ansonsten gelten die Aussagen von hinz und kunz eh 
john.

Gruß J

von oszi40 (Gast)


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Gehäuseunebenheiten? Frage ist zu welchem Zeitpunkt der Transistor 
stirbt. Je nach Anzugsmoment könnte sich auch was verbogen haben wodurch 
schlechterer Wärmekontakt entsteht?

Armin X. schrieb:
> über 70V kann es bei schon geringem Strom von vielleicht 20 - 30A
> passieren, dass ein ein einzelner Transistor durchschlägt

Lt. Datenblatt eigentlich bei guter Lastverteilung kein Problem, aber 
wenn die STromverstärkung sehr verschieden ist, könnte auch der EINE 
etwas mehr zu tun haben? Datenblatt 
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/2N3773-D.PDF

von Armin X. (werweiswas)


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John D. schrieb:
> Es ist durchaus vorstellbar, dass die durch
> Übertemperatur gestressten Transistoren schlechtere
> Durchbruchspannungswerte haben.

Inwieweit ist diesem Punkt Beachtung zu schenken und gibt es genau dazu 
genauere Aussagemöglichkeiten?
Hintergrund ist der, dass die Kühlpanele alle schon bestückt waren und 
einem defekten Schweißgerät entnommen wurden. Durch einen Fehler waren 
an allen Transistoren die (als Basiswiderstände?) eingelöteten 
Konstantanrähtchen abgebrannt. Zusätzlich waren einige Transistoren 
durchlegiert.
Der im Bild war aber ein "Neuer" den ich gestern erst eingebaut hatte.

Armin

von John D. (drake)


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Ok, das wäre mit Schaltplan nicht passiert. Ich las nur die 27 und 
nicht, dass die noch 3x parallel sind. Dann wären bei 25°C auch bis zu 
100V erlaubt.

Dass die Quelle bei deinen Lasten stabil ist und nicht schwingt, ist 
überprüft worden?

von Armin X. (werweiswas)


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oszi40 schrieb:
> Lt. Datenblatt eigentlich bei guter Lastverteilung kein Problem, aber
> wenn die Stromverstärkung sehr verschieden ist, könnte auch der EINE
> etwas mehr zu tun haben? Datenblatt
> http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/2N3773-D.PDF

Das Datenblatt ist mir bekannt. Und wenn ich das Deratingdiagramm auf 
Seite 5 anschaue bin ich mit 80° Kükötemp immer noch im grünen Bereich.

Aber um nochmal auf das Durchbruchverhalten bei gestressten Transistoren 
zurück zu kommen. Ist dadurch eine Halbierung möglich?

Armin

von Armin X. (werweiswas)


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John D. schrieb:
> Ok, das wäre mit Schaltplan nicht passiert. Ich las nur die 27 und
> nicht, dass die noch 3x parallel sind. Dann wären bei 25°C auch bis zu
> 100V erlaubt.

Woraus bzw, welchem Diagramm entnimmst Du diesen Wert?
Von den 25° wäre ich ja meilenweit entfernt!

>
> Dass die Quelle bei deinen Lasten stabil ist und nicht schwingt, ist
> überprüft worden?

Mein Hameg sieht von den in Serie geschalteten Pioneer Magnetics 
Schaltnetzteilen(15V100A)lediglich einen ganz kleinen Ripple mit etwa 
50kHz in der kleinsten Auflösung. Das HP6269B haut da wesentlich 
stärkere Spikes in die Leitung.

Armin

von John D. (drake)


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Armin X. schrieb:
> Woraus bzw, welchem Diagramm entnimmst Du diesen Wert? Von den 25° wäre
> ich ja meilenweit entfernt!

Figure 9, Safe Operating Area

von oszi40 (Gast)


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Armin X. schrieb:
> Ist dadurch eine Halbierung möglich?

Diese Frage können andere besser beantworten.
Mein Verdacht ist, daß der tote Transistor eine etwas höhere 
Stromverstärkung als die Restlichen hatte. Genau diese mit der viel 
höheren Stromverstärkung sind nicht so spannungsfest wie ihre Kollegen. 
Das haben bei mir vor Jahren vergleichende Messungen bei anderen Typen 
ergeben. In dem Fall hier könnTE der Patient mehr belastet durch höhere 
Stromverstärkung und sinkende Spannungsfestigkeit gelitten haben? Thema 
Fake-Transistoren würde ich hier erst mal ausschließen.

von Armin X. (werweiswas)


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Mein Datenblatt hört bei Seite 5 auf.
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/2N3773-D.PDF
Da ist das SOA, sofern wir von selben Diagramm reden, auf Seite 4.
Selbst da habe ich mit 80 Transistoren und 30A Gesamtstrom(~3kW) nur 
einen maximalen Einzelstrom von etwa 0,4A. Damit könnte ich, laut meinem 
Diagramm sogar bis auf 160V gehen.

Armin

von (prx) A. K. (prx)


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Armin X. schrieb:
> Bei einem Thermal Resistance von 1,17 °C/W

Zwischen Gehäuse und Kühler bei idealen Kontaktbedingungen. Danach sieht 
es mir in diesem Fall nicht aus. Rauhe Oberfläche bedeutet viel Paste 
dazwischen und dann kannst du ordentlich was auf diese 1,17 
draufrechnen.

von oszi40 (Gast)


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Armin X. schrieb:
> Der im Bild war aber ein "Neuer" den ich gestern erst eingebaut hatte.

Vergleiche die Transitordaten von alt und neu durch Messung. 
Wahrscheinlich waren ursprünglich speziell AUSGESUCHTE und vermessene 
eingebaut?

von Armin X. (werweiswas)


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A. K. schrieb:
> Rauhe Oberfläche bedeutet viel Paste dazwischen und dann kannst du
> ordentlich was auf diese 1,17 draufrechnen.

Aber niemals Faktor 3.
Selbst mit 2 bin ich bei den Leistungen bei denen die Transistoren 
durchknallten noch im grünen Bereich gewesen. In dem Fall als ich 108V 
angelegt hatte war ja schon bei ca 6-7A Ende so dass ich nun tatsächlich 
glaube, dass eine Vorschädigung der alten Transistoren die Ursache ist.

@oszi: Das will ich nicht ausschließen. Die alten haben eine deutlich
Geringere Flußspannung als die Neuen.
Allerdings ist auch ein alter Transistor bald schon wieder verstorben 
den ich von einem übriggebliebenen Panel abmontiert hatte.

armin

: Bearbeitet durch User
von (prx) A. K. (prx)


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oszi40 schrieb:
> Wahrscheinlich waren ursprünglich speziell AUSGESUCHTE und vermessene
> eingebaut?

Oder mit abweichende Daten dank anderen Fabrikats, oder mittlerweile 
anderer Herstellung oder Ali-Ware, ...

von Christian K. (Gast)


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Erhöhe den Emitterwiderstand auf mindestens 0.3 Ohm. Wenn Du kannst, 
sogar etwas mehr. Ansonsten bekommst Du wegen des negativen 
Temperaturkoeffizienten deiner BE Dioden immer eine sehr ungleiche 
Stromverteilung. Habe schon viele 3773 und 3055 in elektronischen Lasten 
deshalb austauschen müssen.

Mit freundlichen Grüßen
Christian

von SR (Gast)


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Mir scheinen die 3kW für den Radiator auch recht viel.

von Christian K. (Gast)


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Wenn Du das zuverlässig bekommen willst, stell auf gehaltvolle MOSFETS 
im KW SOAR Bereich um. Z.B. FDL100N50 sind noch bezahlbar. Auch mit 
Source-Widerstand zur Stromsymmetrie. Das grundsätzliche Problem bei 
Silizium-Bilpolartrasnsisitren ist, das bei (auch lokalem) überschreiten 
der Dice Temperatur von 250 Grad der lokale hfe unendlich ist. Also kein 
Basistrom mehr zum durchsteuern benötigt wird. Damit kannst Du den 
heißen Teil nicht mehr abschalten/kontrollieren und der Transistor 
legiert dort durch.
Das ist bei MOSFETs etwas besser. Der Threshold-Tempco ist zwar negativ, 
damit kannst Du bei kleinen Strömen eine ungleiche Stromverteilung 
bekommen, der Bahnwiderstands-Tempco (ähnlich RDSon) ist jedoch positiv, 
damit erzwingt er eine gleichmäßige Stromverteilung bei höheren Strömen.

IGBTS schauen vom Gehäuse/Kosten auf den ersten Blick attraktiv aus, da 
hast Du jedoch das gleiche Problem wie bei Bipolartransisitoren mit dem 
weiteren Nachteil, das Du deren Basen nicht zusammenschalten kannst.

Mit freundlichen Grüßen
Christian

von hinz (Gast)


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Christian K. schrieb:
> IGBTS schauen vom Gehäuse/Kosten auf den ersten Blick attraktiv aus, da
> hast Du jedoch das gleiche Problem wie bei Bipolartransisitoren

NPT-IGBTs nehmen.

von THOR (Gast)


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Ich kann mir das ohne Schaltplan nicht richtig vorstellen (wenigstens ne 
Skizze!) aber ich glaub das Konzept an sich ist schon nicht ganz ideal.

Da kann man jetzt mit Bauteiltausch noch was verbessern aber toll wird 
das nicht mehr.

von Michael B. (laberkopp)


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jibi schrieb:
>>Die Spannungsfestigkeit der Transistoren liegt eigentlich bei 160V so
>
> 160V@25°C vielleicht

Nö.

Die 160V gelten bei höchster Chiptemperatur. Lerne Datenblätter zu 
lesen.

Daß eventuell nicht jedes indische Replikat eines 2N3773 auch die 
amerikanischen Datenblattwerte des Originalen 2N3773 - vor allem was den 
SOA Bereich betrifft - einhält, sollte man aber beachten.

von Der Andere (Gast)


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Armin X. schrieb:
> Ich baue gerade an einer wassergekühlten Stromsenke.
> Ein gezeichneter Schaltplan existiert noch nicht,

Ich baue gerade ein Haus, aber einen Plan habe ich noch nicht.

Sehr logisches Vorgehen.

Was mir auf den ersten Blick auffällt.
Die Menge Wärmeleitpaste, die unter einem Transistor war, sollte 
eigentlich für mindestens 5 reichen. Wärmeleitpaste leitet Wärme etwa 
100 - 500 mal SCHLECHTER wie Alu oder Kupfer. Da macht jedes 10tel schon 
merklich einen Temperaturunterschied.
Die Aluschiene sieht aus als ware sie ziemlich versifft/ölig. Das 
verschlechttert den Wärmeübergang zusätzlich.

Gerade bei den hohen Spannungen fliesst durch jeden Transistor weniger 
als 1A. Dafür sind die 0,2 Ohm Symmetrierwiderstände deutlich zu wenig. 
Hat Christian ja schon gesagt.

von (prx) A. K. (prx)


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Nett ist ein 2N3773 von "Wingshing", den man laut sehr spärlichem 
Datasheet lieber nicht oberhalb von 100V betreiben sollte.

: Bearbeitet durch User
von Matt (Gast)


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oszi40 schrieb:
> Mein Verdacht ist, daß der tote Transistor eine etwas höhere
> Stromverstärkung als die Restlichen hatte. Genau diese mit der viel
> höheren Stromverstärkung sind nicht so spannungsfest wie ihre Kollegen.

in diese Richtung gingen meine Gedanken auch.
Vielleicht vor Verbau hFE messen und Gruppen vorsortieren, denn hFE 15 
...60

von Der Andere (Gast)


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Matt schrieb:
> in diese Richtung gingen meine Gedanken auch.
> Vielleicht vor Verbau hFE messen und Gruppen vorsortieren, denn hFE 15
> ...60

Dafür hat man Symmetrierwiderstände (Emitterwiderstände)
Durch die recht hohe Steilheit von Bipolartransistoren funktioniert das 
eigentlich relativ gut.
Das Problem hier ist daß die Widerstände zu niedrig gewählt sind, weil 
eine eierlegende Wollmilchsau gebaut werden soll, die sowohl 10V 300A 
als auch 100V 30A abkönnen soll.
Und dann noch Transistoren unterschiedlicher Fertigung, eventuell sogar 
unterschiedlicher Technologie.

von Hermann (Gast)


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Armin X. schrieb:
> Erhöhe ich aber die Spannung mittels Serienschaltung dreier Netzteile
> auf über 70V kann es bei schon geringem Strom von vielleicht 20 - 30A
> passieren, dass ein ein einzelner Transistor durchschlägt.

Ohne Schaltplan kann man nur raten:
Vor dem Lastanschluss ist der Strom Null und der Op steuert voll durch.
Dann fließt beim Einschalten kurzfristig ein beliebig hoher Strom, da Op 
und Transistor etwas Zeit zum Sperren brauchen. Das führt dann ab einer 
gewissen Spannung zum Tot durch Überstrom.

von Volker S. (sjv)


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Hallo,

Alle transistoren neu, gleicher Hersteller, gleiche Fertigungsserie,
Kühlkörper polieren, Wärmeleitpaste hauchdünn auftragen,so das das 
Metall noch durchschimmert und Emitterwiderstände vergrößern.
Hast du wieder Basiswiderstände eingebaut und wie groß sind die?

Wenn dann noch Transistoren durchschlagen, kann man weitersehen.

von Tany (Gast)


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0.2 Ohm Ermitterwiderstand ist zu wenig. Ich würde auf 0.47 Ohm 
vergrößern und falls Platz vorhanden ist, ein npn zum Schutz einlöten.

von THOR (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Das Problem hier ist daß die Widerstände zu niedrig gewählt sind, weil
> eine eierlegende Wollmilchsau gebaut werden soll, die sowohl 10V 300A
> als auch 100V 30A abkönnen soll.

Exakt. Split Range Regelung wäre hier angebracht mit 
Stromsenken-Modulen.

Volker S. schrieb:
> Hallo,
>
> Alle transistoren neu, gleicher Hersteller, gleiche Fertigungsserie

Ist bei robuster Schaltungsauslegung unnötig.

> Kühlkörper polieren,

Unnötige Arbeit. Dafür ist ja die WLP da, dass Rauigkeit eine geringere 
Rolle spielt.

> Wärmeleitpaste hauchdünn auftragen,so das das

Sowieso, immer.

> Emitterwiderstände vergrößern.

Ja, aber mit System. Weil sonst brennen die bei 100A dann ab.

> Hast du wieder Basiswiderstände eingebaut und wie groß sind die?

Praktisch egal sofern passende Emitterwiderstände vorhanden. Hier wird 
kein Arbeitspunkt eingestellt sondern eingeregelt.

> Wenn dann noch Transistoren durchschlagen, kann man weitersehen.

Davon ist bei dem Konzept eigentlich auszugehen. Man könnte es auch mal 
direkt richtig machen statt mit Metall und Silizium um sich zu werfen.

von SR (Gast)


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Mit welchem Volumenstrom läuft denn eigentlich die Kühlung? Kann mir 
auch gut vorstellen, dass evtl. Dampfbläschen entstehen und die Kühlung 
lokal dann auch deutlich schlechter wird.

von Peter D. (peda)


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Ich würde jeden Transistor für sich als Konstantstromsenke beschalten 
(OPV+ Emitterwiderstand). Dann hat man die perfekte Stromverteilung.

von Der Andere (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Ich würde jeden Transistor für sich als Konstantstromsenke beschalten
> (OPV+ Emitterwiderstand). Dann hat man die perfekte Stromverteilung.

Wobei MaWin da früher schon m.E. berechtigt eingewendet hat, daß sich 
die parallelen Regelkreise ggf. aufschwingen können.

Ein Vorteil dieser Lösung wäre dann dass man auch kleinere Lasten genau 
steuern/regeln könnte, in dem man nur einige wenige (oder nur ein) Kreis 
aktiv schalten könnte.

von THOR (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Ich würde jeden Transistor für sich als Konstantstromsenke
> beschalten
> (OPV+ Emitterwiderstand). Dann hat man die perfekte Stromverteilung.

Und wenn man dann so richtig robust bauen will, macht man noch ne 
Temperaturabschaltung mit rein.

Das ist dann ein Modul mit Kühlkörper und Stromanschluss und man kann 
beliebig viele parallel schalten.

von Alter Lateiner (Gast)


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Ich hatte vor ca. 35 Jahren mal ein ähnliches Problem. Ich habe damals 
eine Endstufe für 0,5Ω Last gebaut.
Meine Lösung damals :
1. Basiswiderstand an jeden einzelnen Transistor. (Anti-Schwing)
2. Emitterwiderstand rauf auf 0.47Ω
3. BD 249/250 im TO247 Gehäuse.
Warum gibt es heute im Jahr 2017 immer noch Bauteile in diesem dämlichen 
TO3 Gehäuse?

von Tany (Gast)


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Alter Lateiner schrieb:
> ... BD 249/250 im TO247 Gehäuse.
max. nur 115 V

>... dämlichen TO3 Gehäuse
... könnte 200°C Sperrschicht Temperatur "vertragen", TO-247 Plastik 
dagegen max. 175, meinst 150°C.

von MaWin (Gast)


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Alter Lateiner schrieb:
> Warum gibt es heute im Jahr 2017 immer noch Bauteile in diesem dämlichen
> TO3 Gehäuse?

Weil TO3 sich nicht hochbiegt, wie es TO247/220 tut wenn man die 
Schraube nur ein bischen zu stark anzieht.

von Possetitjel (Gast)


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Armin X. schrieb:

> Mein Datenblatt hört bei Seite 5 auf.
> http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/2N3773-D.PDF

Danke fuer das DaBla.

> Selbst da habe ich mit 80 Transistoren und 30A Gesamtstrom
> (~3kW) nur einen maximalen Einzelstrom von etwa 0,4A.

Jaa... bei IDEALER Stromverteilung.

> Damit könnte ich, laut meinem Diagramm sogar bis auf 160V
> gehen.

Einfach mal rechnen.

0.4A am Emitterwiderstand von 0.2 Ohm macht 0.08V an Re. An
der BE-Strecke fallen ungefaehr 0.7V ab. Der Emitterwiderstand
ist also viel zu klein, um Exemplarstreuungen und thermische
Unterschiede ausgleichen zu koennen.

Ich wuerde mal versuchen, die Spannungsabfaelle an den Emitter-
widerstaenden bei unterschiedlichen Betriebszustaenden zu
monitorisieren; das gibt Aufschluss ueber die Lastaufteilung.

von Possetitjel (Gast)


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Armin X. schrieb:

> Selbst mit 2 bin ich bei den Leistungen bei denen die
> Transistoren durchknallten noch im grünen Bereich gewesen.

Du scheinst das Prinzip nicht zu verstehen.

Mit steigender Temperatur passieren zwei Dinge: Die BE-Fluss-
spannung SINKT (ca. 2mV/K), und die Stromverstaerkung STEIGT.

Die sinkende Flussspannung fuehrt dazu, dass mehr Laststrom
flieszen muss, um das Gleichgewicht von Basisspannung und
Emitterspannung wiederherzustellen.
Der steigende Laststrom bewirkt aber eine weiter steigende
Verlustleistung und Temperatur, und alles wird noch schlimmer.

Dazu kommt dann noch, dass ich die SOAR keinesfalls bis an
die aeuszerste Grenze ausreizen wuerde - und schon gar nicht,
wenn ich nicht sicher sein kann, dass ich NUR Originalware in
der Hand habe.
Es genuegt ja, wenn sich die Lastverteilung so weit verschiebt,
dass die SOAR fuer DIESES eine Exemplar ueberschritten ist.
Das Exemplar stribt dann.

von Possetitjel (Gast)


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Der Andere schrieb:

> Wobei MaWin da früher schon m.E. berechtigt eingewendet hat,
> daß sich die parallelen Regelkreise ggf. aufschwingen können.

Dieses Schreckgespenst der "parallelen sich aufschwingenden
Regelkreise" wird andauernd von verschiedensten Leuten an die
Wand gemalt.

Ich haette gern mal einen Nachweis in Form einer Vorueberlegung,
dass die Schwingung von der PARALLELSCHALTUNG herkommt - und
nicht von der fehlerhaften Konstruktion des einzelnen Regelkreises.

Wenn ich naemlich das uebliche Mantra "Nimm einen FET!" und die
beliebte, "ganz einfache" OPV-FET-Stromsenke hernehme, dann
wundert mich ueberhaupt nicht, dass das gelegentlich schwingt.
Nicht jeder OPV liebt 2nF direkt am Ausgang.

von Armin X. (werweiswas)


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Hallo zusammen

Nein, ich will ungern als Ignorant dastehen, aber die Kühlelemente sind 
wie gesagt aus einem Schweißgerät entnommen und in der jetzigen Form 
fertig verdrahtet. Diese haben die Emitterwiderstände in Form von ca 1mm 
starkem und lackiertem Konstantandraht als Sammelableiter mit einem 
Kabelschuh am Ende anverdrahtet bekommen(alle gleich lang). Dieser 
"Widerstand" wird jeweils an eine Stromschiene angeschraubt.
Das Schweißgerät hatte einen Nennstrom von 400A und 55V DC nach dem 
Gleichrichter. Als einzige Stromregelung dienten die 5 eingesetzten 
Kühlmodule mit je 28 Transistoren. Je einer ist pro Modul der Treiber in 
Darlingtonschaltung. Dieser Treiber speist eine, ich nenne es mal 
Sammelleitung, an der die Basen der
eigentlichen Leistungstransistoren per 0,3mm Konstantandraht(ca 0,16 - 
0,17Ohm) anlötet sind.

> Ohne Schaltplan kann man nur raten:
> Vor dem Lastanschluss ist der Strom Null und der
> Op steuert voll durch.
> Dann fließt beim Einschalten kurzfristig ein
> beliebig hoher Strom, da Op und Transistor etwas
> Zeit zum Sperren brauchen. Das führt dann ab
> einer gewissen Spannung zum Tot durch
> Überstrom.
Das wäre eine meiner nächsten Fragen gewesen.
Wie kriege ich das Zappen beim Anschließen weg?
Eine Abschaltung per Aufsteuerung des OPs habe ich noch vor einzubauen. 
Ebenso ist eine Temperaturabschaltung bei 80 - 85° Kühlkörpertempetatur 
vorgesehen. Momentan muss ich selber auf die Anzeige achten.

Einen Schaltplan wie ich das bislang aufgebaut habe  werde ich die Tage 
mal erstellen.

Wenn das Ganze nicht stabil bis 100V betrieben werden kann lege ich die 
Grenze eben etwas niedriger. 80V sollten aber drin sein.

> Ich wuerde mal versuchen, die Spannungsabfaelle
> an den Emitter- widerstaenden bei
> unterschiedlichen Betriebszustaenden zu
> monitorisieren; das gibt Aufschluss ueber die
> Lastaufteilung
Das werde ich mal versuchen in dem Bereich einzubauen wo es bislang 
meist gecrasht hat.

Bei den Transistoren die ich bislang ausbauen musste war eine klare 
Paste, gefühlsmäßig wie Silikonfett, angebracht. Das war eigentlich 
immer hauptsächlich im Bereich unter dem Die zu sehen. Kann das sein, 
dass der fotografierte "neue" Transistor mechanische Ausschußware war?

Armin

: Bearbeitet durch User
von Possetitjel (Gast)


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Armin X. schrieb:

> Nein, ich will ungern als Ignorant dastehen, aber die
> Kühlelemente sind wie gesagt aus einem Schweißgerät
> entnommen und in der jetzigen Form fertig verdrahtet.

Ach so. Das war mir so nicht klar.

> Das Schweißgerät hatte einen Nennstrom von 400A und
> 55V DC nach dem Gleichrichter.

Es kann sein, dass Du Pech hast.

Wie grosz die Gefahr des Durchgehens (thermisch oder zweiter
Durchbruch) ist, haengt auch von der Kollektorspannung ab. Es
kann also wohl sein, dass die etwas rustikale Originalschaltung
bei 55V Uc_max zuverlaessig laeuft, bei 80V aber nicht mehr.

Mein Rat bleibt trotzdem: Erstmal innerhalb der urspruenglichen
Betriebsbedingungen bleiben und die Spannungen an den Emitter-
widerstaenden loggen. Aus den Unterschieden sieht man vielleicht
etwas.

von Tany (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Aus den Unterschieden sieht man vielleicht etwas.

bei 3x27 Transistoren muß es Unterschiede geben und dann?
100 Stück kaufen und selektieren?

von Gerald B. (gerald_b)


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Kannst du simultan bei allen Transistoren die Maxmialtemperatur im Auge 
behalten? Also entweder mittels Wärmebildkamera oder es gibt auch kleine 
Klebepads, die sich definiert und dauerhaft verfärben. Wenn du nicht 
wartest, bis die Transistoren abnippeln, sondern gezielt bei den 
Hotspots Ursachenforschung betreibst (Charge, Wärmeübergang, hfe) sollte 
sich das Problem vielleicht eingrenzen lassen.

von THOR (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Wenn ich naemlich das uebliche Mantra "Nimm einen FET!" und die
> beliebte, "ganz einfache" OPV-FET-Stromsenke hernehme, dann
> wundert mich ueberhaupt nicht, dass das gelegentlich schwingt.
> Nicht jeder OPV liebt 2nF direkt am Ausgang.

Oder noch allgemeiner formuliert: Keine Regelstrecke wird durch 
PT1-Glieder schneller.

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Wenn Dir eine Anzeige reicht aka 'Finger weg, heiß' - kannst Du 
gebrauchte Batterien schlachten, z.B.:
eBay: 400995002058

Darauf sind solche Leucht-Streifen, Die bei Wärme grell leuchten.
Früher war das ein langer gelber Streifen, Der nur unterschiedlich hoch 
aufleuchtete, da die darunter liegende Leiterbahn sich nach Unten 
(Minus) verjüngte und so wesentlich mehr Power nötig war, um auch den 
oberen Bereich heiß zu bekommen.

Da wir Diese/Ähnliche Batterien in der Firma auch für unsere Messgeräte 
verwenden, fallen hier öfter leere Batterien an - Schnippsel der 
Leuchtstreifen werden dann auf die Bauteile geklebt, Deren Erwärmung 
vermieden werden soll.

Unter Anderem zeigte mir so Mal ein µC, daß Ihm gar nicht gut war ... 
hat auch ein Loch ins Steckbrett geschmolzen :/ ... aber überlebt hat Er 
trotzdem!
(Pin an Versorgung, da unbenutzt und im Programm dann versehentlich als 
OUT geschaltet ... was in der Art)

MfG

von Armin X. (werweiswas)


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@ Patrick
Du bist sicher, dass Du den richtigen Thread erwischt hast?

@Rest
Das mit dem Wärme beobachten ist schwierig. Die Panele sind recht eng 
übereinandergebaut so dass man auch nur schlecht dazwischen kommt.
An das oberste, zum Glück das mit den meisten Ausfällen, komme ich noch 
einigermaßen ran ohne alles zerlegen und das Kühlwasser ablassen zu 
müssen.
Ich mach nachher noch ein paar Bilder.


Armin

von oszi40 (Gast)


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Gerald B. schrieb:
> sondern gezielt bei den
> Hotspots Ursachenforschung betreibst (Charge, Wärmeübergang, hfe) sollte
> sich das Problem vielleicht eingrenzen lassen.

Bisher habe ich noch nicht gelesen WANN diese Transistoren sterben. 
Sofort oder erst nach Minuten? Bei "sofort" sollte Armin auf jeden Fall 
die Ansteuerung im Einschaltmoment nochmals genauer ansehen!

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Armin X. schrieb:
> @ Patrick
> Du bist sicher, dass Du den richtigen Thread erwischt hast?

Gerald B. schrieb:
> Kannst du simultan bei allen Transistoren die Maxmialtemperatur im Auge
> behalten? Also entweder mittels Wärmebildkamera oder es gibt auch kleine
> Klebepads, die sich definiert und dauerhaft verfärben.

Nicht dauerhaft, aber ich hatte die Hoffnung, daß Du anwesend bist, wenn 
das Ding sich in seine Bestandteile zerlegt und ... ja, zum ersten Zitat

MfG

von Arno R. (arnor)


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Ich denke, dass hier zwei unterschiedliche Probleme durcheinander 
gebracht werden. Erstens die thermische Stabilität *eines einzelnen 
Transistors* und zweitens die Parallelschaltung der Transistoren.

Der TO hat wohl nur das erste Problem. Ein Transistor in der 
Konfiguration wie beim TO ist nur dann thermisch stabil, wenn sein 
Emitterwiderstand RE den Wert

  RE>RthjU*Uce*TKUbe hat.

In der konkreten Anwendung oben wäre das:

  RE>2K/W*100V*2mV/K=0,4Ohm.

Eingebaut ist aber nur die Hälfte, 0,2Ohm, daher sind die einzelnen 
Transistoren bei 100V nicht thermisch stabil und gehen durch. Einer 
etwas schneller als der Rest, und durch seinen Tod rettet er die 
anderen. Bei kleinen Spannungen (<50V) ist der RE noch groß genug.

Die genauere Erklärung und Herleitung der Gleichung findet sich im 
angehängten PDF von mir. Hab mich mal angemeldet, leider akzeptiert das 
System nicht meinen üblichen Nick "ArnoR", sondern nur die 
Kleinschreibung.

So, nun Feuer frei.

von Armin X. (werweiswas)


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Ich denke, ich werde beim nächsten Ausfall wieder auf Transistoren der 
"übrigen" zwei Module zurückgreifen. Zwar auch mit ungewissem Zustand 
aber dafür aus der selben Charge.
Einige Transistoren, an die ich jetzt in montiertem Zustand drankomme, 
werde ich im Laufe der Woche mal adaptieren und während der Entladung 
messen. Mindestens einer davon ist auch ein "Neuer".

Im ersten Bild sieht man die zwei verbliebenen Module.
Im Zweiten erkennt man die Sammelleitung für die Basiswiderstände.
Im dritten eine Seitenansicht der verbauten drei Module.

Armin

: Bearbeitet durch User
von Possetitjel (Gast)


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Arno R. schrieb:

> Ich denke, dass hier zwei unterschiedliche Probleme
> durcheinander gebracht werden. Erstens die thermische
> Stabilität eines einzelnen Transistors und zweitens
> die Parallelschaltung der Transistoren.

Naja, meiner Meinung nach sind die Probleme dadurch
miteinander verzahnt, dass alle Transistoren mit derselben
Basisspannung angesteuert werden. Insofern ist der Punkt
"Parallelschaltung der Transistoren" Voraussetzung fuer
das Problem "thermisches Durchgehen".

Wuerden alle Transistoren einzeln angesteuert, gaebe es
meiner Meinung nach keinen Grund zum Durchgehen.

> Die genauere Erklärung und Herleitung der Gleichung findet
> sich im angehängten PDF von mir.

Vielen Dank.

von Arno R. (arnor)


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Possetitjel schrieb:
> Wuerden alle Transistoren einzeln angesteuert, gaebe es
> meiner Meinung nach keinen Grund zum Durchgehen.

Du meinst eine individuelle Ansteuerung jedes Transistors mittels 
OPV-Regler? Das ist ein anderer Fall, da geht das natürlich. Das ist 
aber nicht die Schaltung des TO. Bei mehreren Transistoren parallel muss 
jeder für sich stabil sein.

> Insofern ist der Punkt
> "Parallelschaltung der Transistoren" Voraussetzung fuer
> das Problem "thermisches Durchgehen".

Nein. Bei RE -> 0 gibt es keine stabilisierende Gegenkopplung, nur 
thermische Mitkopplung und thermischen Tod. Für sehr große RE sind Alle 
stabil. Irgendwo dazwischen muss der Punkt liegen wo die Grenze ist.

von Homo Habilis (Gast)


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Arno R. schrieb:
> RE>RthjU*Uce*TKUbe

@Arno R.:

Herzlichen Dank dafür. "Unbeschreiblich" hilfreich! ^^

von Arno R. (arnor)


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Homo Habilis schrieb:
> @Arno R.:
> Herzlichen Dank dafür.

Bitte sehr.

"Unbeschreiblich" hilfreich! ^^

Ich weiß, benutze ich seit 30 Jahren und hat sich immer bestens bewährt.

von Possetitjel (Gast)


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Arno R. schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Wuerden alle Transistoren einzeln angesteuert, gaebe es
>> meiner Meinung nach keinen Grund zum Durchgehen.
>
> Du meinst eine individuelle Ansteuerung jedes Transistors
> mittels OPV-Regler?

Ja.

> Das ist ein anderer Fall, da geht das natürlich.

Das sage ich ja.

> Das ist aber nicht die Schaltung des TO.

Ja, ich weiss.

> Bei mehreren Transistoren parallel muss jeder für sich
> stabil sein.

Das ist das Ziel, ja.

>> Insofern ist der Punkt
>> "Parallelschaltung der Transistoren" Voraussetzung
>> fuer das Problem "thermisches Durchgehen".
>
> Nein.

Okay... das war schlecht formuliert.

Fuer die Moeglichkeit des Durchgehens muss relativ
spannungsharte Ansteuerung an der Basis vorausgesetzt
werden; bei Stromsteuerung gibt es das Probem weniger.

Die Parallelschaltung legt aber Spannungssteuerung
nahe.

Theoretisch muesste man auch voellig auf Emitterwiderstaende
verzichten koennen, wenn man "riesige" Basisvorwiderstaende
verwendet. Das will man zwar in der Praxis nicht, weil dann
die Exemplarstreuungen voll durchschlagen, aber es gibt keinen
Grund fuer's Durchgehen.

> Bei RE -> 0 gibt es keine stabilisierende Gegenkopplung,
> nur thermische Mitkopplung und thermischen Tod.

Richtig (bei Spannungssteuerung an der Basis).

> Für sehr große RE sind Alle stabil.

Auch richtig.

> Irgendwo dazwischen muss der Punkt liegen wo die Grenze
> ist.

Aufgrund der Exemplarstreuungen (elektrisch und thermisch;
auch die Montage ist nicht immer gleich gut) ist die Grenze
aber individuell verschieden!

Es gibt also nicht DIE Grenze, die fuer alle Transistoren
gilt, sondern es gibt ZWEI Grenzen: Die eine, bis zu der
alle Transistoren garantiert instabil sind und die andere,
ab der alle Transistoren garantiert stabil sind. Dazwischen
liegt ein Uebergangsbereich, in dem einige stabil sind,
andere nicht.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Arno R. schrieb:
> Der TO hat wohl nur das erste Problem. Ein Transistor in der
> Konfiguration wie beim TO ist nur dann thermisch stabil, wenn sein
> Emitterwiderstand RE den Wert
>
>   RE>RthjU*Uce*TKUbe hat.
>
> In der konkreten Anwendung oben wäre das:
>
>   RE>2K/W*100V*2mV/K=0,4Ohm.
>

> So, nun Feuer frei.

ja ;-)
Der interne RE des Transistors kann dann aber von deinem berechneten RE 
noch abgezogen werden, so daß der notwendige externe RE letztlich 
kleiner werden darf. Oder? Zumindest näherungsweise müßte das stimmen. 
Eigentlich heizt der interne RE ja auch.


Schön, daß du dich doch noch angemeldet hast. Bei Gelegenheit werde ich 
mich bestimmt mal bei dir per PM melden...

von Armin X. (werweiswas)


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Danke für die geballten Ausführungen sowie das pdf.
Mit der Einzelansteuerung der Transistoren kommen wir sicherlich nicht 
zusammen. Die Erhöhung der Emitterwiderstände ist auch mit großen 
Schwierigkeiten verbunden.
Was "relativ" einfach ginge wäre das erhöhen der Basiswiderstände. Das, 
so  entnehme ich dem Dokumentbringt auch etwas mehr Sicherheit und wäre 
zwar auch ein gewisser Aufwand, aber machbar. Da ich das bei den 
bestehenden Modulen schon einmal durchgeführt habe weis ich wie das 
geht. Inklusive Angleichens indem ich mehrmals per Vierleitermessung die 
Widerstände durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen des Drahtes in das 
Lot auf 0,17Ohm angeglichen habe.
Lässt sich für die Basiswiderstände ein Wert festlegen? Diesen kann ich 
ja durch dünneren und ggf etwas längeren Konstantandraht noch anpassen. 
Ich denke mal, dass Draht besser geeignet ist als ein Widerstand mit 
möglicherweise gewendelter Widerstandsschicht.
Ich werd nun also schauen, dass ich etwas auf Papier bekomme und am 
oberen Modul die Stromverteilung, insbesonder im Vergleich der neuen und 
alten Transistoren ermittle.
Parallel dazu muss ich noch die "halbtoten" exemplare ermitteln die bei 
zu geringer Duchbruchsspannung durchlegieren wenn ich nicht 200 weitere 
Transistoren selektieren möchte. Die Spannungsfestigkeit lege ich daher 
bis auf Weiteres auf 85V fest.

Gruß Armin

: Bearbeitet durch User
von Tany (Gast)


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Armin X. schrieb:
> Mit der Einzelansteuerung der Transistoren kommen wir sicherlich nicht
> zusammen. Die Erhöhung der Emitterwiderstände ist auch mit großen
> Schwierigkeiten verbunden.
> Was "relativ" einfach ginge wäre das erhöhen der Basiswiderstände

Die einzig vernünftige Lösung wäre die Änderung des Ermitterwiderstand. 
Die Änderung des Basiswiderstands wird nicht viel bringen wie einiger 
gern haben/sehen möchte, eben wie die einzelne Ansteuerung des 
Transistors bezüglich Aufwand.

Ich habe nicht gedacht, dass die Diskussion weiter geht, nachdem Arno 
die Sache ans Licht gebracht hat.

Possetitjel schrieb:

Possetitjel schrieb:
>> Du meinst eine individuelle Ansteuerung jedes Transistors
>> mittels OPV-Regler?
>
> Ja.

> Wenn ich naemlich das uebliche Mantra "Nimm einen FET!" und die
> beliebte, "ganz einfache" OPV-FET-Stromsenke hernehme, dann
> wundert mich ueberhaupt nicht, dass das gelegentlich schwingt.
> Nicht jeder OPV liebt 2nF direkt am Ausgang.

Wer die Parallelschaltung von BITs nicht gebacken bekommt, braucht nicht 
über MOSTFETs zu reden. Und wer schreibt den vor, dass der MOSFET direkt 
von OPV gesteuert werden muß?

von (prx) A. K. (prx)


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Armin X. schrieb:
> Die Erhöhung der Emitterwiderstände ist auch mit großen
> Schwierigkeiten verbunden.

Wo sind die eigentlich? Die sorgfältige Längenanpassung der Kabelstränge 
lässt mich glauben, dass ebendies die Emitterwiderstände sind. Würde 
deine Unlust erklären, aber zusätzliche normale Widerstände würden doch 
auch noch reinpassen.

: Bearbeitet durch User
von Hermann (Gast)


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Ich kann mich nur noch einmal wiederholen. Das Problem liegt ziemlich 
sicher beim Einschalten. Den gleichen Ausfall hatte ich mit einem 
einzelnen 2N3773 als Stromsenke.

Armin X. schrieb:
> Die Spannungsfestigkeit der Transistoren liegt eigentlich bei 160V so
> dass ich mir den Durchbruch nicht erklären kann.

Das ist natürlich Wunschdenken. Bei 70V kann ein 2N3773 nur 2A dauerhaft 
und 3A für 100ms. Wahrscheinlich schaltest du bei 70V eine Last von 0,1 
Ohm dran. Dann fließen kurzzeitig 700A. Wie lange die fließen willst du 
ja mangels Schaltplan nicht verraten. Die 2 OP haben bestimmt einige 
Dämpfungs-C dran. 100ms zum Sperren ist nicht unwahrscheinlich.

Du musst also einen sehr schnellen Schutz für Überstrom einbauen oder 
die Last und die Spannung langsam erhöhen. Seit dem ich das beachte ist 
noch kein weiterer 2N3773 gestorben (die sind nicht billig).

von Gerald B. (gerald_b)


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Hermann schrieb:
> Seit dem ich das beachte ist
> noch kein weiterer 2N3773 gestorben (die sind nicht billig).

http://www.tme.eu/de/katalog/#search=2n3773&cleanParameters=1
Bei TME zwischen 3,38€ für Einen und 2,34€ ab 250 Stck. Staffelpreise.
Die Zeit für's Aus- und Einbauen ist teurer ;-)
Ich hatte mal mit 2,5 Kiloampere Thyristoren zu tun, da kostete einer um 
die 250$. Die starben immer zu 2. - 3. plus jeder noch eine Sicherung in 
der selben Preislage.

von Hermann (Gast)


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Stimmt, der ist nicht teuer, bei Reichelt 1,60€. Ich habe noch mal 
nachgesehen, mein Stromkonstanter war auch mit dem vergleichbaren 
PNP-Transitor 2N6609. Da hatte mich der Tot schon geärgert.

von Bernhard D. (pc1401)


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Hermann schrieb:
> Stimmt, der ist nicht teuer, bei Reichelt 1,60€.

Hersteller dort ist aber nicht OnSemi, sondern ISC 
(http://www.iscsemi.cn)
Hat mit diesem Hersteller jemand Erfahrung? Halten die sich an die 
Datenblätter?

von Gerald B. (gerald_b)


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Hermann schrieb:
> bei Reichelt 1,60€

Habe ich mir gerade angeguckt. Inchange als Hersteller habe ich noch nie 
von gehört. Da würde ich den dann doch lieber den von ON-Semi, ehemals 
Motorola nehmen.

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