Hi,
Kurze Vorinfo:
Ich habe einen DCDC mit GaN Transistoren (Gansystems GS6506T) gebaut als
Phaseshift Converter. Die Transistoren sind exterm schnell, das liegt
irgenwo > 50V/ns. Nominelle Eingangsspannung ist 335V, Ausgang 48V. Der
Trafo ist als Planartrafo E58 ausgeführt mit einem Wickelverhältnis von
6:1, das ganze auf einer 8-lagigien Platine. Der Phaseshifter arbeitet
mit 250kHz angestrebte Leistung ist ca. 2,5kW. Vor dem Trafo befindet
sich noch eine Drossel mit 440nH für ZVS.
Gates sehen soweit gut aus, bei Spannungen bis ca. 300V kann ich keine
False-turn-On oder ähnlcihes feststellen, auch kein klingeln. Habe ich
da ziemlich an die Empfehlungen des Herstellers gehalten.
Das ganze Ding befindet sich auf einem großen Kühlkörper.
Nun zum Problem, welches der Trafo zu sein scheint:
Zunächst habe ich Hauptinduktivität gemessen, liegt in der Gegen von
1mH, mehr oder minder das was ich erwartet hatte. Streuinduktivität
konnte ich nicht wirklich messen, da die Hameg Messbrücke unter 100nH
nicht mehr sonderlich gut arbeitet. Dier kann also mit weniger als 100nH
angenommen werden, also das was einen Planartrafo auszeichnet. Der Lagen
aufbau ist PSSPPSSP (P Primär, S Sekundär).
Problem schein die Koppelkapazität zu sein, berechnet habe ich diese zu
1,6nF. Die Messung muss ich nochmal wiederholen, bei einer initalen
Messung der Platine vor einigen Wochen lag das aber auch in dem Bereich.
Das Problem ist nun, dass das EMV-mäßig Ding rotzt wie sau, ab 1,5kW und
Spannungen größer ca. 260V fangen die Wickelgüter (Trafo und
Ausgangsdrossel) an zu surren und deutlliche Störungen auf den Massen zu
messen sind. Hatte dann mal zum Test HV-Ground mit der Masse der
Sekundärseite per Kondensator (2n2, 2kV, X7R) verbunden. Effekt war,
dass die Störungen messbar kleiner werden, aber immer noch nicht zum
gewünschten Ergebnis geführt haben. Zudem wird der KOndensator richtig
heiß, konnte rund 80°C messen, Geruch war auch nicht der beste. Man
sieht den Effekt der Koppelkapazität auch wunderbar an Strom: Dieser
steigt auf rund 12A an, wenn die Vollbrücke auf den Trafo geschaltet
wird und steigt entsprechend mit der Eingangsspannung.
Die Schaltung sieht vor, dass diverse Potentiale (HV+, HV-, Out+, Out-)
über Kondensatoren mit dem Kühlkörper zu verbinden, sowie die HV- mit
Out-. Bevor ich da nun wild rumrate und probiere, gibt es vielleicht
jemanden der sich damit etwas auskennt? Gerade was die Werte anbelangt,
und welche Potentiale man testweise verbinden könnte? Gerne auch
Hinweise auf gute Literatur oder Einschätzungen und Erfahrungen, was man
machen könnte.
Btw: Die Effizienz leidet sicherlich auch unter der Trafoproblematik,
komme aber durchaus auf rund 95,5% bei 1,5kW.
Bild vom Oszi liefere ich noch.
Grüße
Stampede
@Stampede (Gast)
>Problem schein die Koppelkapazität zu sein, berechnet habe ich diese zu>1,6nF.
Das ist schon sehr viel, wenn gleich unvermeidlich.
>messen sind. Hatte dann mal zum Test HV-Ground mit der Masse der>Sekundärseite per Kondensator (2n2, 2kV, X7R) verbunden. Effekt war,>dass die Störungen messbar kleiner werden, aber immer noch nicht zum>gewünschten Ergebnis geführt haben. Zudem wird der KOndensator richtig>heiß, konnte rund 80°C messen, Geruch war auch nicht der beste.
Falsches Dielektrikum, nimm NP0. Das hat DEUTLICH weniger dielektrische
Verluste.
>Out-. Bevor ich da nun wild rumrate und probiere, gibt es vielleicht>jemanden der sich damit etwas auskennt?http://www.edel-ing.de/
Bei dem Herrn hatte ich mal einen Kurs zum Thema Schaltnetzteile, der
ist absolut fit! Und ein netter Zeitgenosse ;-)
>komme aber durchaus auf rund 95,5% bei 1,5kW.
Das klingt doch schon mal ganz gut.
der schreckliche Sven schrieb:> Ich hab früher mal mein Moped frisiert. Schneller um die Kurve kam> ich> damit nicht. Wegen der Physik.
Könnte ne Liedzeile von Die mächtigen Kassierer sein.
Stampede schrieb:> Hi,
Man
> sieht den Effekt der Koppelkapazität auch wunderbar an Strom: Dieser> steigt auf rund 12A an, wenn die Vollbrücke auf den Trafo geschaltet> wird und steigt entsprechend mit der Eingangsspannung.>
Hi
Dieser Effekt tritt aber auch auf, wenn ein Trafo in Sättigung gerät...
Ichbin
Hallo Stampede!
Scherz beiseite.
Es ist doch immer wieder das gleiche.
Kommt jemand und will Rat.
Liefert aber kaum substantielle Information über das,
was er da gemacht hat.
Ernsthaftes Interesse kannst Du damit nicht wecken.
Also, wo sind Schaltpläne, Bilder vom Aufbau und Oszillogramme und
Messergebnisse und und und?
Und die Kiste Bier?
Hu Leute,
erstmal danke für die Infos
@Falk:
Bei den 1,6nF ging es mir um einen Erfahrungswert anderer, die mit
Planartrafos arbeiten. Ich sehe auch kaum Möglichkeiten, diesen Wert
drastisch zu reduzieren. Klar, man könnte auch den Trafo PPPPSSSS oder
PPSSSSPP bauen, dann ist aber der AC-Widerstand grausam, mehr
Streuinduktivität etc.
Die Idee mit N0P ist natürlich gut, hatte den besagten X7R gerade zur
Hand. Ist hier ggf. nicht sogar Folie (MKP, Y-Kondensator) besser
geeignet? Bauraumproblematik mal aussen vor gelassen...
@Ichbin:
Ich würde aber erwarten, dass das am Ende der Schaltperiode auftritt
wenn der Kern sättigt. Der E58 wurde mit 190mT berechnet, Matrial ist
3C96. Damit sollte das ok sein. Ich sehe den Peak aber am Anfang der
Schaltperiode, was mit auf die Koppel-/ Streukapazität schliessen lässt.
@Der schreckliche Sven:
Ich sagte ja eingänglich, ich liefere noch ein paar Oszibilder nach.
Hatte beim Verfassen des Posts keinen Zugriff mehr auf die Bilder.
Grüße
Stampede
Stampede schrieb:
Ich sehe den Peak aber am Anfang der
> Schaltperiode, was mit auf die Koppel-/ Streukapazität schliessen lässt.
Ja, durchaus plausibel
Stampede schrieb:> @Ichbin:> Ich würde aber erwarten, dass das am Ende der Schaltperiode auftritt> wenn der Kern sättigt. Der E58 wurde mit 190mT berechnet, Matrial ist> 3C96. Damit sollte das ok sein. Ich sehe den Peak aber am Anfang der> Schaltperiode, was mit auf die Koppel-/ Streukapazität schliessen lässt.
Strom wo gemessen?
Falls in der Versorgungsleitung: Kann natürlich auch die Kapazität des
low-side Tranistors sein. Zumindest teilweise.
"Gansystems GS6506T" ergibt übrigens exakt einen Google-Treffer...diesen
Thread. Datenblatt?
@Stampede (Gast)
>Bei den 1,6nF ging es mir um einen Erfahrungswert anderer, die mit>Planartrafos arbeiten.
Ich hab keine Ahnung von Planartrafos, aber der Herr Edel ist so ein
Spezi. Bei einer seiner Schaltungen hatte er auch einen mit ca. 1nF.
>Die Idee mit N0P ist natürlich gut, hatte den besagten X7R gerade zur>Hand. Ist hier ggf. nicht sogar Folie (MKP, Y-Kondensator) besser>geeignet? Bauraumproblematik mal aussen vor gelassen...
Geht auch. MKP ist von den dielektrischen Verlusten ähnlich gut wie NP0.
>Ich würde aber erwarten, dass das am Ende der Schaltperiode auftritt>wenn der Kern sättigt.
Bei einem 250kHz Schaltnetzteil kommst du nicht wirklich an die
magnetische Sättigung ran, da kocht dir vorher der Kern weg ;-)
Hi,
THOR schrieb:> Strom wo gemessen?>> Falls in der Versorgungsleitung: Kann natürlich auch die Kapazität des> low-side Tranistors sein. Zumindest teilweise.>> "Gansystems GS6506T" ergibt übrigens exakt einen Google-Treffer...diesen> Thread. Datenblatt?
In der Zuleitung vom Trafo, wie gesagt liefere am Montag ein Oszibild
nach.
Die Transistoren sind GS66506T, da fehlte eine "6".
Die von dir genannte Kapazität Coss der Swichting Node wird da nicht
mitgemessen, die ist aber laut Datenblatt (ca. 200pF) auch deutlich
kleiner als die des Trafos.
Falk B. schrieb:> Bei einem 250kHz Schaltnetzteil kommst du nicht wirklich an die> magnetische Sättigung ran, da kocht dir vorher der Kern weg ;-)
Bei 1,6kW und 250kHz wurde der Kern ca. 80°C heiß, das ist aber voll ok.
Die Windungen sind weniger heiß. Da die Kerne deutlich mehr also 100°C
aushalten und ich eine Wasserkühlung habe, sollte das kein Problem sein.
Falk B. schrieb:> Ich hab keine Ahnung von Planartrafos, aber der Herr Edel ist so ein> Spezi. Bei einer seiner Schaltungen hatte er auch einen mit ca. 1nF.
Das ist schon mal eine hilfereiche Info. Ich glaube ich werde den guten
HErren mal kontaktieren.
Grüße
Stampede
Also, erstmal Asche über mein Haupt.
Aber nicht wegen dem, was ich bis jetzt geschrieben habe. Sondern,
weil ich mir unter einer Streukapazität rein garnix vorstellen kann.
Außerdem verwende ich bei meinen Schaltnetzteilbasteleien immer noch
popelige E-Kerne (Asche usw.). Aber dafür habe ich mir einen
kapazitätsarmen Wicklungsaufbau einfallen lassen. Denn was stört, ist ja
nicht nur die Koppelkapazität zwischen Primär - und Sekundärseite,
sondern auch die zwischen den Wicklungsenden. Die Streuinduktivität
dagegen ist nicht so schlimm. Die da drin gespeicherte Energie geht ja
nicht verloren. Auf jeden Fall arbeiten die Trafos jetzt besser,
schwingen nicht bloß blöd rum.
Ach, übrigens: wie weit muß man eigentlich von Dir weg sein, um Radio
hören zu können?
der schreckliche Sven schrieb:> Ach, übrigens: wie weit muß man eigentlich von Dir weg sein, um Radio> hören zu können?
Mehrere Millimeter vermutlich. Vielleicht ist aber auch gar kein Abstand
notwendig.
Hi Stampede,
was ist ein Phasenshift Converter? Phase shift full bridge?
Blöde Frage:
Hast du zwischen GND_primär und GND_sekundär einen Kondensator hängen?
Ich habe mal nen Dual Active Bridge (DAB) aufgebaut. Primär 600V-800V,
sekundär 12V-48V.
Primär waren SiC MOSFETs eingesetzt, Flankensteilheit war auch recht
hoch.
Ich hatte einen Kondensator, und konnte deine Probleme nicht
feststellen. Ströme sahen fast wie im Bilderbuch aus.
Vielleicht hilft das ja - oder macht das noch schlimmer ;)
Cheers,
der schreckliche Sven schrieb:> Außerdem verwende ich bei meinen Schaltnetzteilbasteleien immer noch> popelige E-Kerne (Asche usw.). Aber dafür habe ich mir einen> kapazitätsarmen Wicklungsaufbau einfallen lassen. Denn was stört, ist ja> nicht nur die Koppelkapazität zwischen Primär - und Sekundärseite,> sondern auch die zwischen den Wicklungsenden. Die Streuinduktivität> dagegen ist nicht so schlimm. Die da drin gespeicherte Energie geht ja> nicht verloren. Auf jeden Fall arbeiten die Trafos jetzt besser,> schwingen nicht bloß blöd rum.
Jein. Die Streuinduktivität hier sicherlich hilfreicht, sie erleichter
ZVS und limiert auch das dI/di im Trafo. Bei der Kapazität zwischen den
Wicklungsenden hat man mit Planartrafos eher weniger Probleme, da die
Windungen ja nebeneinanderliegen und aufgrund des Kupfers in der
Leiterplatte auch nicht so groß werden können. Dieses C erschwert
wiederum ZVS. Anders sieht es bei der Kopplung zwischen Primaär und
Sekundär aus. Aufgrund der Fläche des Trafos (in Summe sind das ca. 4
mal 40mm x 17.5mm die sich im Wickelfenster überlappen). Das ganze
koppelt bei dem 8 Lagendesign und dem Aufbau PSSPPSSP dann 4
Kondensatoren, Prepregs sind ca. 300µm. Da kommt leider einiges
zusammen, was von Primär nach Sekundär koppelt. Leider bekommt man das
mit anderen Aufbauen meines Wissens auch nicht viel kleiner.
Im Vergleich dazu habe ich bei gewickelten Trafos (zB EDT59) mit der
Kapazität weniger Probleme gehabt, dafür ist eben die Streuinduktivität
größer (ist aber nicht unbedingt schlimm).
Alexander schrieb:> was ist ein Phasenshift Converter? Phase shift full bridge?
Ja genau. Ausführung als Vollbrücke primär mit GaNs und normalen
SI-MOSFETs sekundär mit aktivem Snubber/Clamping für Buck/Boost Betrieb.
Alexander schrieb:> Blöde Frage:> Hast du zwischen GND_primär und GND_sekundär einen Kondensator hängen?
Genau das habe ich ja gemacht, und das Ding ist fast abgeraucht. Plan
wäre jetzt wie von Falk vorgeschlagen C0G oder MPK zu testen. Leider ist
man mit der optimalen Plazierung der Dinger immer was eingeschränkt
wegen Kühlung, Routing, etc.
In weiteren professionellen Schaltnetzteilen, die ich mir angeschaut
habe, wurden viel MKP Y2 KOndensatoren verbaut. Das wäre der nächste
Schritt.
Alexander schrieb:> Ich habe mal nen Dual Active Bridge (DAB) aufgebaut. Primär 600V-800V,> sekundär 12V-48V.> Primär waren SiC MOSFETs eingesetzt, Flankensteilheit war auch recht> hoch.
Hatte ich auch schon mal gebaut, mit Wolfspeed Dingern. Diese sind aber
"nur" halb so schnell wie die GaNs, ich habe SChaltzeiten von rund 8ns
von 0V auf 300V gemessen.
Zum anderen haben die wegen der Gate-Spannung von -5V und +20V, die man
zum Ansteuern nutzt, einen deutlich besseren Störabstand.
Stampede schrieb:> Genau das habe ich ja gemacht, und das Ding ist fast abgeraucht. Plan> wäre jetzt wie von Falk vorgeschlagen C0G oder MPK zu testen.
C0G und MKP sind fast gleichwertig in Bezug auf Verluste.
Jedoch käme Dir für diese Anwendung sogar ein gewisses Maß
an Serien-Induktivität beim Kondensator zugute. Diese ist bei
THT i. A. höher, auch ließe sie sich m. Ferritperlen gut steigern.
(Oder auch SMD, dann separates Bauteil - dafür flacher.)
Diese Maßnahme(n) begrenzen nämlich den Stromripple etwas,
und "schleifen auch die spitzen Ecken rund" (Reduktion der
Oberwellen im Kondensator, teilweise Absorption im Ferrit.)
Dadurch reduzierte sich dann etwas die Erwärmung des C.
Vermutlich sogar ausreichend. Ist aber wieder mal nur
"Symptom-Dokterei". Leider habe ich zu wenig Erfahrung
in dem Bereich, als daß ich mehr sagen könnte.
P. Hasenversatz schrieb:> Ist aber wieder mal nur> "Symptom-Dokterei". Leider habe ich zu wenig Erfahrung> in dem Bereich, als daß ich mehr sagen könnte.
Das stimmt zwar, aber auf die Ursache, nämlich die hohe Kapazität
zwischen Primäre und Sekundär, habe ich bei Planartrafos kaum Einfluss.
der schreckliche Sven schrieb:> Mach doch mal den Aufbau PS.> Der Vergleich wäre sicher interessant.
Was meinst du mit PS ?
Stampede schrieb:> P. Hasenversatz schrieb:>> Ist aber wieder mal nur>> "Symptom-Dokterei". Leider habe ich zu wenig Erfahrung>> in dem Bereich, als daß ich mehr sagen könnte.>> Das stimmt zwar, aber auf die Ursache, nämlich die hohe Kapazität> zwischen Primäre und Sekundär, habe ich bei Planartrafos kaum Einfluss.
Jaein,
hast du Zugang zu IEEE? Dort gibt es Ansätze, wie man der
Koppelkapazität entgegenwirken kann. Auch wenn es zu wesentlich
komplexeren Konstruktionen ausartet.
> der schreckliche Sven schrieb:>> Mach doch mal den Aufbau PS.>> Der Vergleich wäre sicher interessant.>> Was meinst du mit PS ?
Ich denke, er meint keine interleaved windings, sondern zuerst alle
primären Windungen auflegen, und dann anschließend alle sekundären
Windungen.
Al3ko -. schrieb:> hast du Zugang zu IEEE? Dort gibt es Ansätze, wie man der> Koppelkapazität entgegenwirken kann. Auch wenn es zu wesentlich> komplexeren Konstruktionen ausartet.
Ja habe ich. Meist kommen da ihrendwelche Schirwmwicklungen zum Einsatz?
Es ist halt von den Kosten her nicht tragbar, mehr als 8 Lagen zu
verbauen...
Al3ko -. schrieb:> Ich denke, er meint keine interleaved windings, sondern zuerst alle> primären Windungen auflegen, und dann anschließend alle sekundären> Windungen.
Hatte mir da ein Paper angeschaut, da hat jemand einen E64 Kern
verwendet. Der Aufbau PS war von der Kapazität gut (meine so ca. 1nF)
aber Lsigma und vor allem Rac / Rdc war wegen Proximity etc. richtig
schlecht. Daher hatte ich mich als "Kompromiss" zu PSSPPSSP entschieden.
Siehe auch http://orbit.dtu.dk/files/4566316/Ouyang.pdf
Al3ko -. schrieb:> Ansätze, wie man der> Koppelkapazität entgegenwirken kann. Auch wenn es zu wesentlich> komplexeren Konstruktionen ausartet.
Du meinst wahrscheinlich z.B. 2lagige Leiterplatten,
abgewechselt mit Luft+Kapton - oder?
Dazu müßte in jedem Fall die 8lagige PCB "dran glauben" -
PSSPPSSP aber könnte/sollte man beibehalten (Spannungsgradient niedrig).
Al3ko -. schrieb:> Ich denke, er meint keine interleaved windings, sondern zuerst alle> primären Windungen auflegen, und dann anschließend alle sekundären> Windungen.
Denke ich auch, aber... dadurch steigt L_streu stark an.
Welcher Art ist denn genau die Sekundäre Gleichrichtung (Current Doubler
wird teils auch für 48VDC noch gemacht); und welche Sperrspannung haben
die Gleichrichter (ob nun Dioden oder - wäre schon besser -
Synchron-GR-FETs)?
Hi Stampede und P.Hasenversatz,
ich finde diesen Thread und das Thema sehr spannend. Ich hoffe umso
mehr, Bilder vom Aufbau sehen zu dürfen und ggf. Oszilloskopbilder.
Stampede schrieb:> Al3ko -. schrieb:>> hast du Zugang zu IEEE? Dort gibt es Ansätze, wie man der>> Koppelkapazität entgegenwirken kann. Auch wenn es zu wesentlich>> komplexeren Konstruktionen ausartet.>> Ja habe ich. Meist kommen da ihrendwelche Schirwmwicklungen zum Einsatz?> Es ist halt von den Kosten her nicht tragbar, mehr als 8 Lagen zu> verbauen...
Schirmwicklungen ist ein Ansatz. M. Nymand et. al. hat z.B. einen
anderen Ansatz verfolgt:
Er hat eine Hilfswicklung in den Übertrager eingefügt, die die AC
Verluste drastisch senken.
So konnte er die gewohnte P-S Struktur im Übertrager realisieren mit den
Vorzügen der geringen Koppelkapazität, und gleichzeitig die AC Verluste
in den Wicklungen im Rahmen halten.
Vielleicht kann das als Anregung für euer Problem dienen. Schau mal
hier:
M. Nymand, U. K. Madawala, M. A. E. Andersen, B. Carsten and O. S.
Seiersen, "Reducing ac-winding losses in high-current high-power
inductors," 2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics,
Porto, 2009, pp. 777-781.
Ein anderer Ansatz kommt u.a. von R. Pittini et. al.:
Er hat die Hochspannungsseite mit Litze realisiert, und die
Niederspannungsseite mit Folie. Sein Übertrager war ebenfalls sehr
effizient. Wobei er keine Messungen bezüglich der Koppelkapazität
gemacht hat (war ein handmade Prototyp).
R. Pittini, Zhe Zhang and M. A. E. Andersen, "High current planar
transformer for very high efficiency isolated boost dc-dc converters,"
2014 International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 -
ECCE ASIA), Hiroshima, 2014, pp. 3905-3912.
Ein weiterer Ansatz, den ich mal gelesen habe, ist eine Hilfswicklung in
den Übertrager einzufügen, und diesen zu erden. Ist sicherlich das, was
du mit Schirmwicklung meinst.
Die Frage wäre natürlich, ob PCB Windings für eure Anwendung optimal
ist, oder ob ein Übertrager wie in Pittini et. al. eine Alternative sein
könnte.
> Al3ko -. schrieb:>> Ich denke, er meint keine interleaved windings, sondern zuerst alle>> primären Windungen auflegen, und dann anschließend alle sekundären>> Windungen.>> Hatte mir da ein Paper angeschaut, da hat jemand einen E64 Kern> verwendet. Der Aufbau PS war von der Kapazität gut (meine so ca. 1nF)> aber Lsigma und vor allem Rac / Rdc war wegen Proximity etc. richtig> schlecht. Daher hatte ich mich als "Kompromiss" zu PSSPPSSP entschieden.> Siehe auch http://orbit.dtu.dk/files/4566316/Ouyang.pdf
Vielleicht wäre PS von Oyangs Paper in Verbindung mit einem Hilfslayer
wie in Nymands Paper eine Option.
Besten Dank für die Literatur. Auf den ersten Blick ist zumindest bei
den einfacheren Aufbauten PSSPPSSP o.Ä. favorisiert.
Habe nochmal gemessen, die Kapazität zwischen Primär und Sekundär liegt
bei exakt 2nF. Lauf Messbrücke ist Lsigma bei 15uH primär bezogen, was
mir allerdings zu viel erscheint. Morgen werde ich den Dcdc nochmal
anwerfen und messen.
Was den Hilfslayer anbelangt: Der trägt ja einen sehr großen AC-Strom.
Zudem ist der so un den Kern gewickelt wie es planar kaum machbar ist.
Muss mal gucken.
Al3ko -. schrieb:> ich finde diesen Thread und das Thema sehr spannend
Ich zugegeben auch. Eig. alles, was mit moderner LE zusammenhängt. Ist
aber (*) nur ein Hobby (* evtl. "erst noch"). Und leider hab ich keinen
Zugang zu IEEE oder ähnlichem. Schade.
Ihr habt definitiv die besseren Informationsquellen, daher kann ich
sicher kaum was beisteuern. Und bei Diskussionen über die IEEE (etc.)
papers eh nicht mitmachen.
Alsdann, salve...
