Oszillationen bei Durchflusswandler

[Christian K. (stromschlaggefaellig)]

Hallo liebe Forumsmitglieder,

ich beschäftige mich zur Zeit mit einem kräftigen 16kW Batterieladegerät 
(18kHz).
Die eingesetzte Topologie ist ein Halbbrücken Gegentakt 
Durchflusswandler.
Die Funktionsweise und die Dimensionierung der Komponenten ist erfolgt 
und mir verständlich. Ich habe nun schonmal vorab die Strom und 
Spannungsverläufe von einem Kollegen erhalten. Mich interessieren die 
parasitären Effekte (Oszillationen) und welche parasitären Elemente 
exakt für diese Schwingungen verantwortlich sind.

In Abbildung "Stromlaufplan_Halbbrücken_Gegentakt_Durchflusswandler.pdf" 
seht ihr den Stromlaufplan des Wandlers mit ein paar parasitären 
Elementen (Ausgangskapazität der IGBTs und Gleichrichterdioden, 
Streuinduktivität der Primär- und der Sekundärwicklung, sowie einer 
gestrichelten Induktivität -> hierbei handelt es sich um einen Ringkern 
durch den Sekundärleiter geführt ist)

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Mich interessiert erstens die Oszillation der Spannung an der Diode -> 
siehe Abbildung Sekundaeoszillation_ohne_Snubber.pdf (ungezoomte Version 
siehe Abbildung Strom_und_Spannungsverlaeuf_sekundaer.png)
Wichtig: Die Ringkerne (gestrichelte Induktivität sind NICHT mit bei 
diesen Messergebnissen eingesetzt gewesen!)
In gelb dargestellt ist der Diodenstrom iD3. Wir sehen zunächst ein 
Ansteigen des Stromes auf sein Maximum, da T1 leitet und damit L 
aufmagnetisiert. T1 schaltet aus. Ab diesem Moment beginnt sich der 
Strom auf beide Dioden identisch aufzuteilen. Dadurch ist die 
Sekundärwicklung über beide Dioden kurzgeschlossen. Das di/dt wird 
meiner Meinung nach durch die Summe der Streuinduktivitäten L_s1 und 
L_s2, sowie durch der an ihnen anliegenden Spannung (wenn man den 
Durchlassspannungsfall an den Dioden vernachlässigt) u21+u22 (uL = 
u21+u22 = (L_s1+L_s2)*di/dt festgelegt. Falls hier ein Fehler ist bitte 
ich um Korrektur!

Nachdem sich der die Ströme gleichmäßig aufgeteilt haben, schaltet nach 
ca. 7 us T2 ein, wodurch der Strom i_D3 zu 0 sinkt und auf D4 der 
gesamte Strom i_L kommutiert. Nachdem der Strom i_D3 0A erreicht sehen 
wir seine (kleine) Rückstromspitze. Nach dem Buch von Josef Lutz 
Halbleiter Leistungsbauelemente (S.362-365) ist die Rückstromspitze die 
Ursache für die Anregung der Schwingung  Oszillation der Spannung  des 
Stomes aufgrund der Dioden Kapazität und der Streuinduktivität.

1.) Frage: Welche Elemente sind verantwortlich für die Oszillation der 
Spannung und des Stromes in diesem Moment? Ist meine Annahme richtig, 
das Ls_1 und Ls_2 sowie C_D3 die Elemente des Schwingkreises sind? Oder 
findet die Schwingung in der Masche aus D3 L_s1 C_out statt?
Gibt es dazu Literaturvorschläge wo ich das genau nachlesen kann?
Zum Buck und zum Boost Converter gibt es ja genügend Material... aber 
zum Durchflusswandler habe ich noch nicht allszu viel gefunden, genauso 
wenig Vorschläge zum Layout!
In Josef Lutz Beitrag in seinem Buch (siehe oben) wird das 
Oszillationsverhalten der parasitären Elemente von Soft Recovery Dioden 
beschrieben. Demnach tritt die Oszillation dann auf, wenn die Zeitdauer 
t_rr im Bereich der Eigenfrequenz des Schwingkreises liegt. Ein 
Vergleich von t_rr und T aus der Abbildung 
"Sekundaeoszillation_ohne_Snubber.pdf" bestätigt dies. Dies scheint die 
Ursache für die starke Oszillation der Spannung u_D3 zu sein.
2.) Frage: Was legt das du/dt der Diodenspannung fest? Maßgeblich für 
die Überspannung ist ja das du/dt...

Übrigens:
Mit Hilfe eines Ringkernes in den Sekundärleitungen wurde die Schwingung 
nahezu vollständig beseitigt-> siehe: 
Strom_und_Spannungsverlaeuf_sekundaer_mit_Ringkern.PNG
Wie ist das Wirkprinzip?
Verhält sich der Ringkern wie eine zusätzliche Induktivität und 
verstimmt daher die Eigenfrequenz des Schwingkreises, wodurch der 
Schwingkreis nicht zur Schwingung angeregt wird?

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Weiterhin interessiert mich die Stromoszillation i_D3 nachdem sich die 
Ströme Gleichmäßig auf den Dioden aufgeteilt haben. Was zu sehen ist, 
ist doch die Rückstromspitze der Diode D2 welche über den Trafo an die 
Sekundärseite "gegeben" wird. Welches sind hier die parasitären 
Elemente, welche die Oszillationsfrequenz definieren? Ich schätze das 
die Streuinduktivität L_p1 und das C_T1 (T1 sperrt ja) den Schwingkreis 
bilden. Stimmt dies?

Über Ideen und Vorschläge wäre ich sehr dankbar. Ich hoffe das hier eine 
rege Diskussion in Gange kommt.

Vielen Dank!

MfG

Christian