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) -1- 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? -2- 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
Vlt hast Du inzwischen gemerkt, dass Dein Text einfach zu lang ist. Trotzdem ein paar Anmerkungen von einem, der den Text auch nur überflogen hat. Deine Annahmen wirken auf mich einigermaßen plausibel. Mir fehlt die Information, ob es sich hier um einen LLC-Resonanzwandler oder um eine hart-schaltenden PWM-Wandler handelt. Des weiteren ist mir nicht ersichtlich, ober der Ferrit im Sekundärkreis nun als Gleichtakt- oder Gegentaktdrossel wirkt. Viele Verständnisfragen wirst Du Dir selbst beantworten können, wenn Du das Ganze mal in LTSpice simulierst. Und hierbe vor allem die Stromverläufe untersuchen, dies fördert das Verständnis ungemein.
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