Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektronik schützen vor "gesättigtem" Trafo?


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von Wilfred (Gast)


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Hallo!

OK, es ist möglicherweise eine recht seltsame Frage, da ich auch nicht 
wirklich etwas passendes im Netz dazu finden konnte.

Also es geht mir darum, meine Rechteck-Frequenz-Generator-Schaltung vor 
einem in die sättigung gegangenen Trafo zu schützen.

Wie komme ich dazu: Ich habe mir einen wunderbaren Rechteck-Generator 
gebastelt, welcher mit einer einstellbaren Frequenz von 100Hz bis 400kHz 
und einer Pulsweiteneinstellung ausgestattet ist. Die Ausgangsspannung 
lässt sich über die Eingangsspannung regeln. Bild davon im Anhang!

Jetzt habe ich verschiedene Ferritkern-Trafos herumliegen - darunter 
diverse AC-Zeilentrafos und andere, teils selbst gebastelte HV-Trafos. 
Diese Trafos hänge ich gerne an den Generator, um damit herum zu 
experimentieren - also um  hochfrequente Hochspannung zu erzeugen.

Nur blöderweise ist es mir schon oft genug passiert, dass offensichtlich 
aufgrund von falschen Frequenzen, Pulsweisen, Wicklungen oder primär 
Spannungen diese Kerne in Sättigung gehen und dann zerstört es mir die 
MOSFETS der Schaltung. Und das dürfte so schnell gehen, dass eine 
Strombegrenzung der Schaltung nicht wirklich etwas dagegen hilft.

Also nochmal kurz: Ich stelle eine "unpassende" Frequenz und/oder 
Pulsweite ein, dann schließe ich irgend einen der herumliegenden Trafos 
mit unbekannten Wicklungen an - und puff der MOSFET ist hinüber. Da 
hilft offensichtlich auch keine 1 oder 2A Strombegrenzung der Versorgung 
der Schaltung.

Was kann ich tun, das genau das nicht passiert?

Grüße,
Wilfred

von Günter Lenz (Gast)


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Wilfred schrieb:
>Was kann ich tun, das genau das nicht passiert?

In die +Leitung die zu deinen Trafo geht eine
Konstantstromschaltung mit Transistor einfügen.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Nimm dicke FETs oder zwei davon parallel (zwei parallele FETs bringen 
die Verlustleistung pro FET auf 1/4tel herunter), dann greift eine 
Schutzschaltung bei 1..2A locker. Die musst Du in die Source-Leitung der 
beiden FETs einbauen, so daß sich der Zwischenkreis im Fehlerfall nicht 
durch die FETs entleert, sondern die FETs schnell abgeschaltet werden, 
wenn die Schwelle erreicht wird.

Dann würde ich mit der Frequenz von oben an die Grenze herangehen. Also 
mit maximaler Frequenz anfangen und diese langsam absenken. Wenn der 
Strom dann stark ansteigt weißt Du, daß der (unbelastete) Trafo jetzt in 
die Sättigung kommt.

von Michael B. (laberkopp)


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Wilfred schrieb:
> vor einem in die sättigung gegangenen Trafo zu schützen.

Man erkennt die Sättigung an massiv schnell steigendem Strom.

> Und das dürfte so schnell gehen, dass eine
> Strombegrenzung der Schaltung nicht wirklich etwas dagegen hilft

Doch, geht schon, shutdown vom SG3525 beendet die PWM sofort.

Man misst mit einem Widerstand in der gemeinsamen MOSFET Sourceleitung.

Hat nur leider 0.7V Einschaltspannung, eventuell also ein 
Stromwandeltrafo dazu.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Das Problem hatte in Bild 8.4.b schon jemand gehabt.
Es gibt von Elektor einen 200W Wechselrichter mit SG3526 und IRF054, 
dort ist auch eine Überstromabschaltung eingebaut.



http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8_3/Kapitel8_3.html#8.4

mfG

von Peter D. (peda)


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Wilfred schrieb:
> Und das dürfte so schnell gehen, dass eine
> Strombegrenzung der Schaltung nicht wirklich etwas dagegen hilft.

Eine Strombegrenzung vor dem 470µF Elko ist in der Tat vollkommen 
sinnlos.
Du mußt den Strom in der Sourceleitung der FETs messen und auf den 
SG3525 führen. Der SG3525 kann die FETs schützen, wenn man ihn nur läßt.

: Bearbeitet durch User
von glubschi (Gast)


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Wilfred schrieb:
> mit einer einstellbaren Frequenz von 100Hz bis 400kHz

400kHz sind mit diesen FETs ohne je einen fetten Treiber vor
jedem Gate ein völliger Witz - zumindest, wenn mal was anderes
als Trafo-Leerlauf gemacht werden soll. Da wäre Wasserkühlung
nötig, und trotzdem ist es dann kein Rechteck, sondern 3eck.

Unter Last und/oder hohe Frequenz scheint bei den Experimenten
nicht vorgekommen zu sein - da kannst Du Dein Konstrukt 10mal
"wunderbar" nennen, es macht nicht das, was Du versprichst
(oder gar selbst glaubst). Sorry, aber das ist so.

Ich glaube jedoch, daß Du eh keine Multi-Kilowatt-Trafos hast,
daher auch ohne besagte Treiber, und mit weit kleineren FETs
(z.B. IRF840) auskommen würdest. Etwas mehr als jetzt wäre so
wohl drin, wenn vielleicht auch keine 400kHz.

Mit der Strombegrenzung überleben kleinere FETs dann auch.

von Peter R. (pnu)


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Nach meinen Bastler-Erfahrungen werden die FETs eher durch Überspannung 
als durch Überstrom vernichtet.

Gerade wegen dieser Spannungsspitzen ist ein Oszilloskop das wichtigste 
Gerät beim Bau solcher Schaltungen.

Was meiner Meinung nach in der Schaltung noch völlig fehlt, ist ein 
Schutz gegen Überspannungen, erzeugt durch die Streuinduktivität eines 
angeschlossenen Transformators, denn die Snubber mit 180 Ohm, 4,7 nF 
dürften nicht bei jeder Trafobauart bzw. Arbeitsfrequenz passen.

Da würde ich für den Probebetrieb die FETs mit HV-Z-Dioden vor zu großen 
UDS schützen.

Die Snubber-Dimensionierung sollte man dann erst am aktuellen Trafo, 
noch unter Schutz durch HV-Z-Dioden erstellen. Dann wird sie nicht zum 
Leistungsfresser mit 5W-Widerständen.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Die Frequenz ist gar nicht so kritisch wie das im ersten Moment 
aussieht. Vor einigen Jahren habe ich an einer KFZ-Endstufe 
herumgeschraubt, deren Netzteil heiß wurde und keine richtige Leistung 
brachte. Alles gemessen, nichts gefunden, sah alles soweit gut aus - bis 
ich aus irgendeiner Überlegung heraus mal die Frequenz von dem berechnet 
habe, was ich auf dem Oszi gesehen habe. Der Kondensator des 
TL494-RC-Taktgenerators war elektrisch offen, der Aufbau schwang mit 
irgendwas um die 600kHz, obwohl es nur 40kHz hätten sein sollen. Also 
200..300kHz sind mit der internen Endstufe des SG3525 problemlos möglich 
wenn man FETs mit wenig Gate Charge nimmt.

von Wilfred (Gast)


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OK, super & DANKE für die vielen Ideen!

... was ich vergessen habe zu erwähnen war, dass ich die Trafos sowieso 
nie mit mehr als 80kHz betreibe, die laufen meist so mit 10-80kHz.

Dann zur Strombegrenzung: Ich messe also ("den Strom") über einen 
Widerstand in der gemeinsamen Sourceleitung der MOSFETS und gib danach 
dem SG3525 am "Shutdown"-Eingang ein entsprechendes Signal, das 0,7V 
betragen muss? Stimmt das so?

... da muss ich noch nachgrübeln wie ich das genau machen werde, aber 
vom Prinzip her finde ich es gut, dass man es direkt mit dem SG... 
machen kann.


Zur Spannungsbregrenzung: ... auch eine gute Idee und so eine 
Überspannung könnte natürlich auch die MOSFETS zerstören. Wie genau 
schütze ich die FETS dann - bzw. wo baue ich die HV-Z-Dioden ein?

Beste Grüße,
Wilfred

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wilfred schrieb:
> Ich messe also ("den Strom") über einen
> Widerstand in der gemeinsamen Sourceleitung der MOSFETS und gib danach
> dem SG3525 am "Shutdown"-Eingang ein entsprechendes Signal, das 0,7V
> betragen muss? Stimmt das so?

Ja, so machst du das. Sinnvoll kann ein RC Tiefpass zwischen dem Shunt 
(Strommesswiderstand) und dem Shutdown Eingang sein, damit nicht jede 
Einschaltspitze zur Auslösung des Shutdown führt.
Hier suchst du den Kompromiss ziwschen Ansprechzeit und Störsicherheit.

: Bearbeitet durch User
von der schreckliche Sven (Gast)


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Wilfred schrieb:
> bzw. wo baue ich die HV-Z-Dioden ein?

Weglassen.

Bei zu hoher D-S Spannung wird die Body-Diode des MOSFET leitend wie 
eine Z-Diode. Daran stirbt er nur, wenn die Verlustleistung zu groß 
wird. Allerdings kann er viel mehr wegstecken, als jede Z-Diode.

Wilfred schrieb:
> ... da muss ich noch nachgrübeln wie ich das genau machen werde,

Was gibt es da zu "grübeln"? Siehe (geänderte) Schaltung.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Das mit der Überspannung birgt beim mittelpunktgespeisten 
Gegentaktwandler noch eine böhse Falle, nämlich daß die FETs mindestens 
die doppelte Betriebsspannung sperren können müssen. Wenn ein Zweig 
eingeschaltet wird, mutiert der entgegengesetzte zur Sekundärwicklung, 
die Spannung kommt da wieder raus und liegt dann in Reihe zur 
Betriebsspannung. 80V Eingangsspannung mit 100V FETs wird lustig (nur 
nicht für die FETs).

von Michael B. (laberkopp)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Was gibt es da zu "grübeln"? Siehe (geänderte) Schaltung.

Ja, aber 0.7V sind vielleicht etwas viel am R (Leistung), und filtern 
sollte man auch, die schnellen Stromänderungen durch die schaltenden 
Transistoren könnten an den induktiven Leitungen Fehlspannungen erzeugen 
die der Chip wegen fehlendem blanking zu Fehltriggerung verleitet.

Ben B. schrieb:
> 80V Eingangsspannung mit 100V FETs wird lustig

Er hat aber 500V FETs für 100V Eingangsspannung.

: Bearbeitet durch User
von glubschi (Gast)


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Ben B. schrieb:
> 80V Eingangsspannung mit 100V FETs wird lustig

Die ham nicht nur 44A Dauerstrom gerated, sondern auch 500V...

Ich glaube, ich weiß jetzt, wieso Du unterstellt hast, 400kHz
könnten da noch sehr gut gehen am SG3525 mit besagten FETs.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Nur falls das so rüberkam @Laberkopp, ich wollte nicht unterstellen, daß 
er zu schwache FETs eingesetzt hätte. Die gewählten Zahlen waren einfach 
nur ein Beispiel.

von Wilfred (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:

> Was gibt es da zu "grübeln"? Siehe (geänderte) Schaltung.

Naja, möglicherweise verstehe ich da irgend etwas nicht ganz, aber nach 
deiner Schaltung fließt ja der gesamte Strom über diesen einen 
Widerstand ab. Nehmen wir mal an, ich mache eine Strombegrenzung bei 12A 
oder noch höher (die MOSFETS können ja bis 44A), dann könnte ich gerne 
mal einen Trafo (vl. Zeilentrafo) mit 80Volt und 8A betreiben ... oder 
halt in diesem Leistungsbereich ... dann fließen 8A über den Widerstand 
+ liegen auch so z.B. 70 Volt am Widerstand an ... macht eine Leistung 
von 560 Watt?

Welcher Widerstand "verkraftet" 560 Watt?

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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: Bearbeitet durch User
von Wilfred (Gast)


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Oh... ok, dann wars ein völliges missverständnis von mir... bei 0,01 Ohm 
und 8A gibts einen Spannungsabfall von 0,08Volt und somit eine Leistung 
von 0,64 Watt... nagut

von der schreckliche Sven (Gast)


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Christian S. schrieb:
> Der Widerstand sollte etwa 0,01 Ohm haben,

Der Shutdown-Transistor im SG3525 hat die übliche Schaltschwelle von 
0,6Volt. Bei 0,01Ohm wäre die Strombegrenzung bei schlappen 60Ampere.

von glubschi (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Bei 0,01Ohm wäre die Strombegrenzung bei schlappen 60Ampere

Ja, etwas viel.

Nimmt man die 0,6V als ausreichend exakt an, also lebt mit etwas
Abweichung, wäre ein (0,6 : 8 =) 0,075 Ohm Widerstand angemessen.

Da in diesem bei 8A (8² * 0,075 =) 4,8W entstehen, würde ich wohl
einen Shunt mit 7,5W wählen, kleine Sicherheitsmarge halt.

Hier wohl von untergeordnetem Interesse, aber normalerweise wird
man den Spannungsfall eines niederohmigeren Shunts mit einem OPV
verstärkt auf den Shutdown-Pin führen. Allerdings steigt dann der
Aufwand, was einen (Pulse-by-Pulse geschützten) Strommodus Regler
weit attraktiver erscheinen läßt.

von Peter R. (pnu)


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Wilfred schrieb:
> Zur Spannungsbregrenzung: ... auch eine gute Idee und so eine
> Überspannung könnte natürlich auch die MOSFETS zerstören. Wie genau
> schütze ich die FETS dann - bzw. wo baue ich die HV-Z-Dioden ein?

In der Versuchsphase, zwischen D uns S der FETs.

Eigentlich nur zur Klärung, ob Überstrom oder Überspannung die Ursache 
sind.

Wenn der Wandler erst einmal läuft, würde ich mit Oszi-Kontrolle noch 
bei angeschlossenen Z-Dioden die RC-Glieder bzw die Fangschaltung für 
Spannungsspitzen mit Diode dimensionieren, angepasst auf die 
Streuinduktivität des Trafo.

Auf Dauer würde ich die HV-Z-Dioden nicht drin lassen. Die gehören zu 
den häufig ausfallenden Bauelementen.

: Bearbeitet durch User
von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Ich erlaube mir noch etwas Senf dazuzugeben:

1. Der PWM-Regler und auch die MOSFETs können mit wesentlich weniger als 
15V arbeiten - geh' besser auf 10V (8V min. für SG3525A).

2. Die 1000uF für die 15V-Versorgung sind völlig überdimensioniert und 
ich gehe mal davon aus, daß das als ELKO realisiert ist - der reagiert 
bei 80kHz faktisch nicht mehr. Für die PWM bei 15V brauchst Du aktuell 
125nC je MOSFET und bei den eff. wirksamen 100nF Puffer bricht Dir die 
Spannung weg. D.h. besser ist es ca. 100uF MLCC einzusetzen.

3. Wenn man Dein Snubber-Netzwerk betrachtet findet man schnell ein 
Problem: Dein MOSFET hält 500V aus: 500V/180R=2,8A - wenn das mal beim 
Abschalten ansteht, läßt Dir die initiale Spg-Spitze die FETs sofort 
durchknallen. Vielleicht kannst Du den Widerstandswert etwas absenken.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Jürgen W. schrieb:
> läßt Dir die initiale Spg-Spitze die FETs sofort
> durchknallen.

So ein Schmarrn.

von Thomas O. (kosmos)


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es gibt Zündtransistoren die geben ab einer gewissen Stromschwelle ein 
Signal aus damit man nicht in die Sättigung läuft.

https://www.st.com/resource/en/datasheet/vb525sp-e.pdf

: Bearbeitet durch User
von Mani W. (e-doc)


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Wurde die "Totzeit" schon erwähnt?

von Wilfred (Gast)


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Passt, danke für die sehr vielen Infos, werde da mal einiges 
ausprobieren!!

Zu der Betriebsspannung, ab ca. 12Volt am Eingang reagiert die Schaltung 
nicht mehr, da ist alles aus. Die funktioniert offensichtlich nur von 12 
Volt aufwärts, habe ich getestet.

Eine Totzeit ist eingestellt - über den R7 mit 470 Ohm! Wobei 500 Ohm 
auch schon die größtmögliche Einstellung wäre, also eh schon am Limitt.

... jetzt baue ich mal den "Shunt" ein und messe.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Wilfred schrieb:
> Eine Totzeit ist eingestellt - über den R7 mit 470 Ohm!

Der SG3525 macht übrigens ohne diesen Widerstand, also direkte 
Verbindung zw. Pin 5+7 eine Totzeit von ca. 400nS.

von glubschi (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Jürgen W. schrieb:
>> die initiale Spg-Spitze die FETs sofort durchknallen.
>
> So ein Schmarrn.

Verstehe ich ehrlich gesagt auch nicht. Seit wann machen
Snubber Spannungsspitzen? Das genaue Gegenteil passiert.

Wilfred schrieb:
> Eine Totzeit ist eingestellt - über den R7 mit 470 Ohm!

Ja, und auch noch 4,7nF als C. Knapp unter 10µs. Der Sinn
erschließt sich mir nicht so ganz, wenn nicht die Absicht
besteht, die Einschaltdauer (recht stark) zu reduzieren.

Vielleicht wollte Mani W. darauf hinaus?

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Mir geht es um den Strom, der evtl. gerade während der Abschaltphase 
noch durch den Transistor fließt.

Einfaches Rechenbeispiel: 10A fließen (weil eben der Trafo in Sättigung 
geht und dI/dt steiler wird), Der FET schaltet ab.

Sofern keine Last angehängt ist, die das zusammenbrechende Magnetfeld 
aufnimmt, geht der Strom initial noch durch den 180R-Widerstand und 
produziert entsprechend eine 1,8kV-Spannungsspitze. Dazu kommt noch die 
Frage, welchen 4n7-Kondensator Du da einsetzt: Ist das ein gewickelter 
Typ, der evtl. eine sehr hohe parasitäre Induktivität hat?

Weiters gefunden: https://www.mikrocontroller.net/articles/Snubber

Ergänzend muß ich sagen, daß ich mit derartigen Schaltungen nicht viel 
arbeite, diese Vermutung ist ein Hüftschuß.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Jürgen W. schrieb:
> diese Vermutung ist ein Hüftschuß.

Bingo

von Wilfred (Gast)


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Noch eine kurze Frage:

Was passiert, nachdem der IC einen "shutdown" gemacht hat? Bleibt er 
eine bestimmte Zeit aus oder muss ich ihm "neu starten", indem ich die 
Spannungsversorgung abklemme und neu an??

von der schreckliche Sven (Gast)


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Er startet von selber wieder, ein bißchen verzögert durch C3 
(Softstart).

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