Flyback hat extreme Schwingungen während des Einschaltens

[Manfred (manniw)]

Ich habe einen Active-Clamp-Flyback aufgebaut (wie in Abb. 1 von 
https://www.semanticscholar.org/paper/Design-considerations-of-highly-efficient-active-Xue-Zhang/194e6eb9d10ca22337a53a5a118fe5233001d7a4/figure/0
 gezeigt, allerdings mit einer Diode anstelle eines FETs/Kondensators 
auf der Ausgangsseite). Zum Testen betreibe ich ihn mit fester Frequenz 
(50 kHz) und festem Tastverhältnis. Als Last habe ich eine einfache 
Glühlampe und einen Kondensator angeschlossen. Aus irgendeinem Grund 
beobachte ich starke Schwingungen im Strom auf der Primärseite beim 
Einschalten, anstatt des erwarteten rampenförmigen Stromanstiegs, wie er 
in der Abbildung des Papers gezeigt ist. Ich habe ein Bild vom 
Oszilloskop angehangen (oben Primärstrom, unten Sekundärstrom).

Ich bin mir nicht sicher, wodurch diese Schwingungen verursacht werden, 
da ich auf der Ausgangsseite eine SiC-Diode (VS-3C20ET07S2L-M3) 
verwende, sodass dort eigentlich keine Kapazität vorhanden sein sollte, 
die derartige Schwingungen erzeugen kann. Wenn ich die Ausgangswicklung 
kurzschließe, sehe ich einen flachen Strom, der zunächst sprunghaft 
ansteigt und dann langsam ansteigt (siehe das andere Bild im Anhang).

Ich habe versucht, auf andere Dioden umzusteigen (FEP30JP und die 
Soft-Recovery-Diode VS-8EWF12SLHM3), dadurch verändert sich zwar die 
Frequenz der Schwingungen leicht, allerdings verschwinden diese nicht 
und werden auch nicht schwächer. Da es jedoch die Frequenz beeinflusst 
glaube ich, dass die Diode auf der Sekundärseite an der Entstehung 
dieser Schwingungen beteiligt ist und dieses lediglich auf die 
Primärseite reflektiert wird.

Ich habe meinen Übertrager mit einem NanoVNA gemessen: Die 
Magnetisierungsinduktivität beträgt 14 µH, die Streuinduktivität etwa 
400 nH. Es sind 11 Primärwindungen und 90 Sekundärwindungen vorhanden, 
das Kernmaterial ist PC40. Die Resonanzinduktivität Lr im Schaltlplan 
oben beträgt 2,2 µH. Die Eingangsspannung habe ich mit einem 
Labornetzteil zwischen 0 und 15V variiert, das beeinflusst lediglich die 
Amplitude des Stroms, einschließlich der Schwingungen, bringt ansonsten 
keine Verbesserung. Ebenso habe ich versucht die Totzeit der FETs zu 
verändern, die Schwingungen werden dadurch jedoch nicht beeinflusst.

Wie kann ich herausfinden, woher diese Schwingungen kommen, und welche 
Maßnahmen kann ich ergreifen, um es zu reduzieren oder vollständig zu 
beseitigen? Blöderweise stört es sehr bei der Messung des Primärstroms, 
welcher im zweiten Schritt für die Strombegrenzung benötigt wird, und 
vermutlich beeinflusst es auch deutlich die Effizienz.

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Zuerst mal rausfinden, ob die Schwingungen real vorhanden sind oder erst 
durch den Anschluss des Mess-Equipments entstehen.

Und was den Strom-Anstieg angeht schaut mir das so aus, als ob der Trafo 
in Sättigung gerät, oder hast Du die Wicklungen verpolt?

Hast Du bedacht, daß eine einfache Glühlampe beim Einschalten einen 
deutlich niedrigeren Kaltwiderstand hat als im Betrieb?

[Manfred (manniw)]

Ben B. schrieb:
> Zuerst mal rausfinden, ob die Schwingungen real vorhanden sind oder erst
> durch den Anschluss des Mess-Equipments entstehen.

Die sind leider wirklich da, zu sehen daran, dass die Strommessung über 
einen Shunt mit einem Messverstärker durch die ständigen negativen 
Ströme komplett aus dem Tritt gebracht wird. Erst wenn ich das 
Stromlimit in der Regelung auf Maximum stelle gibt es nicht extreme 
Sprünge in der Einschaltdauer (die darauf zurückzuführen sind, dass es 
einfach extrem schwingt und nicht die gewünschte Rampe hat).

Ben B. schrieb:
> Und was den Strom-Anstieg angeht schaut mir das so aus, als ob der Trafo
> in Sättigung gerät, oder hast Du die Wicklungen verpolt?

Beachte, dass es bei dem einen Bild (wo nur eine Kurve ohne Schwingungen 
auf dem Oszi zu sehen ist) einen Kurzschluss auf der Sekundärseite zum 
testen gibt.

Der Strom-Anstieg ist generell eigenartig, aber vielleicht habe ich 
einen Denkfehler: Wenn ich den Übertrager komplett rausnehme, also nur 
die Induktivität Lr dort drin lasse (eine AGM2222-222ME von Coilcraft, 
Isat bei einem 10% drop sind 35A) dann sieht es im Prinzip genauso aus 
wie auf dem Bild mit der kurzgeschlossenen Sekundärwindung. Ich verstehe 
nicht woher dieser plötzliche Sprung kommt, eigentlich sollte es doch 
bei 0A losgehen und langsam ansteigen. Mein Netzteil liefert maximal 1A, 
also von den 35A aus dem Datenblatt bin ich eigentlich meilenweit 
entfernt. Keine Ahnung wieso da also irgendwas in die Sättigung gehen 
sollte. Oder laufe ich da vielleicht gerade in die Strombegrenzung 
meines Netzteils? Eigentlich habe ich aber dafür einen 10.000 uF 
Pufferkondensator vorgesehen.

EDIT: Kurze Berechnung, bei 2.2uH habe ich nach 1uS bei 10V einen Strom 
von 4A. Das könnte der Sprung am Anfang sein (also das es eigentlich 
sogar funktioniert wie es soll), dann wäre aber noch die Ursache der 
Abflachung zu klären.

Ben B. schrieb:
> Hast Du bedacht, daß eine einfache Glühlampe beim Einschalten einen
> deutlich niedrigeren Kaltwiderstand hat als im Betrieb?

Ja schon. Ich brauchte nur irgendeine Last, ansonsten habe ich auch noch 
Schwingungen in der Flyback-Phase. Angefangen hatte ich mit 15W, hab 
dann testweise auf 40W erhöht und das ganze glimmt auch schön, also so 
ganz verkehrt scheint das hier alles nicht zu sein, nur ganz richtig 
wohl auch noch nicht.