solarmax DC-DC-Konverter, Serienfehler, Hilfspannung

[Michael D. (michadt)]

Guten Tag,

ich habe mich gerade erst angemeldet, bin Elekronikingenieur und lebe in 
Kenzingen.

Ein Solateur hat mir 3 defekte solarmax DC-DC-Konverter zur Durchsicht 
gegeben.

Die Wandler scheinen CLLLC Wandler zu sein (Dual Active Bridge) und die 
Energie zwischen dem Batteriekreis 50V und einem 700V Zwischenkreis hin- 
und herzuschieben (Die Induktivität des dritten Ls in CLLLC habe ich 
noch nicht gefunden, kann man das rein mit der Streuinduktivität 
erledigen?).

Da ich keinerlei Unterlagen habe, konnte ich sie nur sehr begrenzt 
durchmessen, habe aber bei allen drei die gleiche Problemstelle 
gefunden: bei einem Hilfsspannungskonverter für die Versorgung der 
700V-Seite ist der Snubber-Widerstand deutlich zu heiss geworden.

Dort sind 0402 Widerstände verbaut, die wohl deutlich unterdimensioniert 
sind (Lötstopplack braun).

Ein Widerstand ist komplett ausgefallen und eine Gleichrichterdiode 
(B2100) ist durchlegiert, beim zugehörigen Schaltregel-IC (leider unterm 
Kühlkörper) sind auch Teile einer Leiterbahn verdampft. Das IC ist so 
heiss geworden, dass die Typenbeschriftung weggebrannt ist. Ich nehme 
an, dass das von der durchlegierter Diode und somit kurzgeschlossener 
Sekundär-AC stammt.

Trafo, Snubber, B2100, Siebung sind auf der Bestückungsseite, 
Schaltregel-IC (jpeg) auf der Lötseite.

Weiss jemand, welches IC dort verbaut wurde? Vielleicht liest ja ein 
ehemaliger solarmax-Entwickler mit?

Vielen Dank und viele Grüße
michael

[Harald K. (kirnbichler)]

Sollte das unter Analogelektronik nicht besser aufgehoben sein?

[Michael D. (michadt)]

hi Harald,

ja, möglicherweise habe ich da einen Fehler gemacht, andererseits lebt 
so ein Schaltregler in einer Zwischenwelt.
die SiC-mosFets analog anzusteuern, würde sicher ein hübsches Feuerwerk 
ergeben. OK, kleiner Scherz.
Aber ja, von mir aus kann der Beitrag gerne verschoben werden. Trafos, 
Streufeldentsorgung, Gate-Driver-Netzwerke etc. sind klar analog.

frohes Löten
michael

[Gerd E. (robberknight)]

Probier mal z.B. mit einer Taschenlampe den IC von verschiedenen Seiten 
zu beleuchten. Noch besser mit nem externen Blitz. Oft kommt bei 
richtiger Beleuchtung dann die Beschriftung des ICs raus und damit kann 
man den dann identifizieren.

[Armin X. (werweiswas)]

Hi
Wer sagt denn, dass da überhaupt etwas drauf war was wegbrennen hätte 
können? Das sieht mir schon gut fotografiert aus und die körnige 
Oberfläche macht in dem Bild eher den Eindruck als wäre die mal 
bearbeitet worden.
Vielleicht hat dein Solarteur ein weiteres, noch funktionierendes, Gerät 
zum Nachschauen.

[Michael D. (michadt)]

ja, auch mit starker Kopflupe sieht man nichts.

Das Problem ist, dass das IC unter dem Kühlkörper sitzt und um den zu 
demontieren muss man die Halteklammern der Leistungsmosfets weghebeln.

Das ist eine arge Würgerrei und ich habe dabei schon ein Stück der 
Wärmeleitfolie abgequetscht. Und die ist essentiell bei 700V.

Ich wüsste auch nicht, wie man die Snap-In Klammern selbst mit einem 
speziellen Werkzeug wieder sanft rausbekommen könnte.

Einen funktionierenden Wandler würde ich also nicht anfassen wollen, 
aber ich habe ja noch 2 defekte. Also mal die aufknacken, ist ziemlicher 
Stress für die MosFets.

[Georg S. (randy)]

Wenn das nur eine galvanisch isolierte Hilfsspannungserzeugung ist: Kann 
man an einem der funktionierenden Messen wie hoch die Spannung ist? Dann 
könnte man mit einem Steckernetzteil an einem Defekten die Spannung 
einspeisen um zu sehen ob es wieder geht und wie viel Strom gezogen 
wird. Galvanisch Isolierte DC/DC Wandler gibt es auch fertig als 
vergossene Module zu kaufen.

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

Kannst Du mal ein Bild der kompletten Platine hineinstellen?

Wenns nur die Hilfsspannungserzeugung ist, klingt das erstmal einfach zu 
reparieren (wenn man deren Höhe ermitteln kann, könnte man eine eigene 
Lösung dafür einbauen) aber durch den Defekt ist es auch sehr gut 
möglich, daß eine Überspannung sehr großen Schaden im restlichen Gerät 
angerichtet hat.

[Michael D. (michadt)]

hier die Ansicht von Löt- und Bestückungsseite ohne Kühlkörper. 2kW über 
den kleinen Trafo, nicht schlecht!

Man erkennt 4 Isolated-Halbbrücken-Gate-Driver UCC21520, ein paar 
AMC1301 Iso-OPAmps, einen CA1S3050U Iso-CAN-RX/TX, den Rest (JH 625, 
SXE02205M) konnte ich nicht identifizieren. Ach und den uC hab ich noch 
vergessen.

Da ich ursprünglich die B2100 im Gate-Netzwerk im Verdacht hatte, habe 
ich das Netzwerk skizziert (SiC-MosFets Ansteuerung, 700V Kreis). 
Interessanterweise werden die MosFets nur über den Ladestrom einer 
Kapazität eingeschaltet. Ich habe aber wirklich keinen weiteren 
Widerstand gefunden. Die beiden antiseriellen Dioden werden Zeners sein.

Ich weiss nicht, mit welcher Spannung die Elektronik versorgt wird. 
Wahrscheinlich über einen von den 12 kleinen Steckkontakten? Oder aus 
der 50V Batterie, damit das netzunabhängig wird (Inselbetrieb)? Muss ich 
noch durchpiepsen.

Platine ist mind. 4-lagig, erschwert das Rerverse-Engineering. Und 
testen lässt sich der Wandler nur im max-storage-Rack. Hab' ich nicht. 
(1)

Vergoldete CU-Flächen, alles super sauber, moderne SiC-Halbleiter (auch 
die Bootstrap-Diode) und dann steigt das Ganze wegen eines so profanen 
Hilfs-DC-Konverters aus.

Weiss jemand, warum man ohne Not 0402 Bauteile nimmt? Aus Kostengründen? 
Kleinere Streuinduktivitäten?

(1) bei kleinanzeigen.de gibt's gerade einen, ebenfalls mit defektem 
DC-DC (die scheinen also öfter auszufallen) und defektem DC-AC.

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

> 2kW über den kleinen Trafo, nicht schlecht!
Naja. Die werden schon wissen wieso sie den Lüfter da hin gepackt haben 
wo er ist. :)

Auf jeden Fall eine interessante Platine, allerdings ist das meiner 
Meinung nach kein LLC Resonanzwandler, sondern ein einfacher hart 
schaltender Gegentaktwandler mit zwei Vollbrücken. Ich habe vor kurzem 
selbst was ähnliches zur Teilegewinnung zerlegt (SolarEdge 8KW 
Batteriewechselrichter mit unklarem Status, dessen 
Steuerungsschnittstellen besser gesichert sind als Fort Knox). In dem 
Gerät waren zwei Trafos drin, also muss einer 4kW machen. Spannend fand 
ich, daß die 48V Wicklung der Trafos nur aus zwei Windungen besteht. 
Getrennte Wickelkammern, dickes Kabel drumgewickelt, scheint zu reichen. 
Bis zu 30V pro Windung finde ich sportlich. Die Zwischenkreisspannung 
dürfte bei 800..1000V liegen (2x 550V Elkos in Reihe), den MPPT-Tracker 
hat man sich komplett gespart und überlässt das den zwingend geforderten 
Modul-Optimierern, von denen die Kiste 16 Stück oder so als String 
erfordert. Die Wandler sind aber auch nur ungeregelte Gegentaktwandler 
mit zwei Vollbrücken, es gibt weder auf der 48Vdc- noch auf der 
HV-Zwischenkreis-Seite des Trafos Kondensatoren oder Induktivitäten in 
Reihe mit dem Trafo, beide Zweige mit jeweils einem Trafo sind einfach 
parallelgeschaltet.

> Interessanterweise werden die MosFets nur über den Ladestrom
> einer Kapazität eingeschaltet.
SiC-FETs scheinen es zu lieben, wenn sie mit einer leicht negativen 
Gate-Spannung gesperrt werden. Die Gate-Beschaltung in dem 
SolarEdge-Gerät ist ähnlich komplex, ich vermute einen ähnlichen Aufbau 
- abgezeichnet habe ich ihn aber noch nicht. Das wird auch doof, die 
Platine ist mehr als zweilagig und die Bauteile der Gate-Beschaltung 
sind auf Ober- und Unterseite der Platine verteilt. Diese Wandler laufen 
mit sehr hoher Frequenz (ich vermute irgendwas zwischen 300..500kHz), 
bei 400kHz hat ein 500nF-Kondensator nur noch einen Blindwiderstand von 
0,8 Ohm. Der Gate-Strom geht da also nahezu ungehindert durch, mit dem 
10k-Widerstand und den beiden Z-Dioden ließe sich der Mittelwert der 
Rechteckspannung auf der Gate-Seite ein Stück ins Negative verschieben. 
Ohne die Z-Dioden würde ich erwarten, daß sich der Mittelwert genau auf 
Source-Potential einpegelt (kann natürlich auch sein, daß die genau das 
wollen, dann sind beide Zenerdioden gleich).

> Ich habe aber wirklich keinen weiteren Widerstand gefunden.
Hast Du probiert, einen zu messen?

Welche FETs haben die verwendet?
Was ist das für ein Stromsensor am 48V-Eingang?

> Ich weiss nicht, mit welcher Spannung die Elektronik versorgt wird.
Bei dem SolarEdge-Gerät startet der DC/DC-Wandler definitiv mit den 48V. 
Das Gerät bleibt nach dem Abschalten der 48V-Versorgung auch noch einen 
Moment am Laufen, obwohl es keine großen Kapazitäten auf der 48V-Seite 
gibt. Da werden also sehr sicher die insgesamt 6 (3x zwei in Serie) 
550V-Elkos geladen. Allerdings können dann am Zwischenkreis die ganzen 
anderen Hilfsspannungswandler anlaufen, das kann man also als 
mehrstufigen Prozess betrachten.

Ich vermute mal ganz stark, daß der abgerauchte Wandler 12V ausspucken 
soll. Zu viel Spannung für die Gate-Treiber würde dort bei der hohen 
Frequenz gleich wieder zu höheren Verlusten führen. 5V wären meiner 
Meinung für die FET-Ansteuerung zu wenig. Es muss irgendwo noch einen 
zweiten Wandler oder Linearregler für den µC geben, der wird 
wahrscheinlich von dem defekten Wandler mitversorgt.

Man könnte versuchen was passiert, wenn man 12V nach dem Wandler 
einspeist. Also erstmal den defekten IC runter und schauen ob die 
Platine unversehrt geblieben ist, dann mal strombegrenzt 5..12V steigend 
einspeisen und schauen, ob irgendwann der µC aufwacht. Der Wandler wird 
wahrscheinlich nicht einschalten, aber vielleicht gibts irgend ein 
anderes Lebenszeichen.

> Vergoldete CU-Flächen, alles super sauber, moderne SiC-Halbleiter
> (auch die Bootstrap-Diode) und dann steigt das Ganze wegen eines
> so profanen Hilfs-DC-Konverters aus.
Tja, passiert. Man weiß ja nicht wie heiß das Ganze bei voller Leistung 
wird. Evtl. ist der Wandler auch durch einen anderen Defekt gestorben, 
durch den er kurzgeschlossen wurde, oder durch sowas wie Backfeed aus 
der Ausgangsspannung beim Abschalten oder ungeplanten Abtrennen der 
Eingangsseite, evtl. durch Überspannung... Oder der Schaltkreis ist 
einfach nur gepresste Kuhscheiße, dafür kann der Entwickler nicht so 
viel (siehe Fritzbox 7590 mit ihren heiß geliebten WLAN-Ausfällen).

> Weiss jemand, warum man ohne Not 0402 Bauteile nimmt?
> Aus Kostengründen?
Klares Ja.

> Kleinere Streuinduktivitäten?
Auch möglich, halte ich aber nicht für den ursächlichen Grund. Es ist 
schließlich nichts, was im Ghz-Bereich arbeiten muss.

> (1) bei kleinanzeigen.de gibt's gerade einen, ebenfalls mit
> defektem DC-DC (die scheinen also öfter auszufallen) und
> defektem DC-AC.
Daß beides gleichzeitig stirbt, ist unwahrscheinlich (aber möglich wenn 
z.B. der DC/AC-Wechselrichter durch Kurzschluss den DC/DC töten kann - 
allerdings scheint der eine brauchbare Strombegrenzung zu haben und 
müsste eher abschalten anstatt Schaden zu nehmen). Ich vermute daher 
stark, daß dieses Gerät bereits ausgeschlachtet wurde, bzw. die noch 
intakte Platine wurde entnommen und für den doppelten Bastelspaß des 
verdummten Käufers durch eine ebenfalls defekte ersetzt. Kann man für 
gaaaaanz wenig Geld zur Teilegewinnung nehmen, aber eher nicht zur 
Reparatur.

Warum ich mich gerade so sehr für das Thema interessiere: Ich grüble 
über den Bau eines 4kW starken 36V Solarladers mit hoher 
Eingangsspannung und überlege, dafür einen echten LLC-Wandler zu bauen, 
so daß MPP-Tracking und Spannungsanpassung in einer Stufe möglich 
werden. Ich brauche auch keinen bidirektionalen Wandler, allerdings ist 
bei den geplanten 100..120A Ausgangsstrom eine Synchrongleichrichtung 
wünschenswert. Sonst heizen mir zwei 100..150V-Dioden mit bis zu 80W die 
Bude, die ich lieber im Akku hätte.

[Michael D. (michadt)]

Einen abgebrochenen Wiha-3mm-Innensechskantschlüssel (zum Klammern 
hebeln) später hatte ich einen zweiten Kühlkörper abgebaut und siehe da: 
ein LM5017, glatte Oberfläche, alles lesbar. Jetzt wo ich es weiss, 
erkenne ich es auf dem verbrannten IC auch beinah.

Dank AN-2204 von TI hat man auch gleich die Schaltung (so etwa). Und da 
solarmax einen 100V-Step-Down genommen hat, wird der wohl die 
Batteriespannug runterregeln.

Mosfets 700V-Seite: SCT2280
         50V-Seite: 023N10N

Stromsensor 700V: 0.05Ohm-Shunt an den Eingangsklemmen, dann ist nochmal 
ein LEM CASR6 zwischen einem Brückenzweig und dem Trafo; ebenfalls auf 
der 700V Seite.

Stromsensor 50V: Allegro ACS781

>> Ich habe aber wirklich keinen weiteren Widerstand gefunden.
>  Hast Du probiert, einen zu messen?

ja, kein Gleichstrompfad messbar.

Der Trafolüfter ist fast zur Hälfte von den 50V Anschlussdrähten 
abgedeckt. Viel Luftstrom wird nicht beim Trafo ankommen.

Für die 3.3V hat's noch einen TPS 62177 und einen TPS 62175 für 
wahrscheinlich 5V.

Wieso gerade 36V und nicht 48V?

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

> ein LM5017
Nagugg. Dann kannst Du anhand des Datenblattes auch den Spannungsteiler 
für die Ausgangsspannung bestimmen und ausrechnen, welche Spannung das 
Geraffel dort erzeugen soll.

> Mosfets 700V-Seite: SCT2280
>          50V-Seite: 023N10N
Was bei diesen SiC-FETs auffällt, die haben fast alle eine stark 
asymmetrische Gate-Spannung. Beim SCT2280 z.B. -6..+22V. Daher diese 
komplexe Beschaltung des Gate-Anschlusses. Leider gibts im Datenblatt 
keine Beschreibung oder Schaltungsvorschlag für hohe Schaltfrequenzen.

> Stromsensor 700V: 0.05Ohm-Shunt an den Eingangsklemmen,
offensichtlich preiswerter als ein Stromwandler

> dann ist nochmal ein LEM CASR6 zwischen
> einem Brückenzweig und dem Trafo;
cycle-by-cycle Stromüberwachung

> Stromsensor 50V: Allegro ACS781
Um den gings mir. :) Allerdings kann der nur 100A Dauer, für mein 
Vorhaben eine kleine Spur zu schwach.

> Der Trafolüfter ist fast zur Hälfte von den 50V Anschlussdrähten
> abgedeckt. Viel Luftstrom wird nicht beim Trafo ankommen.
Das habe ich auch gesehen... gibt zwei Möglichkeiten - entweder die 
Anschlusskabel sind wirklich mies platziert oder evtl. bekommt man 
darüber ein gutes Stück Wärme aus dem Trafo heraus transportiert (Kupfer 
ist einer der besten Wärmeleiter), so daß die das absichtlich so 
hingelegt haben.

> Für die 3.3V hat's noch einen TPS 62177 und
> einen TPS 62175 für wahrscheinlich 5V.
Yep, dann macht der defekte Wandler ganz sicher sowas um 12..16V.

> Wieso gerade 36V und nicht 48V?
Ich konnte mir eine größere Anzahl Akkupacks aus dem Schrott 
heraussammeln, bei denen meistens das BMS nicht mehr wollte. Daraus habe 
ich die intakten Zellenpakete "recycelt". Leider haben diese 
Zellenpakete 36V und sie auf 48V umzufrickeln wollte und will ich mir 
nicht antun, da die einzelnen Zellen wie in solchen Akkusätzen üblich 
alle punktverschweißt sind. Das auseinanderzurupfen und neu zu verbinden 
wäre RICHTIG Arbeit und manchmal sind diese Schweißpunkte so gut, daß 
man beim Auftrennen Zellen beschädigt.