Blitzgenerator FA-702B: IRF540 werden sofort heiß – UC3843 / ISENSE auffällig

Hallo zusammen,

ich repariere aktuell einen Blitzgenerator FA-702B. Es handelt sich um den Blitzer unserer Freiwilligen Feuerwehr im Ort, daher würde ich das Gerät gerne wieder instand setzen.

Bei dem Gerät waren die Endstufen zur Erzeugung der Hochspannung bzw. der Startspannung defekt. Die Hochspannungserzeugung erfolgt über einen UC3843. Der UC3843 steuert zwei parallel geschaltete IRF540 an, die wiederum einen Trafo auf der Primärseite takten.

Das Problem:

Sobald ich 12 bzw. 13 V Versorgung anlege, werden die beiden IRF540 sehr schnell heiß und anschließend löst die interne 15-A-Sicherung aus.

Zum Testen betreibe ich die Schaltung zunächst mit einem Labornetzteil mit Strombegrenzung (0,5–1 A). Das Netzteil geht dabei praktisch sofort bzw. sehr schnell zwischen CC und CV hin und her.

Der UC3843 wurde bereits durch einen neuen ersetzt.

Folgende, auf den angehängten Bildern eingekreiste Bauteile habe ich ebenfalls bereits getauscht, da sie defekt waren:

• UC3843
• 2 × IRF540
• TIP32
• 78L08
• BC817
• 10 µF / 35 V Tantal → gegen einen Elko ersetzt

Die beiden IRF540 werden parallel angesteuert. Vom OUT des UC3843 geht es jeweils über zwei 10-Ω-Widerstände in Reihe zu den Gates.

Ich habe die IRF540 zunächst ausgelötet und die Ansteuerung untersucht.

Messungen ohne MOSFETs:

• VCC (Pin 12): 12,3 V DC
• VREF (Pin 14): 5,028 V DC
• RT/CT (Pin 7): sauberer Sägezahn, ca. 22,1 kHz
• OUT (Pin 10): ca. 21,2–21,7 kHz, ca. 11,3 V HIGH
• COMP (Pin 1): relativ hoher Pegel, regelmäßige Einbrüche synchron zur Schaltfrequenz
• ISENSE (Pin 5): ohne MOSFETs praktisch kein Nutzsignal

Der OUT-Pegel sieht ohne MOSFETs nach einem sehr hohen Tastgrad aus, ungefähr 90–95 %. Das erscheint mir aufgrund des fehlenden Primärstroms zunächst plausibel.

Danach habe ich die beiden IRF540 wieder eingelötet und unter Strombegrenzung (0,5–1 A) betrieben.

Die Gate-Ansteuerung beider MOSFETs ist sauber und synchron. Beide Gates werden praktisch gleichzeitig angesteuert. Die Ansteuerung selbst scheint mir daher zunächst nicht das Problem zu sein.

Interessant ist dagegen ISENSE.

Bei einer Messung mit:

CH1 = ISENSE Pin 5 gegen GND CH2 = Gate eines MOSFET gegen Bezugspotential

sehe ich während der Gate-Einschaltzeit keine deutliche, kontinuierlich ansteigende Strommessrampe. Stattdessen sehe ich hauptsächlich kurze Spikes, insbesondere an den Schaltflanken. (Bild davon im Anhang)

Das Gate bleibt dabei relativ lange HIGH.

Die Messung ist allerdings nicht optimal getriggert, weil die Versorgung aufgrund des hohen Stroms stark einbricht. Das Netzteil kommt dadurch teilweise gar nicht mehr auf die eingestellten 13 V.

Eine weitere Auffälligkeit:

Bei ausgeschalteter Platine messe ich zwischen

Pin 5 (ISENSE) und Pin 9 (GND)

nur etwa 8 Ohm.

Den Strommesspfad vom Shunt bis zum UC3843 habe ich inzwischen identifiziert. Die Platine ist zweilagig, aber sehr dicht aufgebaut, daher kann ich den kompletten Schaltplan leider nicht ohne weiteres nachvollziehen.

Die Strommessung erfolgt meiner bisherigen Einschätzung nach über den Messwandler TR1. Ich bin mir allerdings nicht sicher, ob der gemessene Widerstand von ca. 8 Ohm zwischen ISENSE und GND durch TR1 bzw. dessen Beschaltung verursacht wird oder ob hier möglicherweise ein Fehler vorliegt.

Datenblatt / Anleitung des Blitzgenerators:

https://www.martyag.com/app/download/8472374399/Anleitung+FA-702-B-DF.pdf?t=1383571808

Meine bisherigen Schlussfolgerungen:

• UC3843 wurde bereits getauscht
• 2 × IRF540 wurden bereits getauscht
• VCC ist mit 12,3 V unauffällig
• VREF ist mit 5,028 V unauffällig
• Oszillator läuft sauber mit ca. 22 kHz
• OUT funktioniert
• beide MOSFET-Gates werden synchron angesteuert
• trotzdem sehr hoher Eingangsstrom
• ISENSE zeigt bisher keine eindeutig erkennbare Stromrampe
• ISENSE gegen GND hat im ausgeschalteten Zustand nur ca. 8 Ohm. Ich kann momentan nicht beurteilen, ob dieser Wert durch die Beschaltung des ISENSE-Eingangs bzw. den Messwandler TR1 normal ist oder auf einen Fehler hindeutet.

Meine Fragen:

Wo würdet ihr jetzt weitersuchen?

Insbesondere interessiert mich:

1. Ist ein Widerstand von ca. 8 Ohm zwischen ISENSE und GND beim UC3843 in dieser Beschaltung plausibel?

2. Wie sollte das ISENSE-Signal bei einem korrekt arbeitenden UC3843 und einem Flyback-/Trafo-Primärkreis konkret aussehen?

3. Könnte es sich bei den beobachteten ISENSE-Spikes lediglich um Schalttransienten handeln?

4. Welche Messung würdet ihr als nächstes durchführen, um zwischen einem Fehler der Strommessung und einem Fehler im Leistungsteil/Trafo zu unterscheiden?

5. Welche typischen Fehler im Umfeld des UC3843 führen dazu, dass der MOSFET trotz hohem Primärstrom mit sehr langem Duty Cycle angesteuert wird?

Ich kann mit einem 4-Kanal-Oszilloskop messen. Eine Differenzialsonde habe ich derzeit allerdings nicht.

Vielen Dank schon einmal für eure Hilfe!