Triac-Schaltung durchgebrannt

Hier zwei Fotos - der kleine schwarze Fleck ist anscheinend die Brandstelle. Ich konnte nicht 100% sehen, von wo der Rauch kam, da die Platine eingebaut war und ich schnell ausgeschalten habe. Aber auch am Triac nebenbei sieht man auch, dass es aus dem Varistor gebrannt haben muss.

Die Platine habe ich bei JLCPCB fertigen lassen. Hier ein Link zum Varistor: https://jlcpcb.com/partdetail/COV-07D431K/C317764

Ich habe noch ein zweites Board zum testen bzw. auch die zweite identische Triac-Schaltung auf der kaputten Platine. Natürlich kann man einen einfachen Bauteilfehler nicht ausschließen.

Gerade nachgeschaut und am RV2 steht:

ZNP 07D180K D8D

Das Modell 07D180K ist jedoch falsch --> es sollte 07D431K sein. 07D180K hat nur eine Varistor-Spannung von 18V...

Mit beiden Platinen habe ich 4x dieser 07D431K Varistoren verbaut. 3 von 4 sind 07D431K und 1x 07D180K. Unglaublich wie dieser Fehler bei JLCPCB passieren konnte.

Aber der Triac oder sonstige Komponenten haben dann - nehme ich an - keinen Schaden genommen, da der Strom nur über den RV2 geflossen ist. Somit sollte ich das Bauteil bedenkenlos austauschen können (?).

Kann mir noch wer erklären wofür es R56 und R57 eventuell braucht? Die meisten Triac-Schaltungen sind ohne dieser zusätzlichen Widerstände. Ich konnte bis jetzt keine Erklärung finden.

Christoph schrieb:

Kann mir noch wer erklären wofür es R56 und R57 eventuell braucht?

Die ersetzen R10 und R12, wenn Du den Schukostecker umgekehrt in die Steckdose steckst.

Schau mal auf die Spannungsfestigkeit der SMD Widerstaende. Koennten nur 150...200V sein.

Falls das Gate durchbricht, kann es zum oberen oder unteren Anschluss durchbrechen. Wenn auf einer Seite nur der Widerstand ist, kann der OK heftig platzen. So gehen im Halbleiterdurchschuss nur maximal 2A durch den OK in beiden Faellen.

H. H. schrieb:

Die verbessern die Störfestigkeit der Schaltung.

Super, besten Dank - wieder was gelernt! Und vor allem den Hinweis, das Bauteil selbst unter die Lupe zu nehmen. Das wäre wahrscheinlich das Allerletzte, was ich gemacht hätte.

Dieter D. schrieb:

Schau mal auf die Spannungsfestigkeit der SMD Widerstaende. Koennten nur 150...200V sein.

Sind auch nur 200V Widerstände - deswegen 2x in Serie.

Christoph schrieb:

Kann mir noch wer erklären wofür es R56 und R57 eventuell braucht? Die meisten Triac-Schaltungen sind ohne dieser zusätzlichen Widerstände.

Nee, das ist die Standarschaltung aus dem Datenblatt, siehe Anhang. Bei Dir auf je zwei aufgeteilt, vmtl. wegen der Spannungsfestigkeit.

Christoph schrieb:

Schau mal auf die Spannungsfestigkeit der SMD Widerstaende. Koennten nur 150...200V sein.

Sind auch nur 200V Widerstände - deswegen 2x in Serie.

Immer noch mit sehr wenig Reserve.

Beachte die Verlustleistung am Triac, mit 1700 Watt / 7,5 Ampere musst Du an die 10 Watt Wärme abführen! In einem ähnlichen Aufbau habe ich meinen Triac auf einen Fingerkühlkörper gesetzt und wegen ungünstiger Einbausituation mit einem Temperaturfühler versehen.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/340760/LTP_B_1200_70.jpg

Manfred P. schrieb:

Beachte die Verlustleistung am Triac, mit 1700 Watt / 7,5 Ampere musst Du an die 10 Watt Wärme abführen! In einem ähnlichen Aufbau habe ich meinen Triac auf einen Fingerkühlkörper gesetzt und wegen ungünstiger Einbausituation mit einem Temperaturfühler versehen.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/340760/LTP_B_1200_70.jpg

Oben hat er ein 3D-Modell gezeigt, da ist auch nen dicker Kühlkörper gezeigt.

Was hier auch noch zu überlegen wäre, wäre eine Thermosicherung in Reihe mit dem Varistor und thermisch gekoppelt, z.B. eng nebeneinander und dann gemeinsam Schrumpfschlauch drüber.

In dieser Konfiguration mit dem Varistor über dem Triac nimmt der Varistor alle durch das Schalten entstehenden Überspannungspulse auf. Die parasitäre Induktivität der Heizung und Zuleitung kann da schon etwas ausmachen. Wenn man dann alle 4 Sekunden schaltet (erlaubte Flicker-Grenze) dann sind das viele kleine Impulse die dann evtl. den Varistor irgendwann doch durchschlagen lassen. Dann würde die Thermosicherung auslösen und alles rechtzeitig stilllegen.

Wenn der Heizstab in Wasser sein sollte, ist die 120°C Thermosicherung dort vermutlich zu spät, da würde schon mächtig Dampfdruck entstehen statt dass die Temperatur so hoch geht.

Bei 120°C erzeugt Wasser etwa 1 bar Überdruck. Erstaunlich wenig.

Dieter D. schrieb:

Christoph schrieb:

Kann mir noch wer erklären wofür es R56 und R57 eventuell braucht?

Die ersetzen R10 und R12, wenn Du den Schukostecker umgekehrt in die Steckdose steckst.

Schau mal auf die Spannungsfestigkeit der SMD Widerstaende. Koennten nur 150...200V sein.

Dieter D. schrieb:

Die ersetzen R10 und R12, wenn Du den Schukostecker umgekehrt in die Steckdose steckst.

Eine echte Spitzenleistung des Forentrottels.

Welcher Wochentag war denn gestern?

(Übrigens der Punkt zu den Spannungsfestigkeiten stand schon im Schaltplan.)

Es ist nach Murphy schon vorgekommen, dass beim OK Pin 2 und 4 eine Verbindung bekamen. Der Lichtbogen ging dann über den durchgegangenen Thyristor, den zu schwachen Widerstand (Gate-Bonddraht war schon weggebrannt) bis auf die Sekundärseite und vernichtete den ansteuernden µC. Die Sicherung F1 sah von dem Strom nichts.

Ich hatte schon ein Miniaturrelais, wo der ausgebrannte Schaltkontakt die Wicklung gegrillt hat und den Ansteuertransistor mitgerissen hat. So gesehen gibt es keine 100%ige Sicherheit, außer man arbeitet mit Luchtwellenleiter :D

H. H. schrieb:

Aber er hat schon nachgelegt.

Stimmt. Und Dich gleich erwischt. Bist gescheitert am ersten Satz, der Frage. ;)

Gerald B. schrieb:

So gesehen gibt es keine 100%ige Sicherheit, ...

Volle Zustimmung. Die 100%ige Sicherheit gibt es wirklich nicht. Nur eines ist 100%ig sicher, und zwar dass jeder von uns irgendwann nicht mehr unter den Lebenden weilen wird.

Gerd E. schrieb:

In dieser Konfiguration mit dem Varistor über dem Triac nimmt der Varistor alle durch das Schalten entstehenden Überspannungspulse auf. Die parasitäre Induktivität der Heizung und Zuleitung kann da schon etwas ausmachen. Wenn man dann alle 4 Sekunden schaltet (erlaubte Flicker-Grenze) dann sind das viele kleine Impulse die dann evtl. den Varistor irgendwann doch durchschlagen lassen. Dann würde die Thermosicherung auslösen und alles rechtzeitig stilllegen.

Danke für den Input! Was hat das genau mit den 4 Sekunden auf sich? In welchen Normen ist das beschrieben? Dazu findet man wenig Konkretes. Ich habe nämlich vor, mehrmals pro Sekunde zu schalten (der MOC3063 schaltet bei Nulldurchgang), da ich ein sehr sensibles System habe und das sonst nicht funktioniert.

Christoph schrieb:

Danke für den Input! Was hat das genau mit den 4 Sekunden auf sich? In welchen Normen ist das beschrieben? Dazu findet man wenig Konkretes.

Hier sind die Grundlagen beschrieben: https://de.wikipedia.org/wiki/Flicker_(Elektrotechnik)

Ich habe nämlich vor, mehrmals pro Sekunde zu schalten (der MOC3063 schaltet bei Nulldurchgang),

Bei 1700W und hartem an/aus wirst Du die Flicker-Grenzwerte sehr deutlich reißen. Das darfst Du so in der Form also nicht ans Netz anschließen.

Es gibt verschiedene Lösungsansätze:

• Heizstab in mehrere kleine aufteilen. Dann mehrere Relais oder Triacs verwenden um die je nach Bedarf in Reihe oder Parallel zu schalten. Dadurch bekommt man dann viele Schaltstufen mit denen man meist nah genug an den Sollwert ran kommt

• Variables Schaltnetzteil: wandelt die Netzspannung in eine einstellbare Spannung um, damit nahe am Sollwert. Teuer.

• Elektronisch geregelter Variac. So hat man das früher gemacht. Groß und teuer.

da ich ein sehr sensibles System habe und das sonst nicht funktioniert.

Kannst Du da nicht ein wenig thermischen Puffer dazwischenpacken, so dass ein paar Sekunden Schalttakt nichts ausmachen? Z.B. die ganzen Ceran-Küchenherde machen das auch so, genau wegen der Flicker-Problematik.

Um was für ne Anwendung geht es denn genau? Dann können wir zielgerichteter Tipps geben.

Christoph schrieb:

Dazu findet man wenig Konkretes.

Zeitabhängige elektro-thermische Berechnungen wurden untersucht und veröffentlicht in folgenden Quellen:

a) G. Zhao, R. P. Joshi, V. K. Lakdawala, and H. P. Hjalmarson. Electrothermal Simulation Studies for Pulsed Voltage Induced Energy Absorption and Potential Failure in Microstructured ZnO Varistors. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 14(4):1007–1015, 2007. 26

b) Guogang Zhao, Ravi P. Joshi, and Harold P. Hjalmarson. Electrothermal Model Evaluation of Grain Size and Disorder Effects on Pulsed Voltage Response of Microstructured ZnO Varistors. Journal of the American Ceramic Society, 91(4):1188–1193, April 2008. 26