Power-Tipps von TI, Teil 16 Beschaltung von Durchflusswandlern mit Snubbern

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Tun Sie sich auch schwer mit der Auswahl der passenden Snubber-Bauelemente? Die richtige Wahl der zusätzlichen Kapazitäten und Widerstände kann in der Tat manchmal schwierig sein. Daher soll hier ein Verfahren vorgestellt werden, mit dem sich dieses Problem schnell lösen lässt.

Bild 1 zeigt die Leistungsstufe eines Durchflusswandlers. Dieser Wandler arbeitet mit einem Transformator, der die Eingangsspannung in den Sekundärkreis induziert, wo sie gleichgerichtet und gefiltert wird. Ein Snubberglied wird häufig benötigt, wenn D2 gezwungen wird, durch einen Kreis mit niedriger Induktivität, der aus der reflektierten Primärspannung und der Streuinduktivität des Transformators gebildet wird, in den Aus-Zustand umzuschalten.

D2 kann beispielsweise eine p-n-Siliziumdiode mit einer Sperrverzögerungsladung sein, die abgebaut werden muss, bevor die Diode abschaltet. Hierdurch baut sich ein Überstrom in der Streuinduktivität auf, der zu hochfrequentem Nachschwingen und einer Spannungsüberhöhung an der Diode führt. Eine ähnliche Situation ergibt sich bei Schottky-Dioden wegen ihrer größeren Sperrschichtkapazität und selbst bei Synchrongleichrichtern wegen ihrer Abschaltverzögerungszeiten.

Bild 2 zeigt einige Signalverläufe in der Schaltung. Die obere Kurve ist die Drain-Spannung von Q1, die mittlere ist die Spannung an der Verbindung von D1 und D2, und die untere ist der Strom durch D1. In der oberen Kurve ist zu sehen, dass beim Einschalten von Q1 die Drain-Spannung unter die Eingangsspannung sinkt, so dass der Strom durch die Diode D1 steigt.

Wenn in D2 keine Sperrverzögerungsladung vorhanden wäre, würde die Sperrschichtspannung steigen, sobald der Strom durch D1 ebenso groß wie der Ausgangsstrom ist. Da sie aber eine Sperrverzögerungsladung hat, steigt der Strom durch D1 weiter und beginnt mit dem Abbauen der Ladung. Ist die Ladung abgebaut, so schaltet die Diode aus und bewirkt, dass die erhöhte Sperrschichtspannung steigt. Zu beachten ist, dass der Strom so lange zunimmt, bis die Sperrschichtspannung ebenso groß wie die reflektierte Eingangsspannung ist, weil über der Streuinduktivität eine positive Spannung liegt. Während sie steigt, lädt dieser Strom parasitäre Kapazitäten auf, was zu weiterem Nachschwingen und zusätzlichen Verlusten in der Schaltung führt.

Diese Nachschwingsignale sind in vielen Fällen inakzeptabel, da sie ein EMI-Problem hervorrufen oder die Diode mit inakzeptablen Überspannungen beaufschlagen können. Ein RC-Snubberglied über D2 kann dieses Nachschwingen wesentlich dämpfen, ohne dass der Wirkungsgrad nennenswert darunter leidet. Die Nachschwingfrequenz lässt sich mit Hilfe des folgenden Ausdrucks (Gleichung 1) ermitteln.

Woher aber bekommen Sie die Werte von L und C in Ihrer Schaltung? Der Trick besteht darin, die Nachschwingfrequenz durch Hinzufügen einer bekannten Kapazität über D2 zu senken – dann haben Sie zwei Gleichungen und zwei Unbekannte. Sie können sich das Leben sogar noch leichter machen, wenn Sie die zusätzliche Kapazität nur gerade so groß machen, dass sich die Nachschwingfrequenz halbiert. Bei der halben Frequenz benötigen Sie eine Gesamtkapazität, die gleich dem Vierfachen der anfänglichen parasitären Kapazität ist. Anschließend brauchen Sie nur die zusätzliche Kapazität durch 3 zu dividieren, um die parasitäre Kapazität zu bestimmen.

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