Neue Version meiner SSTC und neue Probleme

[nilswe]

Moin,

lang ist es her nach meiner Vorstellung hier im Forum, aber ich bin jetzt endlich dazu gekommen, nachdem ich die SSTC-2 von Kilovolt nachgebaut habe, die nächste Version von dieser zu erstellen. Also vom Treiber.
Der Oszillator wurde durch einen FPGA abgelöst, der Vorverstärker wurde vor allem wegen Kostengründen gegen ein UCC37321 und UCC37322 ersetzt und die Halbbrücke wurde durch ein "spiegeln" zu einer Vollbrücke.

Allerdings bin ich jetzt, nachdem ich alles zusammengebaut habe, auf ein Problem gestoßen und eine Frage.
Mir ist bei erstem Test mit Gleichstrom und mit einem Signalgenerator aufgefallen, dass ich ein starkes Problem mit Ringing habe.
Daraus resultiert ein hoher Strom bei geringem Lichtbogen. (2,2A bei 20V bei dem Foto unten)
Meine Idee das zu fixen wäre den Vorverstärker mit 2 weiteren Halbbrücken auszustatten, die dann den GDT versorgen.
Der GDT ist übrigens mit 10 Windungen 1:1:1:1:1 gewickelt.

Meine Frage wäre, ob jemand durch ein schnelles Drübergucken ein anderes größeres Problem entdeckt und mir damit vielleicht eine neue unnötige Platinen Erstellung erspart

Ich wäre über jeden Tipp dankbar

Blau ist die Gate-Spannung und pink ist der Strom über die Primary

Gate Q1.png (68.53 KiB) 752 mal betrachtet

Gate Q2.png (66.74 KiB) 752 mal betrachtet

Wenig bzzzzt für viel Leistung

[Thunderbolt]

Was mit direkt auffällt: die Leitungen zum und vom GDT sollten verdrillt sein, sonst fängst du dir da Störungen ein, das selbe gilt für die Kabel zur Primärspule

[Prof. Radon]

C4 und C5 gefallen mir nicht. Besonders C4: was ist das, 1206? Der hat doch nie im Leben 22 µF und mehr als 6,3 V Spannungsfestigkeit. Löte die beiden Kondensatoren mal aus und nimm was Größeres (größer = mehr Spannungsfestigkeit, weniger Impedanz und schneller, am besten Wima impulsfest 63 V, 4,7 µF oder irgendwas in der Liga). Kilovolt hat da immerhin einen kleinen Elko mit 63 V Spannungsfestigkeit - wobei ich das auch irgendwie komisch finde, dort einen gepolten Elko zu verwenden - aber funzt ja offenbar bei ihm.
Die kleinen SMD-Kondensatoren sind jedenfalls mit Vorsicht zu genießen.
Will mich da jetzt aber auch nicht zu sehr reinsteigern - kann auch sein, dass das Problem an einer völlig anderen Stelle sitzt. Ist nur was mir "beim schnellen Drübergucken" am ehesten ins Auge sticht.

Edit: wo wir gerade dabei sind, der Chipwiderstand R1 kommt mit auch ein bisschen klein vor. Bei den Gates der MOSFETs hast du schön dicke 5 W Widerstände genommen und ausgerechnet für den Widerstand durch den der Strom für alle vier Widerstände muss nimmst du so einen Zwerg?

[Thunderbolt]

Edit: wo wir gerade dabei sind, der Chipwiderstand R1 kommt mit auch ein bisschen klein vor. Bei den Gates der MOSFETs hast du schön dicke 5 W Widerstände genommen und ausgerechnet für den Widerstand durch den der Strom für alle vier Widerstände muss nimmst du so einen Zwerg?

Was mit da auffällt: das sieht mir nach gewickelten Drahtwiderständen aus, Metallfilm wäre da besser wegen der Induktivität

Der Platine für die Brücke würden Füllflächen für GND und VCC sicher auch gut tun...

[nilswe]

@Thunderbolt Vielen Dank für den Tipp, das Verdrillen ergibt Sinn

@Prof. Radon auch dir danke fürs schnelle Rübergucken also die beiden Kondensatoren sind 0805 Kondensatoren und mit 25V angegeben. Für die nächste Version werde ich dann stattdessen der beiden den WIMA Kondensator nutzen. Bei R1 hast du natürlich auch recht, der wird auch ersetzt. Wobei ich da ehrlich gesagt denn Sinn von ihm nicht so ganz verstanden, habe

Aber nach ein paar Tests vor allem mit dem alten Vorverstärker fehlt dem System glaub’ ich einfach Wumms. Hat da jemand gute Erfahrung mit einem P und N Chanel MOSFET-Kombination für den GDT gemacht?

[nilswe]

Ja das mit den Drahtwiderständen ist echt ein Problem, habs mal testweise mit 2 parallelen 1/4 W Metallschichtwiderständen ausprobiert und das minimiert das Ringing schon ziemlich.
Habe mir jetzt Metalloxid Widerstände bestellt

[Prof. Radon]

Bei R1 hast du natürlich auch recht, der wird auch ersetzt. Wobei ich da ehrlich gesagt denn Sinn von ihm nicht so ganz verstanden, habe

Mal davon abgesehen dass ich den Kilovolts SSTC 2 auch nicht sehe, hier meine Erklärung: Die UCCx732x haben einen maximalen Spitzenstrom von 9 A, zulässiger Dauerstrom ist nur 600 mA. Den Dauerstrom begrenz man durch C1 - ist ja klar, dann kann pro Schaltvorgung immer nur ein kurzer Strompuls fließen. Den Spitzenstrom begrenzt man durch die Wahl der Widerstände. 24 V / 3,3 Ω = 7,3 A was verdächtig nahe an den oben genannten 9 A Spitzenstrom ist.
Sache ist, normalerweise macht man diese Strombegrenzung auf der Sekundärseite des GDT. Da die meisten GDTs mit einem Wicklungsverhältnis von 1:1 arbeiten, kannst du das einfach als Parallelschaltung aller vier Gatewiderstände betrachten. In deinem Fall 6,8 Ω || 6,8 Ω || 6,8 Ω || 6,8 Ω = 1,7 Ω. Das wären dann bei 24 V über 14 A, also etwas zu viel für die UCCx732x. Dir fliegt aber nicht direkt alles um die Ohren, denn du hast ja R1.
Besser wäre aber wirklich, wenn du mit den Gatewiderständen etwas nach oben gehst und wenn du da schon bei bist, auch gleich noch Totzeitglieder einfügst (Pro Gate zwei Widerstände in Reihe, jeweils einer wird beim Abschalten durch eine Diode gebrückt). Da musst du dann gucken, dass der "aktive" Gesamtwiderstand auf der Sekundärseite oberhalb von 2,7 Ω liegt - damit du die UCCs nicht grillst.

die beiden Kondensatoren sind 0805 Kondensatoren und mit 25V angegeben

Wat, sowas gibt es?
Tatsächlich... 1206 bis 10 µF und 35 V hatte ich schon gesehen, aber 0805 mit 22 µF hätte ich nicht für möglich gehalten... Mja, die Sache mit den Chip-Kerkos ist, die haben ein paar merkwürdige Eigenschaften. Für HF-Anwendungen kannst du eigentlich nur C0G gebrauchen weil X7R und X5R sehr "schwammig" sind. Guck mal in das Datenblatt von Kyocera, was ich angehangen habe. In der Tabelle auf Seite 2, ganz oben rechts wo sie die Temperaturbeständigkeit validiert haben, da stehen auch die Testbedingungen: 1 kHz und 1 V RMS für Kapazitäten kleiner als 10 µF und nur 120 Hz und 0,5 V RMS für Kapazitäten größer als 10 µF. Das muss man dann schon als Hinweis werten, dass diese Kondensatoren gar nicht dafür vorgesehen sind mit Frequenzen deutlich über 1 kHz komplett umgeladen zu werden.
Faustregel: Hersteller schreiben in die Datenblätter immer nur, was ihre Bauteile können - nie, was sie nicht können.
Bei den Wima-Kondensatoren stehen hingegen die Verlustfaktoren bist 100 kHz (aber auch nicht bei allen Typen, was auch wieder so ein versteckter Hinweis ist) und dort werden auch maximale Flankensteilheiten erwähnt...
Mja, ich merke gerade, dass der doofe Kondensator ziemlich groß wird. Also vom Volumen her. Überlege gerade, ob man da wirklich einige µF braucht oder es nicht auch einige 100 nF oder gar nur 10 nF tun sollten.
An dieser Stelle verweise ich einfach mal auf LTspice ¯\_( ͡° ͜ʖ ͡°)_/¯

Spoiler:

Hatte bei meiner SSTC damals einen bipolaren Elko um 10 µF der aus einem alten CRT geschlachtet wurde.

[nilswe]

Vielen Dank für die Erklärung
Ich muss gerade mal schauen, die beiden UCCx732x geben mehr Strom ab als die 4 icl7667. Vermutlich ist doch einfach der zu hohe Strom das Problem und sorgt für den rippel.
Ich habe mal nur ein Mosfet angeschlossen und dann die Spannung über den zusammengebastelten 5 Ohm Widerstand gemessen. Was ich da nicht so ganz verstehe, dass ich dort nur einen maximalen Strom von 0,43 A messe.
Rechnerisch komme ich nach deiner Rechnung auf 24V/(3,3+5)Ohm = 2,9 A. Sorry, kann auch sein, dass ich gerade völlig falsch denke. Ich muss mich noch mal am WE damit beschäftigen und ein paar Ersatzschaltbilder zeichnen.
Vor allem muss ich auch ein paar Tests machen, ob man den Trafo in die Rechnung einbeziehen muss.

[Prof. Radon]

Mja, bevor ich mich hier um Kopf und Kragen schreibe, hab ich nun einfach mal den Simulator angeschmissen und ein bisschen experimentiert. Ja also es sieht so aus, als wäre es doch nicht ganz so trivial so einen Endstufentreiber vernünftig zu parametrieren. Hier mal zwei Varianten mit nur einer klitzekleinen Variation (einmal mit R4, einmal ohne R4):

So in etwa soll es aussehen.

Das hier ist schon nicht so prall, weil da über dem Gatesignal irgendeine Schwebung liegt.



Wenn man ein bisschen an den Werten für L1, L2 und C5 rumspielt, passieren teilweise ziemlich verrückte Dinge und das Gatesignal geht dann in die Richtung von dem, was du gemessen hast. Man kann da also nicht einfach irgendwas pi*Daumen zusammenkloppen... Frag mich bitte nicht nach der Mathematik dahinter. Aber ich kann dir versichern, wenn in der Simulation schon Grütze rauskommt, wird es in der Realität meist richtig kacke.

Ich häng dir mal den LTspice-Schaltplan mit ran und empfehle dir, da erstmal so lange mit rumzuprobieren, bis du zufriedenstellende Ergebnisse bekommst. Die Spannungsquellen die die UCCs modellieren sollen sind aktuell auf 100 kHz eingestellt. Da gehst du am Besten auf deine Zielfrequenz und wenn die Signale dann gut aussehen, guckst noch mal was links und rechts passiert (also wenn du bei 500 kHz arbeiten willst, guck auch mal was bei 100 kHz und 1 MHz passiert - nur um sicherzugehen, dass du nicht genau auf irgendeiner Kotzgrenze sitzt).

Was du haben willst, sind diese Nadeln in den Schaltmomenten in L1 und L2. Dass der Strom zwischen den Schaltmomenten in L1 weiter ansteigt bzw. abfällt lässt sich nicht vermeiden aber minimieren. Wenn möglich, versuche deinen GDT auszumessen, damit du ein möglichst gutes Abbild bekommst - wenn du an den Induktivitäten des GDT in der Simulation spielst wirst du auch sehen, dass das einen riesen Effekt hat ob du da 2 * 20 µH oder 2 * 80 µH hast. Sättigung ist nicht mit drin, da musst du auch aufpassen. Wäre also gut, wenn du mal schaust, bei welchem Strom dein GDT in Sättigung geht.
Kannste mit der Strommessung an deinem Oszi ganz gut sehen: einfach 1 V an die Primärwicklung des GDT und den Anstieg messen. Darüber bekommst du dann auch gleich die Induktivität heraus, falls du dafür nicht sowieso ein extra Messgerät hast. Die ermittelten Werte vom GDT nimmst du dann als Einstieg in die Simulation: sprich, du parametrierst die restlichen Kompomenten um den GDT.

Überlege gerade... Da du ja am Ende nicht nur einen sondern vier Transistoren mit dem GDT ansteuern willst, solltest du vielleicht als erstes den rechten Teil entsprechend aufbohren. Falls du damit gar nicht klarkommst, gibe Daten von deinem GDT und dann setz ich mich morgen noch mal ran.