Schmelzintegral I2t bei Crowbar-Schaltung

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Schmelzintegral I2t bei Crowbar-Schaltung
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BID = 583954

micha_mk

Gerade angekommen


Beiträge: 3
Wohnort: Hilden
 

  


Hallo,

zur Zeit quält mich die Berechnung/Analyse des thermischen Verhaltens einer Crowbar-Schaltung.

Hintergrund: Die Crowbar-Schaltung schaltet beim Erreichen einer bestimmten max. Ausgangsspannung hinter einem DC/DC-Wandler einen Thyristor an, der den Ausgang kurzschließt. Hierdurch wird die primäre Schmelzsicherung ausgelöst und es kann keine unzulässige Spannungserhöhung am Ausgang geben.
[Einfache Crowbar-Schaltung siehe http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/crowbar.htm ]

Bei meiner Gesamtschaltung kommt es jetzt darauf an, dass in der Zeit, die die primäre Sicherung zum Auslösen braucht, der Thyristor nicht thermisch überlastet/zerstört wird. Alle Angaben (z.B. I2t) aus dem Datenblatt beziehen sich aber auf einen periodischen Sinusbetrieb (z.B. bei Phasensteuerungen, t=8,3ms) und nicht auf ein einmaliges Schalten.

Folgende Angaben sind mir bekannt:
Eingangsdaten:Ii = max. 2A, SI = 250mA, T(Auslösezeit) = max. 100ms
Daten des Thyristors: I2t(Thyristor) = 1,65A2s, TJ = max. 110°C, RthJA(therm. Widerstand) = 75°C/W

Wer kann mir hier helfen, die maximale Erwärmung des Thyristors zu berechnen?

MfG
Michael

BID = 583965

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Alle Angaben (z.B. I2t) aus dem Datenblatt beziehen sich aber auf einen periodischen Sinusbetrieb (z.B. bei Phasensteuerungen, t=8,3ms) und nicht auf ein einmaliges Schalten.
Dann besorg dir ein anderes Datenblatt, in welchem auch die Daten für einen einzelnen Stromimpuls (Surge) genannt sind.
Oft gibt es auch Kurvenscharen, in denen die Überlastfestigkeit in Abhängigkeit von der Impulsdauer und der Vorgeschichte aufgeführt ist. Schliesslich sind ja mehrere Zeitkonstante, die der Sperrschicht, des Kristalls, des Gehäuses ... zu berücksichtigen.

Ausserdem ist die Ausgangsschaltung des Netzteils zu beachten.
Der Thyristor schliesst ja unmittelbar die Ladeelkos der Sekundärseite kurz und u.U. kann dabei schon der maximal zulässige Impulsstrom überschritten werden.

Deshalb ist es üblich, den Thyristor mit einem niederohmigen Widerstand in Reihe zu legen. Dadurch wird der Entladestrom begrenzt und die meiste Energie wird auf dem Widerstand verheizt.
Ich habe es schon erlebt, dass durch Fehltriggerung des Bums-Aus-Thyristors aus solch einem zementierten 100W, 0,25 Ohm Widerstand eine Stichflamme schoss, der Widerstand durchbrannte und der Wandler unbeirrt weiterlief.

Ausser dieser Berücksichtigung der Sekundärseite fehlen bei deinen Angaben aber auch noch weitere wichtige Daten, wie z.B. die primärseitig in den Siebkondensatoren gespeicherte Energie und natürlich das Transformationsverhältnis.

P.S.:
Wahrscheinlich wird man damit leben müssen, dass in einem solchen Fehlerfall, der das Ansprechen des Crowbars erfordert, ausser dem Thyristor sowieso noch einiges andere zu Bruch geht.

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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 28 Jan 2009 18:29 ]

 

  






BID = 584017

selfman

Schreibmaschine



Beiträge: 1679
Wohnort: Seekirchen a. W.

Wenn der Thyristor in dem genannten Fehlerfall so zu Bruch geht, daß er alle ihm zur Verfügung stehenden leitenden Anschlüße satt miteinander verbindet, dann hat er seine Aufgabe ja perfekt erfüllt. Erst recht, wenn er dadurch die dahinterliegende Schaltung erfolgreich geschützt hat.

Schlimmer kommt es erst dann, wenn das weiße Plasma des Silizumkristalls sich gewaltsam seines Gehäuses entledigt und nur noch drei vereinsamte Anschlußbeine herumstehen.

Schöne Grüße Selfman

_________________
Traue keinem Ding, das du nicht selber vermurkst hast.

BID = 584334

micha_mk

Gerade angekommen


Beiträge: 3
Wohnort: Hilden

Danke für Eure Antworten, leider habe ich auch in mehreren Datenblätter keine solche Info gefunden (oder zumindest kann ich sie nicht meinem Problem zuordnen).

Natürlich müßte ich auch weitere Kenndaten meiner Schaltung nennen, damit diese berechnet/analysiert werden kann. Die Schaltung muss bestimmten Normen genügen (u.a. IEC 60079-11), so kommt es bei meiner Betrachtung nicht auf den tatsächlichen Betrieb, sondern auf den Idealfall bzw. techisch möglichen Fehlerfall an. Praktisch wird die Crowbar nie in Aktion kommen, da der verwendete DC/DC-Wandler die Leistung gar nicht übertragen kann.

Ich hatte gehofft, dass es einen mir unbekannten Zusammenhang (u.a. mit I2t) gibt, aus dem ich die Erwärmung direkt berechnen oder ablesen (Kurve) kann. Hat vielleicht doch noch jemand eine Idee?

MfG
micha

BID = 584352

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Praktisch wird die Crowbar nie in Aktion kommen, da der verwendete DC/DC-Wandler die Leistung gar nicht übertragen kann.
Das sag nicht.
Es reicht ja, wenn durch einen Fehler in der Regelung die zulässige Ausgangsspannung überschritten wird.
Wenn dann der Crowbar-Thyristor zuschlägt, werden evtl. die Wandlertransistoren zerstört und verursachen den Kurzschluss, der die Primärsicherung auslöst.
Wenn die Crowbar Schaltung aber so schwachbrüstig ausgelegt ist, dass sie, wie in dem oben geschilderten Fall einfach verdampft, kann sie die nachgeordnete Elektronik nicht vor der Überspannung schützen.

In dem obigen Fall handelte es sich übrigens um ein 36V-Netzteil mit an die 3kW Leistung.
Wenn da ein 0,25 Ohm Widerstand mit mindestens 100W Nennleistung, es können auch 200W gewesen sein, einfach ein Loch bekommt und das Gerät ohne mit der Wimper zu zucken weiterläuft, kannst du dir ein Bild von der Überlastbarkeit des Wandlers machen.

Im Normalfall diente die Crowbar Schaltung dort übrigens dazu, die Elkos bei der manuellen Abschaltung der Geräts zu entladen. Nachdem diese Schaltung sich in Wohlgefallen aufgelöst hatte, dauerte es nämlich immer einige Minuten, bevor eine Wiedereinschaltung gelang.


Solange du nur die Daten der Primärsicherung nennst, aber nichts über sie übrige Auslegung des Netzteils, ist es müßig über den Crowbar-Thyristor zu spekulieren.
In den PFC-Elkos des Zwischenkreises kann fast beliebig viel Energie stecken und ein 3V-Netzteil liefert betriebsmäßig auch dann hohe Ausgangsströme, wenn es primärseitig nur mit 250mA abgesichert ist.


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BID = 584367

micha_mk

Gerade angekommen


Beiträge: 3
Wohnort: Hilden

Hallo perl,

die externe Versorgung besteht aus einem DC-Netzteil mit folgenden Daten:
Uo = 13,5 V
Io = 1,2A (schaltet bei Überschreitung in t => 0 ab)
Co = max. 5uF

Meine Schaltung hat interne Kapazitäten (primär + Elko der Gleichrichtung am Sperrwandler, vor der Crowbar) von max. 30uF.

Kannst Du mir jetzt einen Lösungsansatz bieten?

MfG
Micha


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