Temperaturproblem Mosfet (Schaltnetzteil)

Hallo zusammen,

Beim Bau eines Hochspannungsgenerators treten Probleme auf die ich mir nicht erklären kann. Es handelt sich um einen Gegentaktwandler mit Paralleleinspeisung eines Hochspannungstransformators. Dieser speist eine gespiegelte Hochspannungskaskade sodass am Ausgang des Generators eine max. Gleichspannung von 25 kV DC bei einem maximalen Stromfluss von 2 mA anliegt. Den Schaltplan dazu habe ich angehängt.

Das Problem ist, dass sich die Schalttransistoren im Teillastbetrieb sehr stark erwärmen. Dieses Phänomen tritt jedoch nur bei relativ kleinen Ausgangsspannungen unter einer hohen Ausgangslast auf. So erwärmen sich die Schaltregler bei 10 kV/1 mA auf ca. 76 °C; bei 15 kV/1mA auf ca. 60 °C; bei 20 kV/1mA auf ca. 45 °C und bei 25 kV/1 mA auf ca. 32 °C. Dies liegt hauptsächlich an den relativ hohen Schaltverlusten (Spannung UDS und Strom ID kommen gleichzeitig vor).

Ich habe dazu ein paar Messdiagramme beigefügt. Dabei entspricht jeweils die violette Kurve der Gate-Source-Spannung eines Schalttransistors, die blaue Kurve die Drain-Source-Spannung des gleichen Schalttransistors sowie die gelbe Kurve dem Drainstrom durch beide Schaltransistoren.

- Link zu Bild 9 kV/1 mA
- Link zu Bild 9 kV/1 mA „gezoomt“
- Link zu Bild 25 kV/2 mA
- Link zu Bild 25 kV/2 mA „gezoomt“

Meine Frage ist, weshalb fällt der Strom durch die Schalttransistoren so flach ab? Was kann getan werden damit dieser schneller abfällt und somit die Schaltverluste geringer zu halten?

Ich habe schon andere Schaltregler verwendet. Der jetzige hat einen relativ geringen RDS-ON-Widerstand (12,6 mOhm) in Kombination mit einer sehr geringe Eingangskapazität (1150 pF). Der verwendete Treiber zur Ansteuerung der Schalttransistore kann eine Ausgangslast von bis zu 47000 pF treiben. Ich weis dass der PWM-Controller SG 3525 über einen internen Treiber verfügt. Habe aber trotzdem jedem Schaltransistor noch einen zusätzlichen Treiber spendiert. Das Resultat war, dass die Schaltverluste mit oder ohne Treiber annähend gleich sind. Bei den verwendeten Eingangselkos werden bereits Low ESR Elkos verwendet. Am PIN 13 wurde auf den im Datenblatt vorhandnen Widerstand gegen die 15 V Versorgungs-spannung des SG 3525 zur Reduzierung der Schaltzeiten verzichtet. Auch der Widerstand zwischen PIN 5 und 7 zur Einstellung der Totzeit wurde weggelassen, da dieser auch nichts gebracht hatte. Mit einem Snubber könnte man zwar die Überschwinger noch ein wenig reduzieren, hatte aber nichts Merkliches gebracht.

Ich denke aber dass das Problem irgendwo anders verborgen liegt.
Ich bin um jeden Rat der mich in der Sache weiter bringt dankbar.

Ich wünsch dir ein schönes Wochenende

Gruß

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