mit wieviel ESR muss man eigentlich bei keramischen Kondensatoren im einstelligen nF-Bereich so im unteren MHz-Bereich typischerweise rechnen?
Hintergrund: ich muss Spannungsspitzen einer Streuinduktivität (ca.
200nH, 6,5A) in einem SNT abfedern. Da habe ich ein Netzwerk mit 3,3nF, einer Diode und einem 1k-Widerstand zum entladen ausgerechnet. Das funktioniert im Prinzip auch, nur ist die erreichte Spitzenspannung (ca.
90V) um einiges höher, als ich es erwarten würde (ca 50V). (Berechnet über Energiegleichsetzung) Ich vermute, dass der kleine Kondensator beim Abschalten des FET nicht einfach so die 6,5A übernehmen kann, ohne selbst einen nennenswerten Spannungsabfall zu erzeugen. Warm wird es nicht; das ist aber auch nicht überraschend, da die Energiemenge ja relativ klein ist.
Deshalb wollte ich mal fragen, was die Kerkos so typischerweise für Innenwiderstände haben, oder ob ich doch an anderer Stelle weitersuchen muss.
OK. Das erklärt zumindest, warum ich beim Suchen nichts gescheites gefunden habe.
Naja, ca. 20mm Leitungslänge in Summe incl. Bauteile sollte in dem Frequenzbereich eigentlich harmlos sein. Und wesentlich höhere Frequenzen (als vielleicht 15MHz) würde C(os) des MOSFETs kurzschließen, bzw. mein uralter HM605 gar nicht erst anzeigen.
Ich dachte immer Keramikkondensatoren wären bei höheren Frequenzen das Mittel der Wahl? Ich werde mal herumprobieren. Ich habe eigentlich jede Menge andere Exemplare da.
Naja, vielleicht lasse ich es auch einfach, wie es ist, und nehme einen IRF644 statt dem IRF640. Es läuft zwar jetzt auch mit dem 640er, aber wird nicht lange gut gehen, zumal ich die 200V bei 70% Last schon haarscharf streife.
Es kommet darauf an. Ich habe mal eine Langwellenendstufe gebaut (160kHz) und im Oberwellenfilter am Ausgang einen Keramikkondensator verbaut. (Alles noch Lochraster) Der ist nach wenigen Sekunden Betrieb explodiert. Nach kurzer Rechnung war mir dann auch klar warum ... (aber wer denkt denn schon an Verluste in Kondenstoren?) Der nächste Kondensator aus der Kiste war ein Folienkondensator, relativ groß und schon recht verlustarm. Der wurde aber nach ein paar Minuten auch sehr heiß und verlohr die Kapazität. Ich habe mir dann einen besonders verlustarmen Folienkondesator gekauft der sich nicht spürbar erwaehrmt. (Ich glaube von Wima). Man muss bei den hohen Frequenzen nur aufpassen das die Windungen flächig kontaktiert sind, sonst wird die Induktivität zu hoch.
hab ich schon oft, allerdings immer bei der Resonanzfrequenz. Z.B.:
4n7 NP0 1210 20mOhm bei ca. 57MHz
10n X7R 0805 100mOhm bei ca. 50MHz
2,5n 250V (Y) 100mOhm bei ca. 40MHz
2,2n 60V Scheibe bedrahtet Grabbelkiste 450mOhm bei ca. 50MHz
Dein anderes Posting hat mein Newsreader falsch einsortiert... Wie mißt Du 4,5R@100kHz halbwegs genau?
Männerspielzeug;-): HP4284A, sollte aber auch noch mit Wheatstone in Eigenbau mit ausreichender Genauigkeit klappen, man braucht halt einen Satz Referenzen.
Ich habe jetzt einen Folienkondensator (FKP) genommen. Es wurde tatsächlich ein wenig besser, aber die wesentlichste Änderung is jetzt eine deutlich sichtbare Resonanz an den Umschaltpunkten. Offenbar ist der Kondensator schon besser.
Die Ursache ist offenbar, dass es wohl gar nicht (alleine) die Induktivität der Leitung ist, gegen die ich kämpfe. Es scheint als hätte der folgende Übertrager auch noch ein Problem mit einer Induktivität, die ich noch nicht näher zuordnen kann. Ich vermute einen Zusammenhang mit der einen Umdrehung der Wicklung beim Umlauf um den Toroid.
[Kerko 3,3nF 6R bei 100kHz, > hab ich schon oft, allerdings immer bei der Resonanzfrequenz. Z.B.:
Solange ich keinen 100kHz-Schwingkreis damit baue, interessiert mich der ESR bei so niedriger Frequenz (IOW wenn |Z|>>R) auch selten.
Ich armer Mensch würde es mit einer Serieninduktivität erledigen . In Serienresonanz messe ich dann die Dämpfung in einem
50Ohm-T-Netzwerk.
Aber in der Anwendung des OP ist der interessante Frequenzanteil ja viel höher als 100kHz, er will ja die Flanke klemmen und nicht die Grundwelle des Schaltreglers. Mit seiner Angabe "unteren MHz-Bereich" lag er nicht falsch.
Je nach Frequenz Funktionsgenerator und Voltmeter (bis einige 100 kHz) oder Spektrumanalysator mit Trackinggenerator.
Wenn die Impedanz des Prüflings klein gegen die 50 Ohm ist, kann man direkt Dämpfung Impedanz umrechnen.
Na gut, ich "kalibriere" vor der Messung, indem ich Generator und Meßgerät direkt verbinde. Dann bekomme ich auf dem Voltmeter auch gleich dB angezeigt => bequem.
Ich hab da mal eine kleine Platine gemacht, zwei BNC-Stecker drauf, Massefläche, halbwegs auf 50Ohm angepaßte Leiterbahnbreite,
1206-Widerstände zum Abschluß. Geht bis >100MHz absolut problemlos.
Und die inverse Schaltung für Induktivitäten oder Breitbandferrite - geht aber prinzipbedingt nicht so genau.
Das ist das Klingeln der Steuinduktivität mit C[os] vom FET nach dem Abschalten.
Nein, es ist eine Twisted-Pair-Verbindung vom FET zum Quell-Elko und weiter (mit einem Draht wechselnd) zum SNT-Trafo. Gesamtlänge ca. 10cm. Geht bautechnisch nich kürzer. Nach einer Überschlagsrechnung bin ich auf knapp 100nH gekommen. Aus der Resonanz mit der FET-Kapazität sieht es aber eher nach 200nH aus. Ob der groben Messmethoden habe ich mir wegen der Abweichung erstmal keine Gedanken gemacht.
Hmm, schwierig, der ist recht schlecht zugänglich.
Ich versuch's mal auf die ASCII-Tour:
Also Fly-Back, ca. 35-40% Duty-Cycle, non-continuous.
60-90V Input, typ. 80V Primärseitig 45-48V im Freilauf (je nach Einstellung) Spar-Trafo (siehe unten) Alle Dioden epitaktisch Alle Elkos Low-ESR (aus Grabbelkiste, aber einzeln vermessen) Sekundärseitig diverse symmetrische Ausgangsspannungen für Vor- und Endstufen der verschiedenen Kanäle einer Aktiv-Box.
Schaltung:
+------------+ IRF640 od. SNT-Trafo | | IRF644 | | Current | |#------------------------------------# | | Mode |---|#-+ TP-Leitung TP-Leitung # | | Controller | |#-*-----------+ *------------#-+--- GND | | ca. 7cm | | ca. 3cm # |
+------------+ | C C | | *---C C---* 4µ7 | C C | | | | E E | *---E E---* 3300µ | E E | | + | -90V GND Gleichrichter
Details, wie Regelung und Stromtrafo etc. habe ich jetzt mal weggelassen.
Trafo:
(Freilaufspannungen) Wicklung um den Toroid relativer Winkel des Abgriffs in +48V ---# ----------------------- 0° # # einmal linksrum #--- +36V oberste Lage # ----------------------- 0° #--- +32V # # einmal rechtsrum #--- +16V unterste Lage 180° # # # ----------------------- 0° | ---*--- GND | # ----------------------- 180° # # #--- -16V einmal linksrum 0° # mittlere Lage # #--- -32V # ----------------------- 180° #--- -36V
Die Wicklung für die negativen Spannungen sitzt um 180° verdreht auf dem Trafo, damit nicht alle Anschlüsse an der selben Stelle herauskommen.
Die wesentliche Last liegt auf den 32V- und 36V-Ausgängen. Es sind also im Wesentlichen immer komplette Wicklung um den Toroiden unter Last.
Es gibt noch eine unabhängige Wicklung für die Versorgung des Controllers und die Regelung.
Um den Trafo komplett herum ist in drei Richtungen nochmal eine Kurzschlusswicklung, um das Streufeld etwas zu drücken. Also, wie ein Stern. Vielleicht kann man hier noch etwas verbessern.
Nähere Messungen haben jetzt ergeben, dass die Überschwinger zu 2/3 bereits am Trafo vorhanden sind (Pin +48 vs. GND). Der Rest ist dann vmtl. wirklich die Leitung. Da ich kein Potentialfreies OSZI habe, kann ich leider nicht am FET und am Trafo gleichzeitig messen. An den Sekundärseiten (vor den Greichrichterdioden) ist dagegen weitgehend Funkstille - jedenfalls soweit man das mit dem OSZI erkennen kann. Der Ripple am Kondensator ist bei 65W Last an der ±32V mit 20mV (pro Elko) auch nicht wirklich problematisch.
Das Clamping-Netz am Drain des FETs sieht so aus
DD D RRRRR Drain ---D DD---*---R R--- GND DD D | RRRRR CCC 2k2 3n3 CCC | Source ---------+ (-90V)
Das fängt praktisch nur den ersten Hub nach dem Öffnen des FET ab. Mit dem Netzwerk wird es auch besser. So 180V Peak statt 210V Peak am Drain, bei 80W Last. Bei geringer Last wird es natürlich deutlich weniger, da dann natürlich wesentlich weniger Energie in der Streuinduktivität steckt.
Auffällig ist noch, dass es auch beim Einschalten des FET an den Sekundärseiten des Trafos ganz ordentlich klingelt. Es sind so um die
16MHz und es ist an der -36V, also der dem FET abgewandten Seite am ausgeprägtesten. Diesmal ist es am stärksten bei geringer Ausgangslast. Das kann ich mir jetzt nicht so einfach erklären. Es hat mich zugegebenermaßen auch nicht sonderlich interessiert, zumal die Gleichrichterdioden das locker abkönnen.
Das erstaunlichste an alledem ist, dass der Wirkungsgrad sich im Rahmen der mir möglichen Messgenauigkeit trotz alledem ziemlich gut ist. Ich komme auf Werte knapp über 90% bei 80W Last. Aber die Messeung der Eingangsleistung der Schaltstufe ist nicht ganz trivial. Ich habe den Mittelwert des FET-Stroms hinter dem Stromtrafo abgegriffen. Qualitativ würde ich sagen, das kann zumindest ungefär hinkommen. Außer dem Widerstand des Clamping-Netzes wird da nichts mehr als handwarm (ca.
genauer, als ich den Spektrumanalysator ablesen kann. Und: wer möchte schon einen ESR besonders genau bestimmen? Die Schwankungen zwischen verschiedenen Exemplaren, über die Temperatur und insbesondere die (DC-) Spannung sind i.d.R. größer.
Ja. Bei 50Ohm 0805 Chipwiderständen kann man bzgl. Breitbandigkeit eigentlich nichts verkehrt machen, die sind so bis 500MHz immer noch halbwegs Widerstände. Vorsicht: gilt nur für ca. 50Ohm. Vorsichtige Naturen kaufen welche, zu denen es ein ordentliches Datenblatt gibt.
Die Breitbandigkeit der ganzen Anordnung ist leicht zu überprüfen: einmal ohne Prüfling messen - dabei eine sehr kurze Verbindung zum Generatorausgang (oder Dämpfungsglied) verwenden, einmal im Kurzschluß.
Wie gesagt: einfach, wirkungsvoll => effizient.
Für mich am wichtigsten ist dabei, daß ich ESR und ESL bei der Frequenz messen kann, wo sie mich (und die meisten anderen Anwender) tatsächlich interessieren. Die meisten Kondensatoren sehen schließlich keine hohe Wechselspannung, sondern sollen eben diese vermeiden, z.B. bei Entkopplung einer Versorgungsspanung oder auch beim Problem des OP. Und da interessiert mich der ESR nicht bei Frequenzen, wo |Z| viel höher ist als der ESR.
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