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Snubberschaltung mit MOS FET-Transistor fuer Schaltnetzteile

IP.com Disclosure Number: IPCOM000022716D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 4 (2004-04-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Apr-25
Document File: 8 page(s) / 1M

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei Schaltnetzteilen besteht das Problem, dass am Drain- bzw. Collector-Anschluss des Schalttransistors nach dem Ausschalten hohe Ueberschwingerspitzen auftreten, die die zugelassene Spannung am Transistor ueberschreiten. Ausserdem erzeigen diese Ueberschwinger hochfrequente Stoerungen, die durch einen erhoehten Filteraufwand wieder herausgefiltert werden muessen. Dieses Problem wird derzeit durch ein Hinzufuegen einer sogenannten Snubber-Schaltung geloest. Diese besteht aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator (auch RCD-Snubber-Schaltung genannt). Durch die Snubber-Schaltung werden die hoechsten Spitzen der Ueberspannung „abgeschnitten“, d.h. die Drain-Spitzenspannung wird dadurch verringert. Nachteilig bei dieser Schaltung ist, dass nur ein Teil der Ueberschwinger abgeschnitten wird und dass im Widerstand der Snubber-Schaltung hohe Verlustwaerme entsteht. Auch die Stoerspannung wird nur teilweise verringert.

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Snubberschaltung mit MOS FET-Transistor fuer Schaltnetzteile

Idea: Peter Preller, DE-Muenchen

Bei Schaltnetzteilen besteht das Problem, dass am Drain- bzw. Collector-Anschluss des Schalttransistors nach dem Ausschalten hohe Ueberschwingerspitzen auftreten, die die zugelassene Spannung am Transistor ueberschreiten. Ausserdem erzeigen diese Ueberschwinger hochfrequente Stoerungen, die durch einen erhoehten Filteraufwand wieder herausgefiltert werden muessen. Dieses Problem wird derzeit durch ein Hinzufuegen einer sogenannten Snubber-Schaltung geloest. Diese besteht aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator (auch RCD-Snubber-Schaltung genannt). Durch die Snubber-Schaltung werden die hoechsten Spitzen der Ueberspannung "abgeschnitten", d.h. die Drain-Spitzenspannung wird dadurch verringert. Nachteilig bei dieser Schaltung ist, dass nur ein Teil der Ueberschwinger abgeschnitten wird und dass im Widerstand der Snubber-Schaltung hohe Verlustwaerme entsteht. Auch die Stoerspannung wird nur teilweise verringert.

Eine neuartige Schaltung glaettet nun sowohl die positiven als auch die negativen Ueberschwinger und verhindert damit Ueberspannung und hochfrequente Stoerspannung. Die Drainspannung wird auf den Spannungswert ohne die Ueberschwinger reduziert. Es entsteht auch prinzipiell keine Verlustleistung, der Widerstand der RCD-Snubber-Schaltung kann dann entfallen. Das Hauptmerkmal liegt dabei darin, dass waehrend der gesamten Entmagnetisierungszeit des Transformators (Trafo), d.h. waehrend der Sperrzeit des Schalttransistors, dessen Drain-Anschluss mit dem Snubber- Kondensator in beiden Stromrichtungen leitend verbunden wird. Dazu wird die Diode der Snubber- Schaltung durch einen MOS FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Transistor mit integrierter Rueckwaertsdiode ersetzt. Dieser Snubber-Transistor ist waehrend der Entmagnetisierungszeit wieder gesperrt, so dass dann nur noch die Rueckwaertsdiode wirksam ist. Die in den Snubber-Kondensator hineinfliessende Energie wird deshalb nicht vernichtet, sondern zurueckgewonnen.

Abbildung 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Sperrwandler-Schaltnetzteils. Dieses besteht aus dem Brueckengleichrichter BR, dem Primaerkondensator C1, dem Transformator Tr mit den Wicklungen L1, L2 und L3, dem Schalttransistor T1, dem Ansteuerbaustein IC1 mit externer Beschaltung D1, R1, C2, C3. Die Schaltung auf der Sekundaerseite ist durch die Diode D2 und den Kondensator C4 angedeutet. Zwischen dem Drain des Schalttransistors T1 (Anschluss D) und dem positiven Anschluss des Primaerkondensators C1 (Anschluss P) ist die konventionelle RCD-Snubber-Schaltung SN angeordnet. Diese besteht aus der Diode D10, dem Leistungswiderstand R10 und dem Kondensator C10. Ein weiterer Snubber-Kondensator C11 ist Bestandteil der konventionellen Snubber-Schaltung SN und hat einen Wert von 30-100 nF. Der Snubber-Kondensator C11 macht die steilen Schaltflanken etwas flacher und liegt im Bereich 100-500 pF.

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