Transistoren Schützen

Der chaotische Hauptfaden

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Lukas_P
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Transistoren Schützen

Beitrag von Lukas_P »

Hallo
Ich habe wie immer diese Schaltung in Betrieb.
Bild

Leider sterben darin die Transistoren hin und wieder. Warum genau weis ich leider selbst nicht, ich vermute es sind Induktionsströme bzw. Spannungsspitzen daran schuld :cry:. Jetzt würde ich natürlich gerne wissen wie ich diese Verhindern kann. Ne Freilaufdiode an der Großen Spule Könnte schon funktionieren, aber an der kleinen Spule kann ich das nicht machen oder hat das keinen einfluss auf den Basisstrom ? Auserdem hatte ich mir gedacht von E nach C eine Z-Diode mit 15V in Sperrichtiung einzubauen, da die Schaltung mit 12V betrieben wird. Dann müsste ich auch einen Widerstand als Strombegrenzung einsetzen oder ?

(Als transistor habe ich mittlerwele 2n3772 im einsatz)

Wäre nett wenn ihr mir helfen könntet :mrgreen:
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Bastelbruder
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Registriert: Mi 14. Aug 2013, 18:28

Re: Transistoren Schützen

Beitrag von Bastelbruder »

Die Schaltung hats in sich, eigentlich sollte der Transistor schon in der ersten Sekunde nach dem Ansaften in den Halbleiterhimmel streben, aber Silizium ist zäh.

Ich vermute mal daß es sich bei dem Kern um einen Zeilentrafo handelt. Und es werden regelmäßig mindestens zwei im Datenblatt genannte Grenzwerte überschritten. Die Berechnung erfolgt über den Daumen, die Spannungsbezeichnungen finden sich im Datenblatt.

Was passiert da eigentlich?
Beim Anlegen der Betriebsspannung steigt die Spannung am Knoten des Spannungsteilers auf etwa 0,7V. Weiter kommt sie nicht weil der Transistor zu leiten beginnt und 12V an die 5 Windungen legt. An der Basiswicklung entstehen transformatorisch etwa 12V ÷ 5 × 3 = 7,2V die addieren sich zu der Spannung am Knoten. Weil die Spannung an der Basis aber höchstens auf 1V (0,7V) kommt, geht die Spannung am Knoten auf Minus 6V. In die Basis fließt schließlich ein Strom von etwa 18V ÷ 240Ω + 6 ÷ 27Ω = 300mA. Ab jetzt beginnt der Strom in der Kollektorspule anzusteigen, es wird Energie ins Magnetfeld eingespeichert bis irgendwer nachgibt.

Das kann einerseits die Stromversorgung sein oder (wahrscheinlicher) der im Augenblick voll gesättigte Transistor kann nicht mehr Strom als durch IB × hfe festgelegt. Ich schätze mal hfe(10A) auf 33, dann ist der Strom in dem Moment 10A. Die Spannung steigt nun von VCEsat ausgehend etwas an, die Spannung an der Kollektorspule geht entsprechend zurück und natürlich auch die an der Rückkopplungsspule. Damit reduziert sich die negative Spannung am Knoten und der Strom in die Basis. Demzufolge steigt die Kollektorspannung...
Dieses Abschalten geht mit erheblicher Geschwindigkeit, die im Datenblatt angegebenen Schaltzeiten werden meist deutlich unterboten.

Die Spule versucht natürlich den Strom aufrecht zu halten, also steigt die Kollektorspannung weiter bis sie von irgendwas aufgehalten wird. Dieses Irgendwas ist im Idealfall die Zündspannung der Funkenstrecke, an der doch ein Großteil der gespeicherten Energie in Spratz verwandelt werden soll. Nach Aufbrauch der Energie geht die Spannung an allen Wicklungen auf fast null zurück und es geht von vorne los.

"Irgendwas" kann die im Datenblatt recht undeutlich definierte V_CBO von allerhöchstens 100V sein und, zumindest teilweise und viel früher, die mit (minus)7V spezifizierte V_EBO. Dafür muß die Rückkopplungswicklung nämlich bloß U_Knoten + V_EBO = 8,2V bringen entsprechend einer Spannung am Kollektor von 8,2V ÷ 3 × 5 + 12V = 25V. Die zwischen E und B versteckte Z-Diode zweigt also einen erheblichen Teil der eigentlich dem Funken zugedachten Energie ab, zumindest gibt das Wärme im Transistor und in R2.
Das Überschreiten der V_CBO führt recht zuverlässig zu einem Lawineneffekt der zwar recht gut erforscht ist und auch praktische Verwendung zur Impulserzeugung findet, aber der Transistor ist dafür nicht spezifiziert. Der Lawineneffekt kann durchaus zu beschleunigten Alterungseffekten führen. Von Eingangstransistoren in Operationsverstärkern ist bekannt daß sie zumindest temporär degradieren wenn die versteckte BE-Z-Diode behutsam in den Durchbruch getrieben wurde.

Die Schaltung enthält zudem noch einige weitere unscheinbare Bauteile, die eine exakte Aussage schwierig gestalten. Da ist erstmal die Wicklungskapazität der Hochspannungswicklung die den Spannungsanstieg kontrolliert bremst und dem Transistor beim Abschalten hilft. Dann die Streuinduktivität der drei Wicklungen zueinander und die Induktivität der Anschlußleitungen bis zur Spannungsquelle. Wenn die keinen fetten Kondensator am Ausgang besitzt, ist zudem zu befürchten, daß beim Abschalten des Transistors die Spannung kurzzeitig ansteigt und die unerwünschten Nebenwirkungen verstärkt.

Basis und Kollektor lassen sich mit Snubbern schützen, die (Kondensator und Diode) müssen natürlich kurzzeitig den vollen Strom ableiten können.

Mit zwei antiparallelen 1N4001 parallel 100µF in Reihe zum entsprechend verkleinerten R2 läßt sich die Rückkopplung auf 2 oder vielleicht sogar eine Windung reduzieren.
Bild
Ob das in der Praxis alles so funktioniert wie gedacht, läßt sich leider nur durch Versuche und Messungen bestätigen, die auf dem Armenweg erhältlichen Spicemodelle sind in der Beziehung untauglich.
avion23
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Registriert: Mo 12. Aug 2013, 13:10

Re: Transistoren Schützen

Beitrag von avion23 »

Wie waere es mit einer Z-Diode vom Collector zur Basis?
Diese wuerde bei Durchbruch die Basis des Transistors ansteuern. Damit wuerde der Transistor anfangen zu leiten und die Ueberspannung abbauen. Die Z-Diode muesste so gross sein, dass die Durchbruchspannung des Transistors nicht erreicht wird. Aber auch nicht zu klein, damit sich moeglichst viel Spannung ueber dem Transistor aufbauen und ueber die Sekundaerwindungen uebertragen werden kann.
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ferdimh
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Registriert: Fr 16. Aug 2013, 15:19

Re: Transistoren Schützen

Beitrag von ferdimh »

Z-Diode CB bringt nichts, weil es die zwei primären Probleme nicht tangiert:
a) Negative Spannungsspitzen an der Basis. Dagegen hilft z.B. Bastelbruders Lösung. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass eine UF4007 im Emitterkreis die Lebensdauer massiv verlängert. Alternativ kann man auch einfach den Transistor extern steuern (NE555 hilft) Dann kann man auch nen fetten IGBT für ultimative Bratz-Power nehmen.
b) Üble Spannungsspitzen am Kollektor. Hier hilft ein Kondensator C-E von ca. 100n in Kombination mit einer UF4007 gegen verpolte Besaftung des Transistors.
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Lukas_P
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Re: Transistoren Schützen

Beitrag von Lukas_P »

Danke für die antworten (vor allem danke an Bastelbruder für die Ausführliche Erklärung) ich wusste das ihr mir weiterhelfen könnt. Ich denke, da ich jetzt weis, wie der Transistor vergewaltigt wird, werde ich die Schaltung mit dem Ne555 versuchen, da ich die 2n3772 auch nicht unbegrenzt rumfliegen habe. Bastelbruders Lösung werde ich in den Weihnachts oder Semersterferien mal ausprobieren und die Ergebnisse ,falls überraschend, zum besten geben :mrgreen:
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