? zu Schottky-Dioden i. V. m. Isolierabschnitten und Impulsbreitensteuerung

[Carsten R.]

Manchmal erfüllen Tests Ihren Zweck etwas anders als erwartet: Sie bestätigen die Lösung nicht, sondern zeigen Probleme auf und stellen sie in Frage. Bisherige Recherchen zum Problem erwiesen sich leider nicht als zielführend, deshalb bitte ich nun die hier vertretenen Elektronik-Experten um Hilfe.

Ausgangssituation:

· Analogbetrieb, vorerst mit Handreglern von Tillig (Impulsbreitenregelung, aus Startpackung bzw. MBS-Sonderangebot)

· signalabhängige Isolierabschnitte werden für die Gegenrichtung über Dioden eingespeist.

· Geschwindigkeitssprünge zwischen dem über Diode gespeisten Isolierabschnitt und den direkt gespeisten Nachbarabschnitten sollen minimiert werden, deshalb Verwendung von Schottky-Dioden (hier konkret: SB140)

Problem:

Bei einem der eingesetzten Handregler (einer der neueren Art mit zusätzlicher Zubehörversorgung) bewegten sich Fahrzeuge im Isolierabschnitt auch dann, wenn die Diode eigentlich sperren müsste. Manchmal sogar entgegen der am Regler eingestellten Fahrtrichtung! Der Regler klang dabei nach flatterndem Relais in seinem Inneren.
Eine der Dioden hat (vermutlich dabei) durchgeschlagen und zeigte dann nur noch Widerstandswirkung, aber keine Sperrwirkung mehr.

Meine Fragen:

1. Sind Schottky-Dioden hier (d. h. bei Impulsbreitenregelung) eventuell grundsätzlich ungeeignet?

2. Ist ein Defekt des Reglers (der sonst ohne erkennbare Probleme funktioniert) zu vermuten?

3. Oder liegt hier ein Bemessungsfehler vor, der bei ungünstigem Zusammentreffen von Toleranzen zu den oben beschriebenen Erscheinungen führt?

4. Lässt sich eine bestimmte Diode für die oben beschriebenen Bedingungen empfehlen?

Vielen Dank im Voraus für alle sachdienlichen Hinweise

Beste Grüße

Carsten

 

[Vanaladig]

Also, ich bin kein Elektroniker, aber eine Schottky-Diode mit einem Metall-Halbleiter-Übergang würde ich einfach mal gegen eine Diode mit Halbleiter-Halbleiter-Übergang (Silizium) ersetzen und die Sache probieren.
Die von dir angeführten Geschwindigkeitssprünge liegen wohl daran, dass die Schottky-Dioden in Durchlassrichtung einen gewissen Spannungsabfall aufweisen und somit die Fahrt verlangsamen.

Aber wie gesagt ich bin kein Elektroniker, würde es jedoch mit einer 1A Silizium-Diode probieren. Mehr wie schief gehen kann's ja nicht .

 

[Carsten R.]

Möglicherweise hatte ich es etwas missverständlich formuliert, aber: Die Schottky-Dioden habe ich gerade deshalb verwendet, weil deren Spannungsabfall in Durchlassrichtung geringer ist als bei einer gewöhnlichen Si-Diode.

 

[Tobi05]

Du hast also das Gleis Direkt am Regler und einige Gleisabschnitte dann über eine Diode am Regler . Trenne einfach die Verbindung zwischen Regler und Gleis und schalte 2 Dioden Antiparallel . Und bei dem Gleis wo schon eine Diode drin ist klemmst du die eine Seite der Diode vor die beiden anderen . Somit haben alle Gleise eine Diodenstrecke und es gibt diesbezüglich keine Spannungsunterschiede .

Wenn die Regler alle gleich sind und einer sich anders Verhält dann könnte das gerade noch mit Toleranzen in verbindung gebracht werden . Ich bin aber laut der Aussage der Meinung das der Regler defekt ist .

 

[Carsten R.]

Mahlzeit,

@ Tobi05: Vielen Dank für den Hinweis mit den antiparallelen Dioden.

Allerdings: Die Umsetzung würde einen erheblichen Aufwand bedeuten, da ich an vielen Stellen meiner Z-Schaltung Änderungen vornehmen müsste. Ein einfacher Austausch der Dioden wäre da noch das signifikant kleinere Übel.
Insofern wäre mir zunächst einmal eine fundierte Antwort auf meine Fragen 1 und 3 wichtig. Mit meinem Halbwissen kann ich mir schon zusammenreimen, dass der höhere Leckstrom von Schottky-Dioden zusammen mit Impulsspannung und Induktion im Motor eventuell die beobachteten Effekte hervorbringen könnte.

Beste Grüße

Carsten

 

[Juppi]

Hallo Carsten,
ich hatte vor einigen Wochen das gleiche Problem hier im Forum versucht zu lösen, leider war die Resonanz nicht so dolle.
Ich verwende allerdings keine Schottky sondern Z-Dioden. Das Problem habe ich letztlich damit gelöst, dass ich eine zweite Diode in Reihe geschaltet habe - bei mir funktioniert es nun jedenfalls.
Einen Spannungsabfall bzw. Veränderung der Geschwindigkeit kann ich bei mir übrigens nicht feststellen, insofern versuche es doch mal mit Z-Dioden.
Ich nix Elektroniker.
Grüße Juppi

 

[ateshci]

@Carsten R.
Zu 1.
Die Schottky-Diode als schnelles Schaltelement hat mit PWM nun mal gar keine Schwierigleiten.
Der "höhere Leckstrom" ist hier so was von uninteressant
( nanoAmpere bei Si-, mikroAmpere bei Schottkydioden! ). Da gibt es keine Auswirkungen.
Zu 3.
Aus der Bezeichnung der Diode entnehme ich, dass sie für 1A Flussstrom und eine Sperrspannung von 40V ausgelegt ist. Die 40V können vielleicht bei PWM überschritten werden, weil manche Motoren wegen ihrer Ankerinduktivität sehr hohe Spitzen machen. Dann ist so eine Diode durch. Du solltest besser die hier einsetzen.
Alle anderen Effekte deines Reglers deuten auf innere Probleme desselben hin.

 

[Stardampf]

Trenne einfach die Verbindung zwischen Regler und Gleis und schalte 2 Dioden Antiparallel . Und bei dem Gleis wo schon eine Diode drin ist klemmst du die eine Seite der Diode vor die beiden anderen . Somit haben alle Gleise eine Diodenstrecke und es gibt diesbezüglich keine Spannungsunterschiede .

Die Umsetzung würde einen erheblichen Aufwand bedeuten, da ich an vielen Stellen meiner Z-Schaltung Änderungen vornehmen müsste.

Nein, das ist auch bei einer Z-Schaltung nicht sonderlich aufwändig. Es sei denn, Deine Verschaltung ist 'extrem dezentral' oder unübersichtlich...

 

[Carsten R.]

Danke!

@ ateshci:
Danke für die Erläuterung und den Hinweis. Wenn die Sperrspannung das Kriterium ist, sollte die SB160 mit 1 A (statt 5 A) in Durchlassrichtung doch eigentlich auch ausreichen, oder habe ich da noch etwas übersehen?
Den kritischen Regler habe ich nun nochmal in einem separaten Versuchsaufbau getestet. Ohne Diode: keine Auffälligkeiten. Mit einer N4002: keine Auffälligkeiten. Mit einer SB140: keine Auffälligkeiten. Ohne eine umfangreiche Testreihe, in der ich alle möglichen Kombinationen von Reglern und Dioden (mehrere Exemplare je Typ) durchprobiere werde ich hier wohl nicht zu einem Ergebnis kommen. Das sind immer die Übungen, die einem so richtig die Zeit stehlen.

@ Stardampf:
Die Z-Schaltung ist in der Tat etwas komplex. Und mein Schaltpult hat sich ohnehin schon als sehr knapp dimensioniert erwiesen, was den Einbauraum und die Zugänglichkeit der Baugruppen betrifft.

Beste Grüße und ein schönes Wochenende

Carsten

 

[ateshci]

@Carsten
Die Testreihe mit dem Regler kannst Du Dir eigentlich sparen. Die Ergebnisse ( falls Du ihn unter Last getestet hast ) zeigen, dass er in Ordnung ist. Wenn es am Einsatzort zu Problemen kommt, dann liegt das sicher an der Verdrahtung und /oder ungewollten Querverbindungen.
Eine SB 160 geht natürlich auch, nur verdaut die von mir angegebene auch mal einen etwas länger anstehenden Kurzschlussstrom.

 

[Carsten R.]

@ ateshci:

Vielen Dank noch mal. Mit etwas mehr Überlegung hätte ich selbst drauf kommen sollen, dass eine höhere Stromfestigkeit im Fahrstromkreis ratsam ist und insofern auch die etwas teureren Dioden rechtfertigt.
Mal sehen, wie ich die nächste sinnvolle Bestellung bei r. zusammen bekomme (eingentlich glaubte ich, für die nächsten Monate alles zu haben - außer der nötigen Zeit).

Beste Grüße und ein schönes Wochenende

Carsten

 

[ateshci]

Mir fällt da noch etwas Grundsätzliches, angeregt durch Juppis Beitrag, ein. Die Spannungsspitzen, die bei PWM-Betrieb entstehen, können Halbleiterbauteile zerstören und zu endloser Fehlersuche führen. Am besten begrenzt man diese und dazu bieten sich Z-Dioden an. Diese gibt es als Leistungs-Z-Dioden, kosten zwar etwas mehr, lassen sich aber dann im Gleisstromkreis wie normale Dioden einsetzen. Der Vorteil ist, dass sie bei einer Spannungsspitze öffnen und diese begrenzen, ohne dass Schaden angerichtet wird. Die meisten elektronischen Bauteile haben 35V Mindestspannung, daher ist eine Z-Diode z.B. ZY27 ( 27V Nennspannung ) gut geeignet.
Man kann auch je zwei in Gegenrichtung hintereinander geschaltet, als Brücke über jeden getrennten Gleisabschnitt legen. So kann auch nichts mehr passieren.