Dioden in Reihe

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich bin gerade dabei eine B6U-Schaltung zu planen bzw. auszulegen. Da ich keine passende Diode für meine Spannungsvorgabe und meine Stromvorgabe gefunden habe, möchte ich mehrere Dioden (100 Stück ) in Reihe schalten. Meine Eingangsspannung beträgt ca. 36kV und mein Ausgangsstrom ca. 1A. Als Diode habe ich die Semicron P1000S gewählt. Nach mehrfachen recherchieren habe ich gelesen, dass ich sowohl ein Widerstand als auch ein Kondensator parallel zu jeder Diode schalten muss. Da mir die Werte der Diode aus dem Datenblatt leider keine genauen Angaben geben, über Sperrstrom und Sperrverzögerungsladung, bin ich mir mit meinen Widerstands- und Kondensatorwerten nicht 100% sicher. Vielleicht kennt ja jemand dieses Problem und hat damit schon Erfahrung gemacht und kann mir helfen. Als Parallelwiderstand habe ich einen 8,2 M Ohm Widerstand gewählt und als Parallelkondensator einen 118 pF Kondensator, jeweils mit passender Nennspannung. Muss zusätzlich zu dem Kondensator noch ein Widerstand in Reihe, wenn ja für was?

Mit freundlichen Grüßen

Tower177

#2

Diode SF1600 /1600V, 1A, 75ns
Hallo Tower177,

es gibt eine Diode Namens SF1600. Diese hält 1600V aus bei 1A Dauerstrom (30A Pulsstrom). Die Sperrverzögerung beträgt 75ns.
Statt Kondensatoren und Widerstände parallel zu den Dioden zu schalten, könntest Du alternativ nur 80% der Diodensperrspannung ausnutzen.

Beispiel: 36kV mit SF1600 Typen sperren:
Rechnung: 36kV / (1600V x 0,8) = 28,125 Stück, aufgerundet 29 Stück.

Ob dieser Aufbau allerdings in 100% der Fälle nicht durchschlägt, kann ich Dir nicht garantieren.

Die Widerstände in Reihe zu den Kondensatoren sind deshalb nötig, um den kapazitiven Strom zu begrenzen: Bei einigen kV Spannung können theoretisch kurzzeitig einige tausend Ampere (Um-)Ladeströme durch alle in Reihe geschalteten Kondensatoren fließen. Dabei könnte der eine oder andere Kondensator zerstört oder zumindest beschädigt werden. Die Dioden haben zwar auch eine Eigenkapazität, die ähnliches bewirkt, doch frag mich nicht warum man hier trotzdem keine Widerstände in Reihe zu den Dioden schaltet. Frag mal den Moderator TOD, der könnte das wissen :wink:

Grüße,
Hilarion

Meine Eingangsspannung beträgt ca. 36kV und mein Ausgangsstrom ca.
1A. Muss
zusätzlich zu dem Kondensator noch ein Widerstand in Reihe,
wenn ja für was?

Mit freundlichen Grüßen

Tower177

#3

Hallo,
deine Begründung kann ich nicht ganz nachvollziehen.

Für statischen Betrieb und niedrige Frequenzen hat man das
Problem, das unterschiedlich große Leckströme zu einer sehr
ungleichmäßigen Spannungsverteilung führen können.
Deshalb schaltet man Widerstände parallel, durch die ein
Strom deutlich größer als der Leckstrom fließt.
So wird eine gleichmäßige Spannungsverteilung erzwungen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Reihenschaltung#Dioden

Das gleiche Prinzip nutzt man auch bei Reihenschaltung
von Kondensatoren, auch um ungleichmäßige Spannungsverteilung
zu unterdrücken, die dann zur Durchschlagen einzelner C
und damit zur Gesamtversagen der Schaltung führt.

Bei hohen Frequenzen und Impulsbetrieb, ergibt sich auch noch
eine dynamisches ungleichverteilung durch Toleranzen bei
den parasitären Kapazitäten.
Bei Dioden beachte auch, dass die Sperrschichtkapazität noch
abhängig von der Sperrspannung ist.
Indem man also zu den Dioden parallel definierte Kapazitäten
schaltet, die deutlich größer als die parasitären Kapazitäten
sind, behebt man auch diese Problem. Da sind dann aber auch
die Widerstände zwingend.
Gruß Uwi

Die Widerstände in Reihe zu den Kondensatoren sind deshalb
nötig, um den kapazitiven Strom zu begrenzen: Bei einigen kV
Spannung können theoretisch kurzzeitig einige tausend Ampere
(Um-)Ladeströme durch alle in Reihe geschalteten Kondensatoren
fließen. Dabei könnte der eine oder andere Kondensator
zerstört oder zumindest beschädigt werden. Die Dioden haben
zwar auch eine Eigenkapazität, die ähnliches bewirkt, doch
frag mich nicht warum man hier trotzdem keine Widerstände in
Reihe zu den Dioden schaltet. Frag mal den Moderator TOD, der
könnte das wissen :wink:

Grüße,
Hilarion

Meine Eingangsspannung beträgt ca. 36kV und mein Ausgangsstrom ca.
1A. Muss
zusätzlich zu dem Kondensator noch ein Widerstand in Reihe,
wenn ja für was?

Mit freundlichen Grüßen

Tower177

#4

Das mit den Funktionen der Einzelnen Bauteile habe ich jetzt zum größten Teil verstanden, jedoch bleibt mir immer noch die Frage wie ich diese Trägerstaueffekt-Schaltung auslege.Ich habe jetzt gelsen das der Parallelkondensator im Bereich von 0,05 und 2 uF liegt. Jedoch komm ich mit meiner Formel, welche wie folgt heißt:

Cs=((n-1)dQrr)/((n*Urrm)-Um)

n:Anzahl der Dioden in Reihe

dQrr:smiley:ifferez der Sperrverzugsladung

Urrm:Sperrspannung der Diode

Um:Gesamtspannung

auf einen Wert von 118pF.Zur Berechnung des Vorwiderstandes finde ich keine Informationen.

#5

Widerstand in Reihe zum Parallelkondensator?
Hallo Uwi,

danke für Deine Ergänzung. Die Frage, die ich jedoch beantworten wollte war, ob zusätzlich zu den Parallel-Kondensatoren der Dioden noch jeweils ein Widerstand in Reihe geschaltet werden muss.

Der Aufbau aus dem sich die Fragestellung ergibt, würde also folgendermaßen aussehen:

Diode - dazu ein Parallelwiderstand um die ungleiche Sperrspannungsverteilung wegen unterschiedlicher Leckströme auszugleichen.

Ebenfalls parallel zur Diode käme ein Kondensator, um die unterschiedlichen Sperrkapazitäten auszugleichen.

Die Frage ist nun, ob in Reihe zu diesem Parallelkondensator ein Widerstand geschaltet werden muss. Meine Vermutung und daher Antwort war, dass der Grund hierfür sein könnte, um hohe kapazitive Ströme zu vermeiden.

Gibt es dafür vielleicht eine andere, bessere Erklärung?

Gruß, Hilarion

#6

Hallo,

danke für Deine Ergänzung. Die Frage, die ich jedoch
beantworten wollte war, ob zusätzlich zu den
Parallel-Kondensatoren der Dioden noch jeweils ein Widerstand
in Reihe geschaltet werden muss.

da muß ich passen. HF-Technik bei so hohen Spannungen ist
auch nicht mein Spezialgebiet.

Die Frage ist nun, ob in Reihe zu diesem Parallelkondensator
ein Widerstand geschaltet werden muss. Meine Vermutung und
daher Antwort war, dass der Grund hierfür sein könnte, um hohe
kapazitive Ströme zu vermeiden.

Ja, ich verstehe.
Ich weiß ehrlich nicht, wie man das optimal macht.

Wenn man mehr Kap. parallel schaltet, als nötig, wird der
Blindstrom bei sehr hohen Frequnzen natürlich sehr hoch.
Wenn man dann aber Reihenwiderstände einfügt, baut man einen
Tiefpass ein und macht damit die Kondensatoren quasi unwirksam.
Ob das zielführend ist?

Statt dessen sollten die parallelen Kap. so knapp wie möglich
bemessen werden. Zusätzliche Reihenwiderstände müßten dann mit
den sich daraus ergebenden Grenzfrequenzen an die Anwendung
(Nutzfrequenz) angepasst sein.
Gruß Uwi

#7

Hallo,

Die Frage ist nun, ob in Reihe zu diesem Parallelkondensator
ein Widerstand geschaltet werden muss. Meine Vermutung und
daher Antwort war, dass der Grund hierfür sein könnte, um hohe
kapazitive Ströme zu vermeiden.

halte ich für sinnfrei. Die Kondensatoren sollen doch die unterschiedlichen Sperrkapazitäten ausgleichen. Wenn man aber den Strom durch die Kondensatoren begrenzt, kann man alternativ lieber die Kondensatoren kleiner machen. Oder gleich ganz weglassen.

Aber entwickelt habe ich so was auch noch nicht.
Gruß
loderunner

#8

Hallo loderunner,

Die Frage ist nun, ob in Reihe zu diesem Parallelkondensator
ein Widerstand geschaltet werden muss. Meine Vermutung und
daher Antwort war, dass der Grund hierfür sein könnte, um hohe
kapazitive Ströme zu vermeiden.

halte ich für sinnfrei. Die Kondensatoren sollen doch die
unterschiedlichen Sperrkapazitäten ausgleichen. Wenn man aber
den Strom durch die Kondensatoren begrenzt, kann man
alternativ lieber die Kondensatoren kleiner machen. Oder
gleich ganz weglassen.

Also, wir haben einen Kapazitiven Spannungsteiler, welcher aus den Sperrschichtkapazitäten gebildet wird.
Dabei gilt, dass an kleineren Kapazitäten eine grössere Spannung abfällt.
Nun kommt noch der störende Effekt hinzu, dass die Sperrschichtkapazität einer Diode spannungsabhängig ist. Dummerweise nimmt die Kapazität mit zunehmender Spannung ab. Die typische Veränderung liegt für Gleichrichterdioden im Bereich von 1:5 bis 1:10.

Mit einem reinen Cp kommt man schnell auf Werte von einigen 100pF bis nF mit entsprechend hohen Spitzenströmen.
Mit etwas Glück neigt das Ganze dann noch zum oszillieren, was jede Menge weitere Probleme nach sich zieht.

Mit einem RC-Glied kann man das C recht gross wählen und hat dann für hohe Frequenzen praktisch einen parallel geschalteten ohmschen Spannungsteiler.

MfG Peter(TOO)

#9

Hört sich logisch an! (owt)

Mit einem RC-Glied kann man das C recht gross wählen und hat
dann für hohe Frequenzen praktisch einen parallel geschalteten
ohmschen Spannungsteiler.

#10

Hallo loderunner,

Mit einem RC-Glied kann man das C recht gross wählen und hat
dann für hohe Frequenzen praktisch einen parallel geschalteten
ohmschen Spannungsteiler.

Für dich hätte die Kurzversion gereicht, aber für Andere und das Archiv habe ich etwas ausführlicher geschrieben

Aber fertig mit Plaudern, sonst löscht uns noch der MOD wegen oT :smile:

MfG Peter(TOO)