Ein Hochspannungsgleichrichter, der jahrelang einwandfrei funktionierte, wird durch ein optisch identisches Äquivalent ersetzt – gleiche Spannung, gleicher Strom, gleiche Abmessungen – und wird dann heiß. Drei Monate später muss er wieder ausrangiert werden. In einer Reihenschaltung liegt die Ursache meist nicht in der Nennleistung, sondern in der Ansprechzeit.

Was ist Reverse Recovery eigentlich?

Wenn eine Diode in Durchlassrichtung Strom leitet, ist der pn-Übergang mit Ladungsträgern gefüllt. Um sie abzuschalten, muss diese Ladung abgeführt werden, bevor der pn-Übergang wieder Spannung sperren kann. In einem Diagramm wird dies als Sperrverzögerungszeit t bezeichnet.rr — das Zeitfenster zwischen dem Nulldurchgang des Stroms und dem Zeitpunkt, an dem das Gerät tatsächlich die Rückspannung abhält.

Während dieses Zeitfensters leitet die Diode weiterhin, allerdings in Sperrrichtung. Bei jedem Kommutierungsvorgang fließt ein kurzer Stromstoß rückwärts durch das Bauteil. Multipliziert man diesen Stromstoß mit der Sperrspannung, erhält man die momentane Verlustleistung. Multipliziert man diese mit der Anzahl der Kommutierungen pro Sekunde, ergibt sich die kontinuierliche Wärmeentwicklung.

Das ist der gesamte Mechanismus. Nichts daran ist ungewöhnlich – deshalb geben Datenblätter überhaupt einen Wert für die Wiederherstellungszeit an. Bei dieser Produktlinie ist dies wichtiger als bei den meisten anderen, da Hochspannungsgleichrichter als Ketten von Chips aufgebaut sind und das Wiederherstellungsverhalten in einer Kette nicht dem eines einzelnen Bauelements entspricht.

Warum ein Series Stack es noch schlimmer macht

Ein 50-kV-Gleichrichterblock besteht nicht aus einem einzelnen Knotenpunkt, sondern aus einer Reihe von Knotenpunkten, von denen jeder einen Anteil der Sperrspannung trägt. Beim Schalten der Kette müssen sich alle diese Knotenpunkte erholen.

Sie erholen sich nicht exakt gleichzeitig. Die Chips mit der kürzesten Erholungszeit löschen sich zuerst und beginnen zu blockieren; für einen sehr kurzen Zeitraum stellen die Chips, die sich noch erholen, effektiv Kurzschlüsse dar, sodass die bereits gelöschten Chips am Ende weit mehr als ihren Anteil an der Sperrspannung halten.

Das ist eine kurzzeitige Überspannung an einem Teil des Stromkreises. Sie dauert nur Mikrosekunden, tritt aber bei jeder Kommutierung auf, tausendfach pro Sekunde in einem Schaltnetzteil. Der Chip, der die zusätzliche Belastung erträgt, wird am heißesten und fällt schließlich als erster aus.

Aus diesem Grund gibt es auch RC-kompensierte Blöcke. Das Widerstands-Kondensator-Netzwerk entlang der Kette sorgt dafür, dass sich die Sperrspannung sowohl bei Gleichstrom als auch bei schnellen Transienten gleichmäßig aufteilt – dasselbe Problem, das hier im Bauteil selbst und nicht vom Schaltungsentwickler gelöst wird.

Der Substitutionsfehler

Die meisten Fehler bei der Teileaustauschprüfung folgen demselben Muster: Der Techniker gleicht Spannung und Stromstärke mit der ursprünglichen Teilenummer ab und behandelt den Wiederherstellungszusatz als Detail. Bei älteren Baureihen besteht dieser Zusatz aus einem einzelnen Buchstaben, wobei sich die Buchstaben je nach Hersteller unterscheiden.

  • K, F, UF — Standard, schnell, ultraschnell, in den Blockfamilien.
  • S und U — Standard und schnell, in den Modulfamilien.
  • UF und S — die beiden Erholungsklassen in den Spaltenfamilien: 70 ns bei der schnellen Version, gegenüber 3000 ns bei den Standard-VMI-Angeboten.

Ein Unterschied von 40 Nanosekunden klingt gering. Bei 20 kHz dauert ein Schaltzyklus 50 Mikrosekunden. 40 Nanosekunden entsprechen 0.08 % des Zyklus – und genau das ist der Punkt: Die Verluste konzentrieren sich auf den Schaltmoment und verteilen sich nicht über den gesamten Zyklus. Daher führt ein kleiner Zeitunterschied zu einem großen Verlustunterschied.

Der umgekehrte Fall ist genauso häufig, aber weniger offensichtlich: Der Einbau eines Bauteils mit schneller Erholung in eine Netzfrequenzposition ist zwar Geldverschwendung, funktioniert aber. Der Einbau eines Bauteils mit Standarderholung in eine Schaltposition funktioniert eine Zeit lang, dann aber nicht mehr.

Was ist stattdessen zu tun?

Ignorieren Sie den Suffix in der ursprünglichen Teilenummer und arbeiten Sie mit dem Schaltplan:

  1. Ermitteln Sie die Kommutierungsfrequenz des Stellplatzes, nicht die Betriebsfrequenz des Geräts.
  2. Prüfen Sie, ob für das Originalbauteil eine angegebene Wiederherstellungszeit angegeben war. Falls nicht, handelte es sich wahrscheinlich um ein Bauteil mit Netzfrequenz oder ohne Schaltfunktion, und ein Bauteil mit Standardwiederherstellungszeit ist die richtige Lösung.
  3. Befindet sich der Teil innerhalb eines Serienstapels, muss die Wiederherstellungsklasse der gesamten Zeichenkette übereinstimmen – Wiederherstellungsklassen dürfen innerhalb eines Stapels nicht vermischt werden.
  4. Wenn das Originalteil ausgefallen ist und der Ausfall thermisch aussieht, sollte man die Wiederherstellungsklasse als verdächtig betrachten, anstatt anzunehmen, dass die Bewertung falsch war.

Senden Sie uns die Original-Teilenummer und die Kommutierungsfrequenz, und wir senden Ihnen das entsprechende Ersatzteil, ausgewählt anhand der Frequenz (nicht des Suffixes). Die Bewertungstabellen in die Gleichrichterstapel-Querverweis Führen Sie die Wiederherstellungszeit für jede Teilenummer auf, sofern der Originalhersteller eine solche angegeben hat.

Wo dies im Bereich zutrifft

In der gesamten HVC-Gleichrichterlinie laufen drei Erholungsklassen ab, von der schnellsten bis zur langsamsten:

  • Gleichrichterblöcke — 35 ns bis 350 ns, alles innerhalb der gleichen Spannungs- und Stromklassen.
  • Modulgleichrichter — Es gibt eine S- und eine U-Version desselben Bauteils; die U-Version benötigt 75 ns zum Wiederherstellen, für die S-Version ist im Originalkatalog kein Wert angegeben.
  • Spalten „Slim Pack“ und „Fat Pack“ — 70 ns bei der schnellen Version gegenüber 3000 ns bei der Standardversion, die größte Differenz im gesamten Spektrum.

In jeder dieser Familien wird die Erholungsklasse separat von der Spannungs- und Stromklasse ausgewählt. Genau darum geht es in diesem Artikel: Es handelt sich um einen dritten Parameter, nicht um ein Suffix.