Woran sterben TRIACs?

Post by Marcel Mueller
Ich hatte hier kürzlich einen ungewöhnlichen Ausfall eines TRIACs. Das
ganze ist ein TIC225D, das einen alten TV schaltet, wenn der Zuspieler
ein Signal liefert. Was war passiert?
Durch einen Defekt im vergossenen Stecker einer Mehrfachsteckdose
(eigene Story) kam es vorübergehend zu kurzen Stromunterbrechungen
(Funkenbildung). Die Geräte nebst TV reagierten, sagen wir mal verstört.
Soweit nichts überraschendes.
Was mich aber wundert, ist dass dabei der TRIAC verstorben ist
(dauer-an, vmtl. durchlegiert). Warum sollte eine schlechte Verbindung
beim (in Reihe geschalteten) Stromkabel den TRIAC beeinträchtigen. Klar,
das gibt ein paar Stromspitzen, aber irgendwie drängt sich mir nicht
auf, warum der dabei gleich Hopps geht. Ich meine, von den 8A Nennstrom
ist der TV weit entfernt (ca. 100W). Außerdem ist er dabei nach ein paar
Sekunden aus gegangen. Andernfalls wäre vmtl. auch der Stecker abgefackelt.
Irgendwelche Ideen?

Wenn der Triac rundherum mit nichts geschuetzt war, hat er vermutlich
eine der Spannungsspitzen nicht ausgehalten. Die entstehen, wenn
Kontakte funken und deren Spitzenspannung haengt u.a. von der
dranhaengenden Leitungslaenge ab. TV, Videogeraete und so weiter haben
am Eingang einen oder mehrere Kondensatoren von N nach L und auch noch
von N sowie L zum Schutzleiter, falls vorhanden (ist meist nicht der
Fall). Daher haelt der TV das aus, wenn fuer einige zig usec 1kV oder
mehr anliegen, oder er laesst sich an seinem NEtzeingang gar nicht erst
so hoch kommen. Der Triac hingegen fatzt dann durch.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Bernd Mayer

2018-01-23 23:01:11 UTC

Hallo,

der Einschaltstrom kann recht hoch sein. Du schreibst ja von kurzen
Stromunterbrechungen im Plural. Die NTCs zur Einschaltstrombegrenzung im
Netzteil können dann warm bleiben wenn das Einschalten mehrmals
hintereinander in kurzem Abstand erfolgt und der wiederholte
Einschaltstrom wird nicht begrenzt und das hat dann Folgen.

Bernd Mayer

Bernd Mayer

2018-01-24 00:19:24 UTC

Am 24.01.2018 um 00:01 schrieb Bernd Mayer:

[ TRIAC-Defekt durch kurze Stromunterbrechungen mit Funkenbildung]

Post by Bernd Mayer

Post by Marcel Mueller
Was mich aber wundert, ist dass dabei der TRIAC verstorben ist
(dauer-an, vmtl. durchlegiert). Warum sollte eine schlechte Verbindung
beim (in Reihe geschalteten) Stromkabel den TRIAC beeinträchtigen.

Hallo,
der Einschaltstrom kann recht hoch sein. Du schreibst ja von kurzen
Stromunterbrechungen im Plural. Die NTCs zur Einschaltstrombegrenzung im
Netzteil können dann warm bleiben wenn das Einschalten mehrmals
hintereinander in kurzem Abstand erfolgt und der wiederholte
Einschaltstrom wird nicht begrenzt und das hat dann Folgen.

Nachtrag:

durch die Funken können Spannungsimpulse entstehen deren Steilheit höher
sind als die zulässigen Anstiegs- und Abfallzeiten für den
TIC225 (Critical rate of rise of off-state voltage und Critical rise of
commutation voltage) siehe Datenblatt.

Bernd Mayer

Marte Schwarz

2018-01-24 12:16:14 UTC

Hallo Marcel,

Post by Marcel Mueller
Ich hatte hier kürzlich einen ungewöhnlichen Ausfall eines TRIACs.
(eigene Story) kam es vorübergehend zu kurzen Stromunterbrechungen
(Funkenbildung).
Was mich aber wundert, ist dass dabei der TRIAC verstorben ist
(dauer-an, vmtl. durchlegiert).

Thyristoren und Triacs legieren in der Regel durch, wenn das di/dt zu
hoch wird. Deswegen mögen die an sich keine kapazitiven Lasten und schon
gar nicht, wenn nicht im Nulldurchgang geschalten wird. Die Netzteile
sind aber in erster Näherung heutzutage kapazitiv. Wenn dann noch ggfs
eingesetzte NTCs bereits warm sind und dann noch die Cs im Mittelkreis
durch PFC leergesaugt wurden, die Triacs ohne Nulldurchgangsschalter
einfach so zünden, während gerade die Phase schön hoch im Potenzial
liegt... kann man sich dann gut vorstellen, dass da das di/dt zu groß
wird. Die ganzen induktiven Thesen glaub ich eher weniger. Die können
höchstens mit dazu kommen und für ein unbeabsichtigtes Zünden im
falschen Moment verantwortlich sein. Triacs können in der Tat durch ein
zu großes du/dt auch überkopfzünden. Das ist aber in der Regel nicht
tödlich, solange di/dt im Rahmen bleibt.

Soweit meine Gedanken zum Fall

Marte

Marcel Mueller

2018-01-25 21:18:38 UTC

Post by Marte Schwarz
Hallo Marcel,

Post by Marcel Mueller
Ich hatte hier kürzlich einen ungewöhnlichen Ausfall eines TRIACs.
(eigene Story) kam es vorübergehend zu kurzen Stromunterbrechungen
(Funkenbildung). Was mich aber wundert, ist dass dabei der TRIAC
verstorben ist (dauer-an, vmtl. durchlegiert).

Thyristoren und Triacs legieren in der Regel durch, wenn das di/dt zu
hoch wird.

Heißt das, dass sie dann nur teilweise durchzünden und der Strom durch
ein zu kleines Areal muss?

Das würde einen Zusammenhang zwischen Zündstrom und dI/dt nahe legen.
Hier könnte der Hase im Pfeffer liegen. Ich habe nur extrem wenig
Leistung zum zünden zur Verfügung. Deshalb auch der TIC 225.

Interessanterweise schweigen sich die Datenblätter zu dI/dt komplett aus.

Post by Marte Schwarz
Deswegen mögen die an sich keine kapazitiven Lasten und schon
gar nicht, wenn nicht im Nulldurchgang geschalten wird.

Naja, Phasenanschnittdimmer existieren schon recht lange.

Post by Marte Schwarz
Die ganzen induktiven Thesen glaub ich eher weniger. Die können
höchstens mit dazu kommen und für ein unbeabsichtigtes Zünden im
falschen Moment verantwortlich sein.

Während des Vorfalls lag Zündstrom an, andernfalls wäre der TV aus
gewesen und der Schaden an der Steckdose kaum aufgefallen.
Da ich potentialfrei zünden muss, ist es allerdings AC mit einigen kHz,
also nicht 100% dauerhaft.

Post by Marte Schwarz
Triacs können in der Tat durch ein
zu großes du/dt auch überkopfzünden. Das ist aber in der Regel nicht
tödlich, solange di/dt im Rahmen bleibt.

Das ist eigentlich auch mein Bild.

Marcel

Marte Schwarz

2018-01-25 23:18:03 UTC

Hi Marcel,

Post by Marte Schwarz
Thyristoren und Triacs legieren in der Regel durch, wenn das di/dt zu
hoch wird.

Heißt das, dass sie dann nur teilweise durchzünden und der Strom durch
ein zu kleines Areal muss?
Das würde einen Zusammenhang zwischen Zündstrom und dI/dt nahe legen.

So ist mein Kenntnisstand und deckt sich mit meinen Erfahrungen, als ich
eine Thyristorbrücke zur Phasenumschaltungen in einem 2 kV 20 A
Buck-Converter eingesetzt hatte. Wenn ich den Strom vor der Phasenumkehr
nicht weit genug herunterfahren konnte, sind die Thyristoren gestorben
wie die Fliegen.

Post by Marcel Mueller
Hier könnte der Hase im Pfeffer liegen. Ich habe nur extrem wenig
Leistung zum zünden zur Verfügung. Deshalb auch der TIC 225.

Möglich. Am Besten fährst Du, wenn Du definiert nur bei Nulldurchgängen
schaltest und bei Störungen eine Wartezeit einbaust.

Post by Marcel Mueller
Interessanterweise schweigen sich die Datenblätter zu dI/dt komplett aus.

Huch!?!

Post by Marte Schwarz
Deswegen mögen die an sich keine kapazitiven Lasten und schon
gar nicht, wenn nicht im Nulldurchgang geschalten wird.

Naja, Phasenanschnittdimmer existieren schon recht lange.

Aber nur für induktive Lasten, bei denen die Last für ein kontrolliertes
di/dt sorgt oder für ohmsche Lasten mit in reihe geschaltener
Schutzinduktivität, die das abdeckt.

Post by Marte Schwarz
Die ganzen induktiven Thesen glaub ich eher weniger. Die können
höchstens mit dazu kommen und für ein unbeabsichtigtes Zünden im
falschen Moment verantwortlich sein.

Solange die Frequenz hoch genug ist und/oder(beim Triac) die Impulsform
sich eher an Rechteck denn an Trapez nähert sollte das unkritisch sein.

Post by Marte Schwarz
Triacs können in der Tat durch ein
zu großes du/dt auch überkopfzünden. Das ist aber in der Regel nicht
tödlich, solange di/dt im Rahmen bleibt.

Das ist eigentlich auch mein Bild.

Deshalb schrieb ich so ausführlich ;-)
Als erste Gegenmaßnahme würde ich eine Seriendrossel in Verbindung mit
antiparalellen Supressordioden (quasi als Snubber / Freilaufkreis)
versuchen... und dann mal messen, was auf der Leitung passiert -
Hochspannungstastkopf vorausgesetzt.

Marte

Marcel Mueller

2018-01-26 06:20:41 UTC

Post by Marcel Mueller
Das würde einen Zusammenhang zwischen Zündstrom und dI/dt nahe legen.
Hier könnte der Hase im Pfeffer liegen. Ich habe nur extrem wenig
Leistung zum zünden zur Verfügung. Deshalb auch der TIC 225.

Möglich. Am Besten fährst Du, wenn Du definiert nur bei Nulldurchgängen
schaltest und bei Störungen eine Wartezeit einbaust.

Das ist allerdings auch immenser Aufwand.
Die ganze Schaltung hat derzeit vielleicht einen Quadratzentimeter. Und
In der Grabbelkiste findet man die dazu nötigen Controller auch nicht.
Und braucht die Nulldurchgangserkennung nicht auch dauerhaft etwas Strom?

Post by Marcel Mueller
Interessanterweise schweigen sich die Datenblätter zu dI/dt komplett aus.

Huch!?!

Zumindest zu diesem TRIAC habe ich nichts gefunden.

Post by Marcel Mueller
Während des Vorfalls lag Zündstrom an, andernfalls wäre der TV aus
gewesen und der Schaden an der Steckdose kaum aufgefallen.
Da ich potentialfrei zünden muss, ist es allerdings AC mit einigen
kHz, also nicht 100% dauerhaft.

Solange die Frequenz hoch genug ist und/oder(beim Triac) die Impulsform
sich eher an Rechteck denn an Trapez nähert sollte das unkritisch sein.

Ja, der Spannungsverlauf ist schon im wesentlichen Rechteck, aber der
Strom wohl nicht.
Mit der Frequenz darf man übrigens nicht sehr hoch gehen, sonst Zünden
die Biester nicht mehr richtig. Ich wollte erst mit 40 kHz oder so ran.
Das hat nicht funktioniert. Warum genau weiß ich nicht. Entweder prallt
der Strom dann an der Eingangskapazität ab oder die Dauer einer
Halbwelle am Gate reicht nicht für den Zündvorgang und beim umpolen,
beginnt alles von vorne.

Post by Marte Schwarz
Deshalb schrieb ich so ausführlich ;-)
Als erste Gegenmaßnahme würde ich eine Seriendrossel in Verbindung mit
antiparalellen Supressordioden (quasi als Snubber / Freilaufkreis)
versuchen... und dann mal messen, was auf der Leitung passiert -

Naja, es hat jetzt auch so ein paar Jahre gehalten. Ich hoffe mal nicht,
dass gleich wieder eine Steckdose verreckt.
Eine Drossel wäre sicher kein Fehler. Aber Freilauf am TRIAC ergibt
eigentlich keinen Sinn. Der macht eh erst wieder auf, wenn kein
signifikanter Strom mehr fließt.

Post by Marte Schwarz
Hochspannungstastkopf vorausgesetzt.

Fehlanzeige. Aber so Spitzen bis 1kV verdauen auch meine normalen
Tastköpfe ganz gut. Das sollte für diese Manöver reichen.

Marcel

Marte Schwarz

2018-01-26 08:09:45 UTC

Hi Marcel,

Post by Marte Schwarz
Möglich. Am Besten fährst Du, wenn Du definiert nur bei Nulldurchgängen
schaltest und bei Störungen eine Wartezeit einbaust.

Alles relativ...

Post by Marte Schwarz
Solange die Frequenz hoch genug ist und/oder(beim Triac) die Impulsform
sich eher an Rechteck denn an Trapez nähert sollte das unkritisch sein.

Ja, der Spannungsverlauf ist schon im wesentlichen Rechteck, aber der
Strom wohl nicht.

Messen?

Post by Marcel Mueller
Mit der Frequenz darf man übrigens nicht sehr hoch gehen, sonst Zünden
die Biester nicht mehr richtig. Ich wollte erst mit 40 kHz oder so ran.
Das hat nicht funktioniert. Warum genau weiß ich nicht. Entweder prallt
der Strom dann an der Eingangskapazität ab

Abprallen wohl weniger, eher versumpfen. Solange natürlich nur die
Sperrschichtkapazitäten umgeladen werden, tut sich schalttechnisch
natürlich nichts. mehr als 1 kHz hätte ich jetzt auch nicht genommen.
Klar, je höher desto kleiner die Übertrager. Bei 40 kHz kannst Du aber
bereits ans Gleichrichjten und Sieben denken.

Post by Marte Schwarz
Als erste Gegenmaßnahme würde ich eine Seriendrossel in Verbindung mit
antiparalellen Supressordioden (quasi als Snubber / Freilaufkreis)
versuchen... und dann mal messen, was auf der Leitung passiert -

Eine Drossel wäre sicher kein Fehler. Aber Freilauf am TRIAC ergibt
eigentlich keinen Sinn. Der macht eh erst wieder auf, wenn kein
signifikanter Strom mehr fließt.

Der Snubber nicht über den Triac sondern über die wacklige Steckdose. Da
wird doch unfreiwillig der Stromkreis unterbrochen. Da muss im
Zweifelsfall der Spulenstrom weiterfließen dürfen, zur Not mit heftigem
Spannungsabfall für ein paar ms. Die Suppressordioden brauchen den
Stromfluß nicht aufrecht erhalten, es soll ja nur das di/dt beim
Wiedereinschalten begrenzen, ohne dass der Funkenregen oder gar
induzierte Überspannung mehr kaputt machen, als helfen.

Post by Marcel Mueller
Fehlanzeige. Aber so Spitzen bis 1kV verdauen auch meine normalen
Tastköpfe ganz gut. Das sollte für diese Manöver reichen.

Na wenn Du meinst... ich hatte das anders erlebt. 1:10 Tastköpfe
schlucken da vieles weg, wenn die Spannung hoch kommt. manche 1:100
Tastköpfe gehen bis kV und haben auch deutlich weniger
Eingangskapazität. Das Zeuch in der Tastkopfspitze soll aber sehr
induktionsarm sein, weil keiner einen 10 MHz Tastkopf kaufen mag. Das
macht die mechanischen Ausdehnungen klein, was wiederum selten gut für
Hochspannung war...

Marte

Marcel Mueller

2018-01-26 16:07:13 UTC

Post by Marcel Mueller
Ja, der Spannungsverlauf ist schon im wesentlichen Rechteck, aber der
Strom wohl nicht.

Messen?

Könnte man... Die Mühe habe ich mir aber nicht gemacht.

Post by Marcel Mueller
Mit der Frequenz darf man übrigens nicht sehr hoch gehen, sonst Zünden
die Biester nicht mehr richtig. Ich wollte erst mit 40 kHz oder so
ran. Das hat nicht funktioniert. Warum genau weiß ich nicht. Entweder
prallt der Strom dann an der Eingangskapazität ab

Abprallen wohl weniger, eher versumpfen.

Ja, das meine ich schon.

Post by Marte Schwarz
Solange natürlich nur die
Sperrschichtkapazitäten umgeladen werden, tut sich schalttechnisch
natürlich nichts. mehr als 1 kHz hätte ich jetzt auch nicht genommen.

Irgendsoetwas ist es auch geworden. AFAIR etwas mehr. 5 kHz oder so.

Post by Marte Schwarz
Klar, je höher desto kleiner die Übertrager.

Das dürften Epcos R10 sein.

Post by Marte Schwarz
Bei 40 kHz kannst Du aber
bereits ans Gleichrichjten und Sieben denken.

Das hatte ich auch schon überlegt. Das bringt aber die Kalkulation schon
gehörig durcheinander. Zum einen die nicht unerheblichen
Gleichrichterverluste. Zum anderen spart es natürlich Strom, wenn man
immer nur kurz nach dem Umpolen signifikant Strom fließen lässt und
nicht die ganze Periode lang. Die Verzögerung nach dem Nulldurchgang bis
zum Einschalten ist bei hinreichend hoher Frequenz kaum störend.

Eine Drossel wäre sicher kein Fehler. Aber Freilauf am TRIAC ergibt
eigentlich keinen Sinn. Der macht eh erst wieder auf, wenn kein
signifikanter Strom mehr fließt.

Der Snubber nicht über den Triac sondern über die wacklige Steckdose.

Also ich werde bestimmt nicht um einen intern defekten Stecker in einer
Steckdose eine Work-Around herum bauen. Ich meine, das ist ja
Brandgefährlich. Den (vergossenen) Stecker habe ich abgekniffen und
durch einen funktionsfähigen ersetzt.

[HV-Tastkopf]

Post by Marcel Mueller
Fehlanzeige. Aber so Spitzen bis 1kV verdauen auch meine normalen
Tastköpfe ganz gut. Das sollte für diese Manöver reichen.

Na wenn Du meinst... ich hatte das anders erlebt. 1:10 Tastköpfe
schlucken da vieles weg, wenn die Spannung hoch kommt.

Du meinst die Eingangskapazität, oder? Also bei den Impedanzen von
Stromleitungen habe ich da weniger bedenken.
Außerdem hängen an dem einen Oszi die guten alten P6139A dran. Die haben
AFAIR 8pF oder so. So etwas Gutes wird heutzutage kaum noch gebaut.

Post by Marte Schwarz
manche 1:100
Tastköpfe gehen bis kV und haben auch deutlich weniger
Eingangskapazität.

Ja, wobei die nicht so klein ist, wie ich es erwarten würde. Also, weit
von Faktor 10 besser entfernt. Ich habe mal rum geguckt, und bin dann
bei 4-5pF oder so gelandet. Das ist gerade mal ein Faktor 2 besser als
meine 1:10 Probes. Dafür sind die Dinger noch sündhaft teuer.

Post by Marte Schwarz
Das Zeuch in der Tastkopfspitze soll aber sehr
induktionsarm sein, weil keiner einen 10 MHz Tastkopf kaufen mag. Das
macht die mechanischen Ausdehnungen klein, was wiederum selten gut für
Hochspannung war...

dU/dt ist AFAIK das primäre Problem bei den Tastköpfen, also letztlich
der hineinfließende Strom. An die Grenze mit U alleine stößt man in der
Praxis eher selten.

Einen alten Hameg-Tastkopf habe ich vor einigen Jahrzehnten mal
gesprengt. Das waren allerdings auch eher 1,6kV, und zudem im
wesentlichen DC mit hässlichen 400µF MP-C dran. Das hat dem Ganzen dann
doch etwas Schmackes verliehen. ;-) OK, das war die Spannungsgrenze.
Tatsächlich habe ich den Tastkopf trotz der Sprengung wieder reparieren
können. Es war glaube ich nur der Trimmkondensator nicht mehr existent.
OK, das Plastik außen hatte es auch zerfetzt, interessanterweise ohne
das dazwischenliegende Metallrohr zu beschädigen. Wie auch immer:
Platinchen gereinigt, anderen Kondensator eingebaut (Festwert, passend
zum Oszi), lief wieder.

Marcel

Volker Borchert

2018-01-27 01:50:32 UTC

Post by Marcel Mueller
Und braucht die Nulldurchgangserkennung nicht auch dauerhaft etwas Strom?

Hm. Könnte man nicht mit (Diode, Vorwiderstand, Zenerdiode, Transistor)
für jede Halbwelle einfach die Gatespannung jurzschließen?

--
"I'm a doctor, not a mechanic." Dr Leonard McCoy <***@ncc1701.starfleet.fed>
"I'm a mechanic, not a doctor." Volker Borchert <***@despammed.com>

Marcel Mueller

2018-01-27 08:13:09 UTC

Post by Volker Borchert

Post by Marcel Mueller
Und braucht die Nulldurchgangserkennung nicht auch dauerhaft etwas Strom?

Hm. Könnte man nicht mit (Diode, Vorwiderstand, Zenerdiode, Transistor)
für jede Halbwelle einfach die Gatespannung jurzschließen?

Wenn die Gatespannung immer synchron gepolt wäre, ja.
Damit fließt der Basisstrom durch den Transistor aber auch immer. Und
das auch noch durch das zu schaltende Gerät. Das gibt dann wieder so
Phänomene wie die berühmten Blitz-LEDs.

Aber schwerer wiegt, dass der DC-DC-Wandler am anderen Ende des
Gate-Übertragers das übel nehmen würde.
Aufgrund der Potentialfreiheit muss man nämlich auf der Seite ansetzen.
Kurzum, das muss auch noch durch einen Optokoppler durch. Und der
braucht schon etwas Strom, damit er etwas sinnvolles tut.

Blöderweise kann man bei dieser Anwendung kein Kondensatornetzteil
nehmen, weil sonst die Phase im Eimer ist.

Marcel

Volker Bartheld

2018-01-24 17:00:47 UTC