Hi Leute, folgende Situation: Ich habe eine Stromregelung (mittels UC3843) für einen Hochsetzsteller (3 kW) realisiert. Eingangsseitig von 260V-450V und Ausgangsseitig - sobald die subharmonischen Oberschwingungen weg sind und die Regelung stabil ist - 500V. Lastwiderstand sind ca. 84 Ohm. Der Strom wird durch den FET-Zweig gemessen gemäß dem Bild im Anhang. Um den Betreiber des Forums sowie mich rechtlich abzusichern, hier die Quelle des Bildes: http://www.dataweek.co.za/articles/Dataweek%20-%20Published%20by%20Technews/dw2220b.png Berechnungen zufolge beträgt der Peakwert des Stromes durch den FET ca. 17A. Das ergibt laut Datenblatt einen Widerstandswert von 1V/17A =~ 50 mOhm. Bei 260V auf 500V beträgt der Effektivwert des Stromes ca. 8A. Ich habe den Shuntwiderstand mit 10 470mOhm Drahtwiderständen (2W) in Parallelschaltung realisiert. Die Regelung funktioniert damit grundsätzlich, die Messungen ergeben aber unschöne Bilder (Rauschen, starke Über- bzw. Unterspannungen entlang des FETs). Da ich beim Reglerdesign einen fertigen Hochsetzsteller (fertig auf PCB) zu Testzwecken verwendet und den Regler auf einer Lochrasterplatine (ohne GND Fläche) aufgebaut habe, habe ich mir die unschönen Bilder dadurch erklärt und keinen Gedanken an den Shuntwiderstand vergeudet. Deshalb habe ich eine Platine Hochsetzsteller inkl. Regelung auf einem PCB realisiert und musste nun feststellen, dass der Shuntwiderstand Schuld an den unschönen Bildern ist. Wie ich darauf komme: Ich habe die Regelung deaktiviert und eine simple Brücke anstelle des Shunts gesetzt. Die Messung sah sehr sauber und schön aus - deutlich reduzierte Schwingungen. Daraus schließe ich, dass meine 10*470mOhm Widerstandskombination Schuld ist und suche deshalb einen geeigneten Shunt Widerstand mit bummelig 47 mOhm. Leider bin ich bezüglich der geometrischen Abmessungen ein wenig eingeschränkt, weil das PCB bereits hergestellt ist. Im zweiten Bild seht ihr die beiden Pads, auf die der Widerstand draufgelötet wird. Ich habe mal Conrad bemüht und einen von Isabellenhütte gefunden. Hier der Link: http://www.conrad.de/ce/de/product/447382/PRAeZISIONS-WIDERSTAND-PBV-005-OHM/SHOP_AREA_17626&promotionareaSearchDetail=005 Falls der Link ins Nirvana führt, hier die Bestellnummer: 447382 - 62 Nachdem ich euch eine Frikadelle ans Ohr geklatscht habe: Kennt ihr eine gute Lösung auf mein Problem bezüglich eines geeigneten Shunt Widerstandes? Ich bedanke mich sehr bei euch und freue mich über jede hilfreiche Antwort. Auch konstruktive Kritik ist erwünscht. MfG
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Bei der Leistung würde ich einen Stromwandler nehmen. Weniger Verluste und präziseres Signal. Wenn unbedingt Shunt, dann auf die Induktvität achten, also einen dezidierten Stormmessshunt nehmen. Bei der Verlustlietung wird dieser zwangsweise groß und hat damit eine höhere Induktivität. Ich nehme daher schon ab grob 1,5kW (in PFCs, ähnlcihe Ströme) nur mehr Stromwandler, kleiner, billiger, besser. Un die subharmonischen kann man doch wegkompensieren, bei dem IC nur ein Transistor mehr. Auch besitzt dieser alte IC kein "Leading Edge Blanking", welches den Gateimpuls oder andere Schalttransienten ausblendet. Abhilfe ist ein RC-Filter, welches aber auch die Reaktion im Fehlerfall verzögern kann. MFG Fralla
Hi Fralla, zunächst Danke für deinen Beitrag. Einen Stromwandler (Current Transformer?) werde ich beim nächsten Mal verwenden - oder siehst du eine Chance, dass ich den auf die beiden Pads raufbekomme? Wenn der auch jetzt im Nachhinein noch aufs PCB kann, wäre das durchaus eine interessante Option. Dies ist mein erstes Design und entsprechend unerfahren bin ich auf dem Gebiet. Magst du mir vielleicht einen passenden Stromwandler nennen, sofern du einen ausm Ärmel schütteln kannst? Fralla schrieb: > Bei der Leistung würde ich einen Stromwandler nehmen. Weniger Verluste > und präziseres Signal. > Un die subharmonischen kann man doch wegkompensieren, bei dem IC nur ein > Transistor mehr. Auch besitzt dieser alte IC kein "Leading Edge > Blanking", welches den Gateimpuls oder andere Schalttransienten > ausblendet. Abhilfe ist ein RC-Filter, welches aber auch die Reaktion im > Fehlerfall verzögern kann. Ich habe in meinem Layout extra die Option "Slope Compensation" mit Transistor und weiteren Widerstand berücksichtigt. Auch habe ich damit auf dem Testboard zu Testzwecken ein wenig herumgespielt. Das Problem ist: Der Lastwiderstand ist konstant zu 80 Ohm gewählt (500V und 3kW). Wenn ich also meine Eingangsspannung von 0V aufdrehe, tritt eingangsseitig ein hoher Strom auf - um eben die Leistung rüberzubringen. Deshalb habe ich mich nie getraut, sie ganz einzusetzen, um einerseits den Shunt, andererseits aber auch die Drossel sowie FET und Diode nicht zu zerstören. Drossel kann 16A DC ab FET kann 16A DC Diode kann 16A DC Möchte ich also schon bei 100V auf 500V mit 80Ohm Lastwiderstand, habe ich am Eingang in erster Näherung einen Strom von I_ein = 3000W/100V = 30A Oder missverstehe ich da etwas? Danke dir jedenfalls.
Hallo! >Magst du mir vielleicht einen passenden Stromwandler nennen, sofern du >einen ausm Ärmel schütteln kannst? Ich verwende eigentlich keine "gekauften" Serienwandler, sind zu teuer für nichts. Aber sieh dich bei EPCOS/TDK, Coilcraft, Würth also den Wickelgutherstellern um, die verschärbeln fast alle solche Wandler. http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Inductors/Inductors/SMTCurrentSenseTransformers/Page,locale=en.html Und dann bei Distributoren und deren parametrische Suche. >oder siehst du eine Chance, dass ich den auf die beiden Pads raufbekomme? klar, auch bei 3kW und der Spannung sinds ja nur ein paar A. Die Stromwandler haben da nur eine Primärwicklung (also eine Drahtbrücke). Bei 3kW kann das ein Würfel von nur 6mm Seitenlänge sein.. >ich am Eingang in erster Näherung einen Strom von >I_ein = 3000W/100V = 30A >Oder missverstehe ich da etwas? Eher mehr Strom (Wirkunsgrad). Die Drossel muss dass auch können, du hast 16A erwähnt. Die Diode ( SiC? ) sieht kurze, hohe Peakströme. Auf RMS-Strom der Kondensatoren achten. Und gerade bei hohem Dutycycle brauchst du die Kompensation. >Deshalb habe ich mich nie getraut, sie ganz einzusetzen, >um einerseits den Ih wüste nicht was da gefährlich sein soll? Die Rampe die addiert wird erhöht ja nicht den Fet-Strom, im Gegenteil. Wenn das sauber laufen soll und dann noch im für hohe Leistungen ungünstigen peak-current-mode, dann gehört da eine Kompensation hin, sofern du CCM fährst, was ich stark annehe. MFG Fralla
Fralla schrieb: > Und dann bei Distributoren und deren parametrische Suche. Danke. Bin gerade bei Farnell und rs-online auf der Suche :) >>oder siehst du eine Chance, dass ich den auf die beiden Pads raufbekomme? > klar, auch bei 3kW und der Spannung sinds ja nur ein paar A. Die > Stromwandler haben da nur eine Primärwicklung (also eine Drahtbrücke). > Bei 3kW kann das ein Würfel von nur 6mm Seitenlänge sein.. Das ist doch schon mal eine erfreuliche Nachricht. >>ich am Eingang in erster Näherung einen Strom von >>I_ein = 3000W/100V = 30A >>Oder missverstehe ich da etwas? > > Eher mehr Strom (Wirkunsgrad). Die Drossel muss dass auch können, du > hast 16A erwähnt. Die Drossel ist doch beim HSS direkt am Eingang. Insofern fließt durch die Drossel doch auch 30A. Warte mal, jetzt bin ich komplett verwirrt. Wenn ich die Slope Compensation implementiere, werde ich eingangsseitig einen höheren Strom erwarten (wegen der 3kW am Ausgang). Durch meine Regelung habe ich jedoch den Peakwert des Stromes auf 17A begrenzt. Das ist doch ein Widerspruch, oder meinst du nicht? Bei 17A soll der Schalter wieder ausschalten (bei 17A sind 1V überm Shunt). > Die Diode ( SiC? ) sieht kurze, hohe Peakströme. Ja, ist eine SiC Diode. Um genau zu sein ist da die IDT16s60c. Datenblatt findest du hier: http://www.infineon.com/dgdl/IDT16S60C_2.1.pdf?folderId=db3a304412b407950112b408e8c90004&fileId=db3a304412b407950112b439f5346f16 Aufgrund des höheren Duty Cycles (>50%) wird der Strom größtenteils durch den FET fließen. Das ist richtig, bei der Diode sehe ich weniger das Problem. Dafür aber beim Schalter. Denn der kann auch nur 16A DC max. Und wenn der höhere Eingangsstrom nun größtenteils durch den FET fließt, werde ich doch dort spätestens Probleme bekommen. > RMS-Strom der Kondensatoren achten. > Und gerade bei hohem Dutycycle brauchst du die Kompensation. >>Deshalb habe ich mich nie getraut, sie ganz einzusetzen, >>um einerseits den > Ih wüste nicht was da gefährlich sein soll? Die Rampe die addiert wird > erhöht ja nicht den Fet-Strom, im Gegenteil. Wenn das sauber laufen soll > und dann noch im für hohe Leistungen ungünstigen peak-current-mode, dann > gehört da eine Kompensation hin, sofern du CCM fährst, was ich stark > annehe. Warum ist peak current mode für hohe Leistungen ungünstig? Und warum wird der FET Strom nicht erhöht? Die Ausgangslast ist konstant und wir wollen doch mit der Slope Compensation erreichen, dass die Regelung schon bei 100V stabil ist, sprich ausgangsseitig 500V anliegen. Warum wird der Strom durch den FET dann nicht höher, wenn das Duty Cycle >50% ist? Bitte um Aufklärung.
>Warum ist peak current mode für hohe Leistungen ungünstig? Weil es störanfällig ist, ein kleiner Peak und der Takt ist vorrüber. Die wahrscheinlichkeit ein Störung steigt mit der Leistung bzw Strom. Funktioniert aber trotzdem... >Aufgrund des höheren Duty Cycles (>50%) wird der Strom größtenteils >durch den FET fließen. Das ist richtig, bei der Diode sehe ich weniger >das Problem. Bei konstanter Ausgangsleistung, wird die Diode bei 100V am Eingang mehr belastet als bei 400V. Nur das wollte ich sagen. >Und warum wird der FET Strom nicht erhöht? Die Ausgangslast ist konstant >und wir wollen doch mit der Slope Compensation erreichen, dass die >Regelung schon bei 100V stabil ist, sprich ausgangsseitig 500V anliegen Richtig. >Warum wird der Strom durch den FET dann nicht höher, wenn das Duty Cycle >50% ist? Die Kompensation ändert nur die Regelung, hatt aber nicht mit den Ströme zu tun, welche bei bestimmter Leistung und Eingangsspannung auftreten. Den Fet-Strom und das Dutycycle wird nur durch Leistung und Eingangsspannung bestimmt, mehr nicht. Egal ob mit viel oder wenig Slope. Du musst nur den Shunt anpassen. >Die Drossel ist doch beim HSS direkt am Eingang. Insofern fließt durch >die Drossel doch auch 30A. Genau. >Wenn ich die Slope Compensation implementiere, werde ich eingangsseitig >einen höheren Strom erwarten (wegen der 3kW am Ausgang). Nein, das hat nichts mit dem Slope zu tun. Nochmal die Ströme werden durch Leistung und Eingangsspannung bestimmt, mehr nicht. Engergieerhaltung, wie soll eine andere Regelung am Eingang mehr oder weniger Strom machen wenn Pout=3kW und die Uin=const?? >Denn der kann auch nur 16A DC max. Und wenn der höhere Eingangsstrom nun >größtenteils durch den FET fließt, werde ich doch dort spätestens >Probleme bekommen. Wieso? Was im Mosfet Datenblatt an Drainstrom steht ist eh Blödsinn. (Außer das vielfach höhere Surge Current Rating) Also wenn mehr als 16A im Takt fließen wird auch nichts passieren. Du musst nur auf die Verlustleistung achten welche sich aus Widerstand, RMS-Strom und den Schaltverlusten ergibt. Hmm, du solltest dir noch paar Grundlagen reinziehen... MFG
Hi Fralla,
> Hmm, du solltest dir noch paar Grundlagen reinziehen...
Wenn du das näher spezifizierst, bin ich gerne bereit fehlende
Grundlagen nachzulesen. Aber einfach nur "Grundlagen reinziehen" hilft
hier nicht weiter, sorry. Ich weiß, dass es für dich eine banale
Angelegenheit ist, weil du das bestimmt schon 100 mal gemacht hast. Aber
für jemanden, der das zum ersten Mal macht, kann es schon verwirrend und
herausfordernd sein. Sieh mir dies bitte nach. Ich möchte mich aber auch
gleichzeitig bei dir bedanken, dass du mir hilfst und geduldig bist. Das
rechne ich dir hoch an.
Denn ich habe mich letztendlich mit der Materie befasst und scheinbar
habe ich einige Sachen gänzlich missverstanden - dies bitte ich zu
entschuldigen.
Ich glaube jedoch zu wissen, weshalb wir aneinander vorbei reden bzw.
ich dich nicht verstehe. Ich habe meine Regelung (Spannungsteiler am
Ausgang und Shunt Widerstand durch den FET) auf 250V eingangsseitig
ausgelegt. Ich glaube, dass der Hund hier begraben liegt.
Was ich die ganze Zeit nämlich mit größeren Strömen meine, ist
schlichtweg folgendes - auch messtechnisch verifiziert:
Bei Eingangsspannungen <250V (also von 0V bis hin zu 250V) ist die
Ausgangsspannung eben NICHT 500V, weil die Regelung nicht greift
(Spannungsteiler am Ausgang in den Error Amplifier). Wenn ich die
Eingangsspannung also langsam von 0V an hochdrehe, erhöht sich zwar die
Ausgangsspannung, ist aber fernab von 500V. Um ein ganz blödes Beispiel
zu nennen:
Bei 80V am Eingang habe ich 200V am Ausgang.
Ergibt folgende Rechnung bei einem Wirkungsgrad von 100%:
Pout = 200V^2/84Ohm=480W
Iin = 480W/Vin=6A
Dann drehe ich die Eingangsspannung weiter hoch, bis ich irgendwann am
Ausgang 500V erreicht habe (Spannungsteiler am Ausgang hat 2.5V für den
Error Amplifier). Durch meine Shunt Dimensionierung geschieht das bei
260V am Eingang.
Die Slope Compensation hatte ich nun so verstanden (von der Theorie
her), dass die Regelung bei kleineren Eingangsspannungen bereits stabil
wird. Das heißt für mich, dass ich für 500V am Ausgang nun keine 260V
mehr brauche, sondern die Ausgangsspannung bereits bei 150V (um einfach
mal ein Beispiel zu nennen) erreiche - bei gleichbleibendem
Shunt-Widerstand. Und genau hier habe ich deshalb gedacht, dass man bei
Slope Compensation höhere Eingangsströme erhalten wird.
Anmerkung:
OHNE Slope Compensation habe ich bei 150V keine 500V am Ausgang, sondern
nur (keine Ahnung, vielleicht 320V oder so). Ergo habe ich
ausgangsseitig eine kleinere Spannung und somit eine geringere Leistung.
Das heißt im Umkehrschluss, dass eingangsseitig ebenfalls eine geringere
Leistung vorhanden ist und somit ein geringerer Strom (ohne Slope
Compensation).
Jetzt, wo ich das ganze noch mal hingeschrieben habe, glaube ich meinen
Fehler erkannt zu haben. Sieht es so in Wirklichkeit aus?:
Der ausgangsseitige Spannungsteiler bestimmt die Ausgangsspannung. Wenn
ich meinen Shunt Widerstand für 260V am Eingang und 500V am Ausgang
dimensioniert habe, kann ich so viel Slope Compensation raufpacken, wie
ich will. Der Shunt Widerstand veranlasst den FET bei dem von mir
definierten Peakstrom abzuschalten.
Heißt in einem konkreten Beispiel:
Shunt Widerstand ist für 260V am Eingang und 500V am Ausgang
dimensioniert, Slope Compensation ist implementiert. Ich drehe nun die
Eingangsspannung von 0V an langsam hoch. Ausgangsseitig steigt die
Spannung ebenfalls an - aber genau wie bei der Variante OHNE Slope
Compensation eben nicht auf 500V sondern unterhalb 500V. Das lässt sich
durch die Energiebilanz aufstellen - denn die Eingangsspannung ist
konstant und der Strom durch den Shunt Widerstand der Regelung begrenzt.
Einziger unterschied zur Variante OHNE Slope Compensation ist, dass das
Oszilloskopbild schöner aussieht, weil wir bei einem Duty Cycle von >50%
(sagen wir beispielsweise 80V am Eingang und 200V am Ausgang) keine
Subharmonischen Oberwellen mehr haben werden - es ändert aber nichts an
der Tatsache, dass wir am Ausgang trotzdem KEINE 500V haben werden, egal
wie viel Slope Compensation wir draufpacken.
Einziger Ausweg, um die Regelung bei Duty Cycles >50% greifen zu lassen
(sagen wir als Beispiel 100V am Eingang und 500V am Ausgang), ist den
Shunt Widerstand zu reduzieren. Denn nach dem Datenblatt gilt:
Imax=1V/Rs
Bei 3kV ausgangsseitig und 100V eingangsseitig werden wir einen höheren
Strom benötigen - Leistungsbilanz. Und dieser höhere Strom muss in der
Regelung berücksichtigt werden.
Die Slope Compensation wird in diesem Fall (100V am Eingang und 500V am
Ausgang) lediglich die Subharmonischen Überlagerungen eliminieren. Dass
die Regelung aber bereits bei 100V greift, liegt am ausgangsseitigen
Spannungsteiler (für den Error Amplifier) sowie maßgeblich an der Größe
des Shunt Widerstandes.
Sind wir nun auf einer Wellenlänge, Fralla?
Denn ich hoffe nun wirklich, dass es Klick gemacht hat :D
Gruß
Hallo! >dass wir am Ausgang trotzdem KEINE 500V haben werden, egal >wie viel Slope Compensation wir draufpacken ok >Einziger Ausweg, um die Regelung bei Duty Cycles >50% greifen zu lassen >(sagen wir als Beispiel 100V am Eingang und 500V am Ausgang), ist den >Shunt Widerstand zu reduzieren. Denn nach dem Datenblatt gilt: >Imax=1V/Rs Der richtige Ansatz. Bedenke, dass der Slope auf die Shuntspannung addiert wird. Als Beispiel: Mit einem 50m Shunt sind 20A möglich, klar. Hast du nun eine maximale Komepensationsspannung von 200mV (maximal deslab, weil die Spannung ja eine Rampe ist) so können nur mehr maximal 16A fließen. Das bedeuted, dass bei der Shuntdimmensionierung die Kompensation berücksichtig werden muss, also Imax=(1V-Vslope,max)/Rsense. Und wenn den Konverter die Ausgangsspannung nicht erreicht, dann sieh dir an warum er d nicht erhöht, dann sieh dir die Spannung am ISense Pin an. MFG
Okay Fralla, ich werde das mal berücksichtigen und gucken, ob ich das mit der Kompensation hinbekomme. Zur Not werde ich ein paar Oszilloskopbilder machen und dich noch mal um Hilfe bitten. Gruß
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