Hi Leute, Ich habe keine praktische Erfahrung mit der Ansteuerung von IGBTs und würde euch deshalb gerne bitten, ein Feedback zu meinen Ideen zu geben. Als IGBT möchte ich gerne den IRB4PH50UPbf nehmen. Das Datenblatt findet ihr hier: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irg4ph50upbf.pdf Die Applikation ist ein 3kW Wechselrichter mit BSNPC Topologie, weshalb eine galvanische Trennung im Treiber notwendig ist. Der IGBT hat als maximale Gate-Emitter-Spannung +-20V und eine minimale Threshold Spannung von 3V, weshalb ich ihn gerne mit ca. -10V sicher ausschalten möchte. Soll also heißen, dass ich eine Gate-Emitter-Spannung von -10V/15V anlegen möchte. Sollte laut Datenblatt kein Problem sein, denn der Schalter scheint bei ~10V voll durchgeschaltet zu sein. Jetzt frage ich mich, wie ich die -10V erreiche. Dazu möchte ich einen 1W, 24V DC/DC Wandler verwenden und mittels Spannungsteiler ca. 10V (mit Respekt zum zweiten GND) an den Emitter des IGBTs klemmen. Angehängt findet ihr eine Prinzipskizze, bevor ich weitere Romane schreibe. Meine Frage an euch: - Seht ihr dabei irgendwelche Probleme? Über ein Feedback bedanke ich mich. Gruß, Alex
Angehängte Dateien:
-
BSNPC.png
15 KB -
General_Schematic.png
110 KB
@ Alex (Gast) >Ich habe keine praktische Erfahrung mit der Ansteuerung von IGBTs und Hmm. >Die Applikation ist ein 3kW Wechselrichter mit BSNPC Topologie, weshalb >eine galvanische Trennung im Treiber notwendig ist. Und dann gleich mit einem 3kW Wechselrichter anfangen? Sportlich. >Der IGBT hat als maximale Gate-Emitter-Spannung +-20V und eine minimale >Threshold Spannung von 3V, weshalb ich ihn gerne mit ca. -10V sicher >ausschalten möchte. Kann man über viele Wege erreichen, u.a. über einen kleinen Gate-Übertrager. Beitrag "Re: +-150V mit 1kHz schalten" >Gate-Emitter-Spannung von -10V/15V anlegen möchte. Sollte laut >Datenblatt kein Problem sein, denn der Schalter scheint bei ~10V voll >durchgeschaltet zu sein. Ist OK. >Jetzt frage ich mich, wie ich die -10V erreiche. Dazu möchte ich einen >1W, 24V DC/DC Wandler verwenden und mittels Spannungsteiler ca. 10V (mit >Respekt zum zweiten GND) an den Emitter des IGBTs klemmen. Prinzipiell möglich, dann muss man aber mittel passender Kondensatoren die virtuelle Masse HF-fest machen. Denn für den Schaltvorgang wird kurzzeitig sehr viel Strom gebraucht. Pi mal Daumen nimmt man 2x 22uF Tantal zwischen jeweils zwischen + und virtuller Masse und - und virtueller Masse, parallel dazu vielleicht einen 100 oder 220nF Keramkkondensator.
Moin Falk, ich danke dir für deine Rückmeldung. Falk Brunner schrieb: > @ Alex (Gast) > >>Ich habe keine praktische Erfahrung mit der Ansteuerung von IGBTs und > > Hmm. Bis dato lag der Schwerpunkt meiner (grandiosen 2) Projekte immer auf dem Design der Schaltung an sich. Soll heißen, dass der Gate-Treiber immer gestellt bzw. eine Fertiglösung aus einer anderen Schaltung übernommen wurde. >>Die Applikation ist ein 3kW Wechselrichter mit BSNPC Topologie, weshalb >>eine galvanische Trennung im Treiber notwendig ist. > > Und dann gleich mit einem 3kW Wechselrichter anfangen? Sportlich. In der Tat. Allerdings habe ich bereits zwei DC/DC Wandler (3kW und 7kW) designed und erfolgreich in Betrieb genommen. Ganz bei 0 fange ich zum Glück nicht an (jedenfalls meiner Meinung nach). >>Der IGBT hat als maximale Gate-Emitter-Spannung +-20V und eine minimale >>Threshold Spannung von 3V, weshalb ich ihn gerne mit ca. -10V sicher >>ausschalten möchte. > > Kann man über viele Wege erreichen, u.a. über einen kleinen > Gate-Übertrager. > > Beitrag "Re: +-150V mit 1kHz schalten" Danke für die beiden AN. Über einen Transformer-basierten Treiber habe ich auch nachgedacht bzw. gelesen, allerdings würde ich gerne einen Optokoppler verwenden - auch wenn der langsamer als die Trafolösung wäre. Ich glaube nämlich, dass ich während meiner Sinusmodulation ein Duty Cycle von >50% haben werde und deshalb den Trafo nicht mehr entmagnetisieren kann. >>Gate-Emitter-Spannung von -10V/15V anlegen möchte. Sollte laut >>Datenblatt kein Problem sein, denn der Schalter scheint bei ~10V voll >>durchgeschaltet zu sein. > > Ist OK. Hältst du es überhaupt für notwendig, den IGBT mit -10V auszuschalten bzw. siehst du Bedenken, ihn mit 0V zu schalten? Vielleicht bin ich auch einfach nur zu ängstlich und habe Schiss, dass der IGBTs so halb eingeschaltet ist und thermisch zerstört wird. >>Jetzt frage ich mich, wie ich die -10V erreiche. Dazu möchte ich einen >>1W, 24V DC/DC Wandler verwenden und mittels Spannungsteiler ca. 10V (mit >>Respekt zum zweiten GND) an den Emitter des IGBTs klemmen. > > Prinzipiell möglich, dann muss man aber mittel passender Kondensatoren > die virtuelle Masse HF-fest machen. Denn für den Schaltvorgang wird > kurzzeitig sehr viel Strom gebraucht. Pi mal Daumen nimmt man 2x 22uF > Tantal zwischen jeweils zwischen + und virtuller Masse und - und > virtueller Masse, parallel dazu vielleicht einen 100 oder 220nF > Keramkkondensator. Okay, die Kondensatoren habe ich nicht auf Rechnung gehabt. Danke für den Hinweis. Gruß, Alex
@ Alex (Gast) >Danke für die beiden AN. Auch mal reigeschaut? >Duty Cycle von >50% haben werde und deshalb den Trafo nicht mehr >entmagnetisieren kann. Musst du in der Lösung gar nicht. Schau sie dir an. >Hältst du es überhaupt für notwendig, den IGBT mit -10V auszuschalten >bzw. siehst du Bedenken, ihn mit 0V zu schalten? Keine Ahnung, mit solchen Leistungsklassen kenn ich mich nicht aus. Schaden kann die negative Gatespannung nicht.
Mit einem Trafo kann man auch über 50% fahren. Die Entmagnetisierung muss nur auf eine entsprechende höhere Spannung erfolgen. Denn über 50% kommst du bestimmt, egal welche Form von NPC Toplogie. Jedoch würde ich auch eine Floatende Spannungsversorgung empfehlen, um ein sicheres niederhalten des Gates zu verhindern (gegen dV/dt turn on). Es kommt auf den IGBT an ob der negative Spannung zum sicheren Abschalten braucht. Bei so kleinen IGBTs (TO-247) hab ich es noch nicht als notwendig gesehen diese negativ anzusteueren. Bei größeren Modulen wird die notwendigkeit auch immer weniger (Wenn ich Inverter im 100kW Bereich mit jetzt und vor Jahr 2000 vergleiche). In deinem Fall würde ich sie gewöhnlich uniploar ansteuern, jedoch für sichere Abschaltung sorgen. (Auch beim Startup wo gewöhnliche Trafoansteuerungen aufgrund der meistverwendeten AC-Kopplung noch nicht so niederohmig das Gate runterziehen können) MFG Fralla
Falk Brunner schrieb: > @ Alex (Gast) > >>Danke für die beiden AN. > > Auch mal reigeschaut? Jetzt sogar bis zum Ende. Meinem Verständnis nach sind die Schaltungen relativ komplex. >>Duty Cycle von >50% haben werde und deshalb den Trafo nicht mehr >>entmagnetisieren kann. > > Musst du in der Lösung gar nicht. Schau sie dir an. Ja, hast recht. >>Hältst du es überhaupt für notwendig, den IGBT mit -10V auszuschalten >>bzw. siehst du Bedenken, ihn mit 0V zu schalten? > > Keine Ahnung, mit solchen Leistungsklassen kenn ich mich nicht aus. > Schaden kann die negative Gatespannung nicht. Okay, dann suche ich mal weiter - oder ich lasse es drauf ankommen :) Danke. Gruß
@ Alex (Gast)
>Meinem Verständnis nach sind die Schaltungen relativ komplex.
Bitte? Was ist an ZWEI popeligen MOSFETs komplex?
Und auch die Luxusvariante in der anderen AN ist sehr überschaubar.
Angehängte Dateien:
-
Untitled.png
200 KB
Fralla schrieb: > Jedoch würde ich auch eine Floatende Spannungsversorgung empfehlen, um > ein sicheres niederhalten des Gates zu verhindern (gegen dV/dt turn on). Was genau meinst du mit einer floatenden Spannungsversorgung? > Es kommt auf den IGBT an ob der negative Spannung zum sicheren > Abschalten braucht. > Bei so kleinen IGBTs (TO-247) hab ich es noch nicht als notwendig > gesehen diese negativ anzusteueren. Bei größeren Modulen wird die > notwendigkeit auch immer weniger (Wenn ich Inverter im 100kW Bereich mit > jetzt und vor Jahr 2000 vergleiche). Hmm, dann lasse ich es wohl mal darauf ankommen und steuere den IGBT mit 0V/15V an. Btw: Ich habe in einer alten Hausarbeit eine Konzeptschaltung meines ehemaligen Profs. für einen galv. getrennten Gate-Treiber gesehen. Dort wurde mein Prinzip genau so gehandhabt, allerdings mit Zenerdioden als Spannungsteiler anstelle der Widerstände. > In deinem Fall würde ich sie gewöhnlich uniploar ansteuern, jedoch für > sichere Abschaltung sorgen. (Auch beim Startup wo gewöhnliche > Trafoansteuerungen aufgrund der meistverwendeten AC-Kopplung noch nicht > so niederohmig das Gate runterziehen können) Ja, unipolare Modulation ist angedacht gewesen. Gruß
Angehängte Dateien:
-
Untitled_1.png
8,3 KB
Falk Brunner schrieb: > @ Alex (Gast) > >>Meinem Verständnis nach sind die Schaltungen relativ komplex. > > Bitte? Was ist an ZWEI popeligen MOSFETs komplex? > Und auch die Luxusvariante in der anderen AN ist sehr überschaubar. Damit meinte ich etwas wie die angehängte Schaltung. Da erkenne ich das Nutzen/Aufwand Verhältnis noch nicht. Aber sei es drum. Ich respektiere deine Meinung und bin dir für deine Hilfe dankbar.
Fralla schrieb: > Bei so kleinen IGBTs (TO-247) hab ich es noch nicht als notwendig > gesehen diese negativ anzusteueren. Für einen optimalen Wirkungsgrad kann es durchaus vorteilhaft sein, den IGBT mit einer negativen Gatespannung abzuschalten, auch bzw. gerade bei TO247. Durch die relativ hohe Induktivität in der Emitterleitung der TO247-Gehäuse, entsteht beim Abschalten intern am Emitter eine negative Spannung (wegen negativem di/dt). Wenn das Gate auf 0V liegt, kann passieren, dass der IGBT wieder einschaltet bzw. nicht richtig abschaltet. Das muss man aber immer im Gesamtsystem betrachten, das bedeutet, mann muss sich überlegen, wie groß das di/dt ist, wie groß sind die parasitären Induktivitäten außerhalb des Gehäuses usw. Bei einem Inverter, der vermutlich in der Größenordnung von 20 kHz taktet, kann man die IGBTs schon langsam genug abschalten, dass man keine negative Gate-Spannung benötigt, und dass trotzdem der Wirkungsgrad sehr gut ist. Durch eine negative Gate-Spannug braucht man eine höhere Treiberleistung, was sich, speziell bei kleiner Leistung, negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt, so dass der Wirkungsgrad dadurch sogar schlechter werden kann. Aber so pauschal sollte man das nicht formulieren, dass beim TO247 generell keine negative Gate-Spannung sinnvoll ist.
Es gibt ja zwei Probleme beim Ausschalten: 1.Turn-On durch die Millerkapazität bei hohen dV/dt an EC. 2.Turn-On durch die Emitterinduktivität, bei -di/dt im Emitter. Unter 0V ziehen hilft da nicht während dem Schaltvorgang, sonder der gegenüberliegende Brücken IGBT (schnell) eingeschaltet wird und der Strom kommutiert. >Das muss man aber immer im Gesamtsystem betrachten, das bedeutet, mann >muss sich überlegen, wie groß das di/dt ist, wie groß sind die >parasitären Induktivitäten außerhalb des Gehäuses usw. Das stimmt meine Aussage war zu allegmein, es kommt auf Layout und Schaltgewindigkeit an. Bei TO-247 brauchte ich aus eigener Erfahrung kein Bipolares-Gate, auch bei hohen Leistungen und Schaltgeschwindikeit nicht. Dies funktionierte aber nur langwierigern Layoutoptimierungen. Dann brachte eine Bipolares Drive auch keine Wirkungsgradverbesserungen. >Aber so pauschal sollte man das nicht formulieren, dass beim TO247 >generell keine negative Gate-Spannung sinnvoll ist. Ja richtig, dass man dann nicht generell sagen sollte, das Gehäuse braucht keine neg. Gatespannung. So manch ein Hersteller verwendet "Clamp-On" Treiber für TO-247 Gehäuse sich das Leben zu erleichtern. Bei IGBT Modulen, insbesoders mit Common Emitter-Anschluss ist es aber unbedingt zu empfehlen bipolare Gateansteuerung zu verwednen. Bei dem 3kW Teil wie in diesem Fall kannst du aber sicher unipolar Treiben. MFG Fralla
Falk Brunner schrieb: > Pi mal Daumen nimmt man 2x 22uF > Tantal Tantal für Pulsströme? Wenn ihr meint, dass das gut ist... mfg mf
Joachim минифлоть schrieb: > Tantal für Pulsströme? Wenn ihr meint, dass das gut ist... Hi Joachim, was für einen Elko würdest du denn nehmen?
Heute nimmt man da Keramikondensatoren, zb 22µ/25V. Gibts in 1210 somit auch keine Notwendigkeit für teuere Flexterm-Typen. Sorge um Pulsströme braucht man auch nicht haben... Und 10µ reichen auch zur Pufferung der Treiberversorgung(in diesem Fall) MFG Fralla
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.