IGBT-Vollbrücke Fehlersuche

[raaged (Gast)]

Hallo *,

ich entwickle zur Zeit eine IGBT-Vollbrücke. Es liegt einen Fehler vor, 
bei dem ich mir bereits ein Wolf besucht habe und alleine nicht 
weiterkomme. Der Schaltplan und das Platinenlayout ist angehängt.

Erstmal zur Funktionsweise:
- Die IGBT-Vollbrücke wird zwischen 0-300 V bei 500 Hz bei bis zu 15 A 
betrieben.
- Die Spannungsniveaus werden über galvanisch trennende DC/DC-Wandler 
auf der Platine erzeugt, vorhandene Steuerspannung wird über eine LED 
angezeigt
- Die Takterzeugung erfolgt über einen TL494
- Die Steuerspannung GND_S ist galvanisch getrennt von der 
Hauptstromkreismasse GND
- Als Treiber werden galvanisch trennende HCPL-J312 verwendet
- Totzeit und Frequenz ist einstellbar
- der rechte untere Schaltungsteil ist eine Überstromabschaltung und 
funktioniert, ist aber völlig egal für den vorliegenden Fehler

Jetz zur Fehlerbeschreibung:
- Bis 50 V Eingangsspannung funktioniert die IGBT-Vollbrücke 
einwandfrei, Test bei bis zu 3 A
- Ab 50 V Eingangsspannung passiert plötzlich folgendes:
    * Die Status-LED für den 15 V DC/DC-Wandler (Versorungsspannung für 
die Treiber und damit die Gatespannungen) erlischt, Spannung bricht 
zusammen (mit Oszi beobachtet)
    * Vollbrücke setzt komplett aus, Strom wird null
    * Der DC/DC-Wandler startet wieder, wird dabei sehr heiß
    * Die Status-LED erlischt erneut und die Vorgänge wiederholen sich 
im Sekundentakt

Was, zur Hölle, ist da los? Ich vermute einen Kurzschluss der 15 
V-Spannungsversorgung. Nur wo? Ist das Platinenlayout ein einer Stelle 
schuld? Ich konnte den Kurzschluss, wenn es einer ist, nicht finden.

Ich bitte um eure genialen Ideen ;-) Danke für die Antworten im Vorraus.

[old man (Gast)]

Alleine aus dem Layout kann man erkennen, dass hier Wald- und Wiesen 
DC/DC Wandler zum Einsatz kommen die für diesen Zweck nicht gemacht 
sind. Die haben i.d. Regel 1000V Prüfspannung (kurzzeitig) und ich würde 
die für diesen Zweck auch nicht über 50V einsetzen. Vor allem auch wegen 
der steilflankigen Impulsbelastung. Für solchen Zweck gibt es Wandler 
die mit 3-5KV spezifiziert sind. Die gibt es aber nicht in dem von dir 
verwendetem Gehäuse.

z.B.

http://www.recom-international.com/?id=48&no_cache=1&user_recom_pi2[sword]=RxxPxx%20RxxP2xx%20RV&L=1

Hier scheint aber auch in der Schaltung was nicht zu stimmen. Für jeden 
IGBT in der Hight Site brauchst du einen separaten DC/DC wandler dessen 
Minus an den jeweiligen Emitter kommt. Bei dir geht der Minus vom 
Wandler auf GND. Das ist absoluter Blödsinn.

[old man (Gast)]

Sehe gerade,
Falls das ganze auschließlich getaktet über Bootstrap laufen soll mag es 
von der Schaltung her gehen, aber ob der 1W Wandler dafür ausreichend 
ist wage ich zu bezweifeln. Ich würde zumindestens den Elko am 15V 
Wandler deutlich größer machen. Was sagt den das Oszi über die 15V.
Auf alle Fälle geht es mit 100% Duty nicht. Die verbrauchte Energie in 
den Bootstrap-Elkos muss in je nach Tastverhältnis in kürzester Zeit 
nachgeladen werden. Da die gesamten 15V aber nur von 2*22uF unterstützt 
werden kann das eng werden. Ersetz die 15V doch mal mit was Ordentlichen 
zum testen.

[raaged (Gast)]

Ja, die High-Side-IGBTs werden über eine Bootstrap-Schaltung versorgt.
Mit dem TL494 ist im Push/Pull-Modus nur max. 50%-Duty-Cycle möglich.

Bis zum Totpunkt ist die Versorungsspannung der IGBTs völlig stabil (14 
V oder so) und es würde mich sehr wundern, wenn die 1-W-Wandler nicht 
ausreichen würden da zwar die Impulsleistung beim Laden der Gates hoch 
ist, diese aber aus den Kondensatoren kommt. Die mittlere Leistung zum 
Ansteuern von IGBTs ist sehr gering.

Die Spannungsfestigkeit der Wandler ist tatsächlich vll nicht geeignet, 
aber wenn das die Ursache wäre, wäre doch der Wandler Schrott nach einem 
Durchbruch. Und die Betriebsspannung war bisher nie über 50 V; der 
Fehler tritt auch bei kleinen Strömen auf.

In einer ersten Platinenversion, noch mit IR2110, hatte ich eine dicke 
15-V Quelle zur Versorgung. Da hatte sich aber gleiches Fehlverhalten 
gezeigt...

Ich werde trotzdem nochmal versuchen, den Wandler zu ersezen!

[raaged (Gast)]

Wenn die Elkos zu klein wären, würde die Schaltung doch nie 
funktionieren?

Ich hab mir die Gate-Ströme angeguckt. Der höchste war 0,8 A (Impuls) 
und hat sich bis zum Totpunkt nicht verändert! Bis auf das 
Spannungsplataeu beim Einschalten durch die Miller-Kapazität, das größer 
wurde, hab ich nix erkennen können =/ Vielleicht habe ich auch was 
übersehen...

[old man (Gast)]

Stell mal ein paar Oszibilder von Out-1, Out-2, den Gates  und der 15V 
Schiene rein und wir sehen weiter. Alles ander ist Kaffeesatzleserei.

[MiWi (Gast)]

raaged schrieb:

>
> Jetz zur Fehlerbeschreibung:
> - Bis 50 V Eingangsspannung funktioniert die IGBT-Vollbrücke
> einwandfrei, Test bei bis zu 3 A
> - Ab 50 V Eingangsspannung passiert plötzlich folgendes:
>     * Die Status-LED für den 15 V DC/DC-Wandler (Versorungsspannung für
> die Treiber und damit die Gatespannungen) erlischt, Spannung bricht
> zusammen (mit Oszi beobachtet)
>     * Vollbrücke setzt komplett aus, Strom wird null
>     * Der DC/DC-Wandler startet wieder, wird dabei sehr heiß
>     * Die Status-LED erlischt erneut und die Vorgänge wiederholen sich
> im Sekundentakt
>
> Was, zur Hölle, ist da los? Ich vermute einen Kurzschluss der 15
> V-Spannungsversorgung. Nur wo? Ist das Platinenlayout ein einer Stelle
> schuld? Ich konnte den Kurzschluss, wenn es einer ist, nicht finden.
>
> Ich bitte um eure genialen Ideen ;-) Danke für die Antworten im Vorraus.

Ich weiß nicht genau wer Dein Layout gemacht hat und ob die Platine 
daheim in der Küche geätzt wurde - also wie das in echt aussieht - aber 
bei den Abständen (die für 300V viel zu gering sind, über die 
Strombelastbarkeit der Leitungen sag ich auch nix) kannst schon ein 
Problem bekommen daß Dir da irgendwas bei 50V anfängt 
durchzubrechen.....

Fotos der Platine und Oszibilder wären hilfreich....

Grüße

MiWi

[raaged (Gast)]

Hola!

Folgendes hat sich ergeben / durchgeführt.

* die 12 / 15 V DC/DC-Wandler sind vorläufig raus und durch dicke 
Labornetzteile ersetzt
--> Der Fehler bleibt, aber die 15 V sind stabil. Der Fehler des 
DC/DC-Wandler ist also nur Folgefehler, Ursache wo anders
--> Gate-Beschaltung völlig i.O.

* leistungsstärkere Speisung durch selbstgebautes Netzteil
--> Es ist sowohl die Höhe der Eingangsspannung, als auch der Strom der 
Vollbrücke, der den Fehler verursacht, nicht wie erst gedacht nur die 
Spannung.

* Pulse des von der Hauptstromkreis masse getrennten TL494 angeguckt
--> Siehe da: er verursacht die Grütze. Die Steuerimpulse kommen nicht 
mehr bzw. nur sehr komisch.

* Hohe Ströme + Taktgeber geht plötzlich nicht mehr: EMV kackt mir auf 
die Schaltung.

* Vermute dass mir etwas auf den Taktgeber koppelt.

Fotos von meinem Aufbau, der Platine und den Oszi-Bildern in drei 
Stufen.
1) geht
2) fängt an zu stottern
3) nix geht mehr

Blau: Einer der Kanäle des TL494
Gelb: Ausgangsspannung der Vollbrücke

Mein Layout ist wohl Grütze. Wollte ich zu schnell fertig machen. Strom 
Hin- und Rückleitungen liegen nicht aufeinander. Was im abgebildeten 
Layout nicht zu sehen ist, ist eine große Masseleitung außen um die 
Vollbrücke an den Wandler (hab ich gleich entfernt als mir aufgefallen 
ist, wie unsinnig das ist). Denke da koppelt sich auch was ein...

Kann ich noch was retten, ohne die Platine gleich neu zu fertigen?

[raaged (Gast)]

Schade, dass keiner Rat wusste =/

Ich hab's hinbekommen.

* Abschaltlogik vorerst komplett raus
* lange Masseleitungen aufgetrennt und neue kurze per Hand gelegt
* Ladestrom für den TL494 erhöht (R des Oszillators verkleinert)
* Frequenz der Vollbrücke vorerst auf 500 Hz reduziert (Kapazität des 
Oszillators größer)

Et voila, es geht. Die Steuerpulse kommen regelmäßig und sind nicht mehr 
EMV-gestört.

Witzigerweise wird meine Vollbrücke ab 152 V Eingangsspannung 
unsymmetrisch, also die positive Halbwelle wird weiter größer, die 
negative bleibt bei 152 V. ô.O

Jemand dazu ne Idee?