Mir ist aufgefallen, dass in modernen Leistungselektronikdesigns praktisch keine Gatetrafos mehr verwendet werden. Wie sieht es mit den Vor/Nachteilen der Gatetrafos aus(besonders bei Mosfetansteuering im 60+kHz Bereich)? Also als Vorteile sehe ich: -Können lediglich low side Treiber verwendet werden. Kein Hipot/levelshift etc. -Kein Jitter oder Delay welches durch die Isolationsübertragung verursacht wird. - Bei einer H-Brücke könnten die zusammengehörenden H und L fet über einen Trafo (unterschiedliche Wicklungen) angesteuert werden. Dies sollte diese perfekt balancen/timen. Als nachteil sehe ich: - Geringfügig höhere Kosten durch Trafo - keine Daueransteuerung möglich (bei PWM nicht besonders ins Gewicht fallend, modulation halt 1-99% anstelle 0-100%) - Was habe ich übersehen? Es muss vermutlich wesentlich mehr Gründe haben wieso das fast niemand mehr so macht (ausser das ein moderner Treiber ASIC cooler ist als ein altmodischer Trafo)?
PFC schrieb: > Mir ist aufgefallen, dass in modernen Leistungselektronikdesigns > praktisch keine Gatetrafos mehr verwendet werden. Es gibt halt bessere Alternativen. > Wie sieht es mit den Vor/Nachteilen der Gatetrafos aus(besonders bei > Mosfetansteuering im 60+kHz Bereich)? > > Also als Vorteile sehe ich: > -Können lediglich low side Treiber verwendet werden. Kein > Hipot/levelshift etc. Komische Formulierung. Sehr irritierend. Schreib's doch einfach DIREKT! Low Side Treiber für Ansteuerung ausreichend, kein Bedarf für Pegelwandler. > -Kein Jitter oder Delay welches durch die Isolationsübertragung > verursacht wird. Auch ein Trafo hat eine Verzögerung. > - Bei einer H-Brücke könnten die zusammengehörenden H und L fet über > einen Trafo (unterschiedliche Wicklungen) angesteuert werden. Dies > sollte diese perfekt balancen/timen. Perfekt ist gar nichts, auch nicht bei einem Gatetrafo. Meistens eher gut, manchmal sehr gut. > Als nachteil sehe ich: > - Geringfügig höhere Kosten durch Trafo > - keine Daueransteuerung möglich Eben. (bei PWM nicht besonders ins Gewicht > fallend, modulation halt 1-99% anstelle 0-100%) Nicht ohne weiteres. Denn mit variablem Tastgrad verändert sich der LOW/HIGH Pegel der Sekundärwicklung, denn der Mittelwert ist immer 0. Erst mit diversen Zusatz- und Trickschaltungen kann man das wieder rückgängig machen. > - Was habe ich übersehen? Es muss vermutlich wesentlich mehr Gründe > haben wieso das fast niemand mehr so macht (ausser das ein moderner > Treiber ASIC cooler ist als ein altmodischer Trafo)? Ein begrenzendens Element dürfte der ewige Kompromiss aus kleiner Koppelkapazität und großer Streuinduktivität sein. Beides gleichzeitig zu minimieren geht nicht. Also muss man sich für einen der beiden Nachteile entscheiden. Moderne Gate-Treiber mit galvansicher Trennung sind heute SEHR kompakt und preiswert, da muss man kaum Kompromisse eingehen. Man braucht lediglich eine Stromversorgung der Sekundärseite. Aber auch die kann man z.B. per Bootstrap-Schaltung sehr preiswert erzeugen.
Falk B. schrieb: > Ein begrenzendens Element dürfte der ewige Kompromiss aus kleiner > Koppelkapazität und großer Streuinduktivität sein. Beides gleichzeitig > zu minimieren geht nicht. Also muss man sich für einen der beiden > Nachteile entscheiden. Kannst du dies bitte etwas genauer ausführen? Wie gravierend sind Streuinduktivität+Kapatzität auf Gateansteuergeschwindigkeit (grobe Einschätzung; also verglichen: Low-Side Treiber direkt zu Low-side Treiber an Trafo und an High-Side FET)? Falk B. schrieb: > Auch ein Trafo hat eine Verzögerung. Aber doch vernachlässigbar gering verglichen mit einem Isolierenden Treiber? Falk B. schrieb: > Eben. Naja so gravierend sehe ich jetzt die Nachteile noch nicht. Auch mit dem folgenden, ok dann ist halt die Modulationsbreite doch etwas eingeschränkter als 1-99%. Falk B. schrieb: > Moderne Gate-Treiber mit galvansicher Trennung sind heute SEHR kompakt > und preiswert Dafür mit Jitter versehen, delay, abweichungen untereinander. Benötigt daher von Design ein grosses Deadtime. High side ist besonders anfällig da zusätzlich noch die Pegelwandlung des Signals angegangen werden muss.
PFC schrieb: >> Ein begrenzendens Element dürfte der ewige Kompromiss aus kleiner >> Koppelkapazität und großer Streuinduktivität sein. Beides gleichzeitig >> zu minimieren geht nicht. Also muss man sich für einen der beiden >> Nachteile entscheiden. > > Kannst du dies bitte etwas genauer ausführen? In wiefern? Schau mal bei den "üblichen VErdächtigen" ala Coilcraft, Vakuumschmelze etc. nach, was die so anbieten. Da gibt es meist mehrere Familien. Eine auf minimal Streuinduktivität getrimmt (minimale Verzögerung und maximaler Stromanstieg) die andere auf minimale Koppelkapazitäten (bessere EMV). > Wie gravierend sind Streuinduktivität+Kapatzität auf > Gateansteuergeschwindigkeit (grobe Einschätzung; also verglichen: > Low-Side Treiber direkt zu Low-side Treiber an Trafo und an High-Side > FET)? Kann ich dir in Zahlen jetzt nicht sagen, muss man mal was raussuchen und abschätzen, simulieren oder gar messen. > Falk B. schrieb: >> Auch ein Trafo hat eine Verzögerung. > > Aber doch vernachlässigbar gering verglichen mit einem Isolierenden > Treiber? Schon wieder so eine Luftnummer. Ohne konkrete Zahlen sinnlos, es sein denn, du bist Ausendienstler und willst was verkaufen. > Falk B. schrieb: >> Eben. > > Naja so gravierend sehe ich jetzt die Nachteile noch nicht. Die Branche anscheinend schon. > Auch mit dem > folgenden, ok dann ist halt die Modulationsbreite doch etwas > eingeschränkter als 1-99%. Das kann man so allgemein gar nicht sagen, das kommt auch auf die Frequenz an. Je höher die PWM-Frequenz an der Grenzfrequenz des Trafos, umso größer die relative, minimale Pulsbreite. Da ist man auch mal schnell bei 20-80%. Kann reichen, muss nicht. >> Moderne Gate-Treiber mit galvansicher Trennung sind heute SEHR kompakt >> und preiswert > > Dafür mit Jitter versehen, delay, abweichungen untereinander. Kann es sein, daß du ein nostalgischer Trafofan ist, der bei allen neuen, alternativen Lösungen nur die Nachteile sieht, bei deinen geliebten Trafos aber nur die Vorteile? > Benötigt > daher von Design ein grosses Deadtime. High side ist besonders anfällig > da zusätzlich noch die Pegelwandlung des Signals angegangen werden muss. Quark, denn die steckt in der galvanischen Trennung schon drin.
Der Trend geht auch bei mittleren Leistungen in Richtung Sperrwandler. Steuerübertrager sind besser geeignet für push-pull.
Falk B. schrieb: > Kann es sein, daß du ein nostalgischer Trafofan bist, Das bin ich z.B. auch, weil ich einem Trafo mehr Lebensdauer als einer aufwändigen Elektronik zutraue. Für die Anwendungung Steuer- trafo gibts aber m.E. inzwischen bessere Lösungen. Ich könnte mir allerdings vorstellen, das bei den Wandlern für HGÜ nachwievor Steuertrafos verwendet werden.
Moderne Gate Treiber können so viel mehr als nur das Gate umzuladen. Von ganz simplen ICs mal abgesehen haben viele Schutzbeschaltungen wie z.B. DeSAT Erkennung verbaut. Muss man nicht haben, rettet aber möglicherweise dem MosFet/IGBT das Leben.
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Außerdem gibt es gewissermaßen "Mitteldinger": https://www.google.com/search?q=Isolated+High+Side+Gate+Driver+Reinforced+Isolation Den UCC20225 habe ich sogar kürzlich mal verbaut, für U_ZK 750VDC. (Und ich vermute Dir geht es um dasselbe Projekt wie in Thread 1.) 100% Tastgrad geht aber auch, indem man was ähnliches "zu Fuß" aufbaut, die letzte Schaltung auf dieser Seite:: https://www.joretronik.de/Driver/LevelShift.html Oder etwas simpler gestrickt wie im Anhang, Quelle: https://www.mikrocontroller.net/attachment/548348/TF.png Bzw. Beitrag "Re: Mosfet AC SSR, Trafo für Gateumladung (statisch schalten) - LTSpice" (Streuung und Koppelkapazität des/der GDTs sind immer essentiell.) Oder natürlich indem man z.B. HCPL31XX mit isol. DC-DC verheiratet, zwar kein GDT dabei aber galvanische Trennung (nicht nur recht spannungsfeste Transistoren, die auch mal kaputtgehen können). Ist also eine Art modernes Äquivalent. Signalübertragung über fast beliebige Entfernung via Lichtleiter kennst Du? Geht geschmeidiger als mit längeren elektr. Leitungen. GDTs haben durchaus noch ihre "Berechtigung", werden auch eingesetzt - aber in diversen Bereichen wurden sie (zurecht) ersetzt/verdrängt.
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PFC schrieb: > Was habe ich übersehen? Du bist vor mehreren Jahrzehnten stehen geblieben. Moderne Digitaltrenner haben weder große Jitter noch Delay, die koppeln z.B. kapazitiv. Auch haben die Treiber-ICs die Stromversorgung oft integriert (Ladungspumpe), lediglich ein Stützkondensator muß noch drangepappt werden. Man hat damit ein rundum sorglos Paket in einem IC. Mit Trafos hat man dagegen viele Probleme. Die Hersteller kündigen sie gerne mal ab und man muß für eine neue Bauform eine neue Platine entwickeln. Auch hat man mit Überschwingern zu kämpfen, die Signale sind nie richtig rechteckförmig. Man braucht auch noch eine Zusatzbeschaltung, der Trafo kann nicht einfach ans Gate gehen.
Doch kann er, aber nicht immer. Der Hauptgrund für integrierte Lösungen wird die automatische Bestückung, die Sorglosigkeit in der Entwicklung (kein Spezialwissen über Induktivitäten notwendig) und das flache Design sein.
Der einzige unter Sicherheitsgesichtspunkten wirklich interessante Vorteil eines GDT besteht darin, dass er niemals bei einem Fehler in der Steuerstufe oder Firmware den MOSFET/IGBT dauerhaft durchschalten kann, sondern die Gatespannung sehr schnell und zuverlässig abklingt. In Brückenschaltungen kann einem zwar ggf. auch schon bei einer einzigen Fehlansteuerung alles um die Ohren fliegen, aber zumindest wären auch Anwendungsfälle denkbar, in denen der o.a. Sicherheitsgewinn wichtig wäre. Natürlich hilft das alles nichts gegen Durchlegieren des Transistors.
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