Forum

Hallo zusammen,

ich hab seit einigen Tagen das Problem, dass ich ein IGBT mit +-15V ansteuern will, aber dieses Signal nicht erzeugt bekomme.
Bis jetzt habe ich zwei Rechtecksignale (0-15V) erzeugt, die um 180° versetzt sind und in entgegengesetztem Wickelsinn auf einen Ferritkern angebracht sind, um auf der Sekundärseite ein Rechtecksignal (+-15V) abgreifen zu können. Jedoch hatte ich nicht bedacht, dass man Rechtecksignale nicht so einfach transformieren kann und somit nur Spannungsimpulse sekundär zu sehen sind.
Nun mein zweiter Ansatz: Die Transistorschaltung im Anhang soll während des positiven Signals des Taktes von V2 die beiden hinteren Transistoren ständig so umschalten, dass an der Primärspule L2 ein "hochfrequenter Sinus" anliegt. Dieser soll um û nach oben geschoben sein, sodass die Spannung an der Spule L2 nur positive Werte annimmt. Das Gegenstück dazu liefert dann eine identische Schaltung mit dem um 180° verschobenen Rechtecksignal und der (im entgegengesetzten Wickelsinn angebrachten) Primärspule L1 auf dem gleichen Kern, was ich hier nun erst einmal weg gelassen habe.
Schlussendlich wird der Kern in der ersten Hälfte der Taktperiode in die eine Richtung und in der zweiten Hälfte der Taktperiode in die Gegenrichtung magnetisiert und es können hochfrequente Impulse zur Gateansteuerung sekundärseitig abgegriffen werden. Das Gate wird in der ersten Hälfte der Taktperiode "aufgedrückt" und in der zweiten Hälfte "geschlossen".

Zu beachten ist zusätzlich, dass ich bereits mit einer Taktfrequenz von 45kHz arbeite und deshalb möglicherweise MOSFETs statt Transistoren besser zum Umschalten geeigent sein.

Ich hoffe, dass meine Erklärung verständlich war, ich keinen Denkfehler drin habe und mir jemand helfen kann.
Auch eine ganz andere funktionierende Lösung wäre eine tolle Unterstützung.

» Nun mein zweiter Ansatz: Die Transistorschaltung im Anhang soll während
» des positiven Signals des Taktes von V2 die beiden hinteren Transistoren
» ständig so umschalten, dass an der Primärspule L2 ein "hochfrequenter
» Sinus" anliegt.
Geht
» Dieser soll um û nach oben geschoben sein,
Geht nicht.
Bzw der "Gleichspannungsanteil" also die Verschiebung um û kommt auf der Sekundärseite nicht an.

Ein Trafo (wie auch ein Kondensator) überträgt keine Gleichanteile.

Da du offensichtlich LTspice verwendest: Nimm eine Spannungsquelle mit "SINE(5 5 1k)". Ist ein 1kHz Sinus mit 5V Offset und 5V Amplitude. Geht also von 0..10V. Und schau, was da hinter einem Trafo rauskommt. (kleinen Innenwiderstand bei der Spannungsquelle einfügen. Etwa 1 Ohm. Sonst gibts Errormeldung)

Anmerkung 1: mit 100mH und 10µH baust du ein Übersetzungverhältnis von 100:1. Kommt hinten also "fast nix raus". So beabsichtigt?
Anmerkung 2: Deine Taktfrequenz soll 45 kHz betragen, wie hoch müsste dann die Frequenz deines übertragenen Sinus sein, um halbwegs vernünftig schalten zu können?

Lösungsansatz: Erzeuge zwei Spannungen von plus und minus 15V. Und daraus erzeugst du deine Ansteuerimpulse.
Soll das mit dem Massebezug nicht hinhauen, eben Potentialtrennung. Optokoppler für die Signale, Trafos für die Spannungsversorgung.

Anmerkung 3: Dein 180° phasenverschobenes Signal hat auch genügend Totzeit, damit die IGBTs nicht gleichzeitig angesteuert werden? Auch unter Berücksichtigung der evtl. Sperrverzögerung der IGBTs?

Tip: Verrat uns zumindest die vorgesehene Ansteuerung der IGBTs. Möglichst auch das, was damit geschaltet wird. Macht es uns einfacher.

hws

» » Dieser soll um û nach oben geschoben sein,
» Geht nicht.
» Bzw der "Gleichspannungsanteil" also die Verschiebung um û kommt auf der
» Sekundärseite nicht an.
Mist, ich habe es geahnt...

» Anmerkung 1: mit 100mH und 10µH baust du ein Übersetzungverhältnis von
» 100:1. Kommt hinten also "fast nix raus". So beabsichtigt?
Das Übersetzungverhältnis war für mich bisher unwichtig, da die Spannung auf der Primärseite erst einmal annähernd passen sollte.

» Anmerkung 2: Deine Taktfrequenz soll 45 kHz betragen, wie hoch müsste dann
» die Frequenz deines übertragenen Sinus sein, um halbwegs vernünftig
» schalten zu können?
Die Frequenz des übertragenen Sinus soll möglichst hoch sein (min. 450kHz). Genaueres werde ich anschließend bei praktischen Versuchen ermitteln.


» Lösungsansatz: Erzeuge zwei Spannungen von plus und minus 15V. Und daraus
» erzeugst du deine Ansteuerimpulse.
Was ist mit "zwei Spannungen" gemeint: Zwei Rechtecksignal, wie schon vorhanden oder zwei Sinen?

» Anmerkung 3: Dein 180° phasenverschobenes Signal hat auch genügend
» Totzeit, damit die IGBTs nicht gleichzeitig angesteuert werden? Auch unter
» Berücksichtigung der evtl. Sperrverzögerung der IGBTs?
Das habe ich bereits ausgemessen und dementsprechend verzögert (mit Invertierern), damit keinesfalls ein kurzzeitiger Kurzschluss entsteht.

» Tip: Verrat uns zumindest die vorgesehene Ansteuerung der IGBTs. Möglichst
» auch das, was damit geschaltet wird. Macht es uns einfacher.
Die IGBTs werden als H-Brücke aufgebaut und sollen diagonal durchschalten, quasi eine Q4-Schaltung. So soll ein Schwingkreis im Querzweig möglichst effektiv mit Energie "vollgedrückt" werden. Es handelt sich hierbei um hohe Impulsströme um 600A, wird aber zuerst mit niedrigeren Strömen getestet.

» Die Frequenz des übertragenen Sinus soll möglichst hoch sein (min.

Ist vermutlich eh der falsche Ansatz ...

» Was ist mit "zwei Spannungen" gemeint: Zwei Rechtecksignal, wie schon
» vorhanden oder zwei Sinen?

Zwei Gleichspannungen. Als Versorgungsspannung für die Treiber

» » Berücksichtigung der evtl. Sperrverzögerung der IGBTs?
» Das habe ich bereits ausgemessen und dementsprechend verzögert (mit
» Invertierern), damit keinesfalls ein kurzzeitiger Kurzschluss entsteht.

Die Inverter verzögern sowohl Einschalt- als auch Ausschaltflanke. Oder hast du das unsymmetrisch gemacht?
Wie hast du die Sperrverzögerung der IGBTs gemessen / simuliert?
Aber egal, wenn du sagst ist ok, dann isses eben ok.

hws

» Hallo zusammen,
»
» ich hab seit einigen Tagen das Problem, dass ich ein IGBT mit +-15V
» ansteuern will, aber dieses Signal nicht erzeugt bekomme.
» Bis jetzt habe ich zwei Rechtecksignale (0-15V) erzeugt, die um 180°
» versetzt sind und in entgegengesetztem Wickelsinn auf einen Ferritkern
» angebracht sind, um auf der Sekundärseite ein Rechtecksignal (+-15V)
» abgreifen zu können. Jedoch hatte ich nicht bedacht, dass man
» Rechtecksignale nicht so einfach transformieren kann und somit nur
» Spannungsimpulse sekundär zu sehen sind.

Hi,

Rechteckspannungen können ziemlich problemlos transformiert werden - das ist die Grundlage (fast) aller Schaltnetzteile.
Im unbelasteten Zustand steigt/fällt der Strom durch die Primärspule und damit auch der magn. Fluss im Kern bei einer anliegenden Gleichspannung linear. Dem Induktionsgesetz folgend wird dann in der Sekundärspule eine Gleichspannung induziert.
Dass bei dir nur Spannungspulse/Nadelpulse übertragen werden, liegt einfach daran, dass dein Übertragerkern in Sättigung geht.
Infos zu MOS-Treibern mit Pulsübertrager findest du in vielen AppNotes:
<http://focus.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf>
<http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-950.pdf>
<http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-937.pdf>
<http://tonic-lab.com/pdf/reading_room/transformer%20isolated%20gate%20drive.pdf>

Bei der Simulation so einer Schaltung solltest du den Übertrager mitsamt (idealem) Kern modellieren, um die magn. Flussdichte kontrollieren zu können.
Um zu verhindern, dass die Flussdichte wegen kleinen Unsymmetrien in deinem Treiber oder bei Tastverhältnissen <>0.5 wegdriftet, ist eine Kapazität in Reihe zur Primärspule unerlässlich.
Über die DC-Restoration steht einiges in dem TI-AppGuide.

Pulsübertrager werden imho zur Platz- oder Kostenoptimierung eingesetzt. Deutlich einfacher sind Kombinationen aus DC-DC-Wandler und Optokoppler+Treiber zu handhaben (z.B. HCPL3120).

Grüsse.

» So soll ein Schwingkreis im Querzweig möglichst
» effektiv mit Energie "vollgedrückt" werden. Es handelt sich hierbei um
» hohe Impulsströme um 600A, wird aber zuerst mit niedrigeren Strömen
» getestet.

Hallo,

in einem Schwingkreis hast Du immer einen Sinus und die Anregung desselben kann auch mit einem Sinus erfolgen. Wobei ein Rechteck es auch machen sollte, ist aber schwerer zu erzeugen. Ich habe grade "Spielereien" mit solchem Schwingkreis gemacht,der bei uns ein Feld im Luftspalt 28mm erzeugen soll. Benutze dazu einen Verstärker von http://www.rohrer-muenchen.de/ aber nur bis ca. 10kHz. Der Rohrer baut dir auch einen nach Wunsch....
Kurzzeitig sind Feldstärken von gut 0,2T erreichbar, dann glühte die Spule

MfG
Peter

--
MfG
Peter

» Bei der Simulation so einer Schaltung solltest du den Übertrager mitsamt
» (idealem) Kern modellieren, um die magn. Flussdichte kontrollieren zu
» können.
» Um zu verhindern, dass die Flussdichte wegen kleinen Unsymmetrien in
» deinem Treiber oder bei Tastverhältnissen <>0.5 wegdriftet, ist eine
» Kapazität in Reihe zur Primärspule unerlässlich.
» Über die DC-Restoration steht einiges in dem TI-AppGuide.


Hallo,

die Idee finde ich sehr gut. Ich werde diese Schaltung morgen aufbauen und ausmessen.
Vielen vielen Dank für alle Tips. Ich habe einiges dazu gelernt.
Falls es nicht richtig laufen sollte hoffe ich auf ähnlich starke Unterstützung.

Grüße
Steffi

Hallo,

ein guter Beitrag

Gerd

--
Ein Tröpfchen Öl von Zeit zu Zeit
trägt vieles bei zur Haltbarkeit!

I got 14 channels of shit in the TV.... Pink Floyd

» Die IGBTs werden als H-Brücke aufgebaut und sollen diagonal durchschalten,
» quasi eine Q4-Schaltung. So soll ein Schwingkreis im Querzweig möglichst
» effektiv mit Energie "vollgedrückt" werden.

und das läßt sich ein Schwingkreis so gefallen? Ohne Last wirst Du da nicht viel Energie hineinbekommen, weil ein Schwingkreis nur aus Reaktanzen besteht (abgesehen von ein paar Verlusten)

--
Ein Tröpfchen Öl von Zeit zu Zeit
trägt vieles bei zur Haltbarkeit!

I got 14 channels of shit in the TV.... Pink Floyd

» in einem Schwingkreis hast Du immer einen Sinus und die Anregung desselben
» kann auch mit einem Sinus erfolgen.

Erhöht aber die Verlustleistung in den Schalttransistoren. Mehr Wärme, weniger Wirkungsgrad.

hws

» Rechteckspannungen können ziemlich problemlos transformiert werden ...

Solange sie symmetrisch sind.
Oder wie bei dir über den Kondensator der pos. Anteil mit dem negativem symmetriert werden.

Jetzt ist halt die Frage: wie sieht die zu übertragene Kurvenform aus? Liegt die für eine gewisse Totzeit auf Null und ist sie nicht symmetrisch, ist der Nullpegel hinter dem Trafo nicht mehr =0. Kommt die Ansteuerung damit klar?

Und willst du (für einen IGBT) nur positive Impulse auf Null bezogen, wird der Null-Anteil hinter dem Trafo negativ werden. Fläche über der Nulllinie = Fläche unter der Nulllinie.
Hinter deinem Kondensator ebenso.
Schaltung (Kernsättigung u.ä. erstaml vernachlässigt)
Schaltung:


Üblicherweise dürfen sich die beiden Ansteuersingale nicht überlappen. Es ist also eine Totzeit vorhanden.
Hier 1ms auf 0Volt. 5ms minus1V, 5ms plus 1V.

Einschwingvorgang mal abgesehen, pendeln sich die Totzeit auch hinter dem Trafo auf 0 ein.


Machen wir das Signal nun unsymmetrisch (5ms Low, 10ms high) pendelt sich die Nulllinie auf -0,3V ein.


Und haben wir gar einen nur positiven Rechteckimpuls (wie man ihn üblicherweise zum Ansteuerun eines Transistors braucht) Dann verschiebt sich der Impuls von 0/1V auf -0,5/+0,5V.

Einen Gleichspannungsanteil kriegt man nicht über einen Trafo. Und wenn ich eine Kurvenform rüberschicken will, die nicht symmetrisch ist, hab ich hinter dem Trafo die ursprüngliche Nulllinie verschoben.

Daher würde ich zu Gleichspannungserzeugung und Trennung durch Optokoppler raten.



hws

» » Rechteckspannungen können ziemlich problemlos transformiert werden ...
»
» Solange sie symmetrisch sind.
» Oder wie bei dir über den Kondensator der pos. Anteil mit dem negativem
» symmetriert werden.
»
» Jetzt ist halt die Frage: wie sieht die zu übertragene Kurvenform aus?
» Liegt die für eine gewisse Totzeit auf Null und ist sie nicht symmetrisch,
» ist der Nullpegel hinter dem Trafo nicht mehr =0. Kommt die Ansteuerung
» damit klar? [usw.]

Ich wollte mich eigentlich diesbezüglich mit meinem lapidaren Verweis auf das TI-AppGuide aus der Affäre ziehen . Zur DC-Restoration im Falle einer UNIpolaren MOSFET-Ansteuerung benötigt man lediglich eine Diode:



Mit eine bipolare Gatesteuerung mit Pulsübertragern hab ich mich nie beschäftigt. Ist - wie du schon sagst - sicher nicht sinnvoll. Aktives Gate-Sperren deutet auf hohe Spannungstransienten am IGBT hin. Die führen dann durch die hohe Koppelkapazität des Übertragers nur zu EMV-Problemen im Steuerteil.

Daher ganz Deiner Meinung:

» Daher würde ich zu Gleichspannungserzeugung und Trennung durch Optokoppler
» raten.

Grüsse.

Hallo nochmal,
ich habe die Schaltung nun genauso aufgebaut wie vorgeschlagen (Schaltung mit schwarzem Hintergrund). Es sind jedoch nur Nadelimpulse zu sehen, siehe Anhang (blau). Was tun? Hat jemand eine Idee? Den Übertrager hab ich über ein Rechner im Internet durchführen lassen und zwei Varianten aufprobiert, wobei bei beidem das Gleiche rauskommt. Die Impulshöhe ist super, aber ich will doch kein Impuls sonster ein Rechteck, um einen IGBT anzusteuern, bzw. einen Diagonalzweig der IGBT H-Brücke.

Grüße
Steffi

» Den Übertrager hab ich
» über ein Rechner im Internet durchführen lassen

No comment.