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carpc(R)

15.04.2019,
22:37
 

IGBT Abschalten (Elektronik)

Ich möchte folgenden IGBT: IHW15N120R3FKSA1 als High Side PWM benutzen. Als Treiber IC hab ich folgenden gewält: 1EDI40I12AHXUMA1
Gatewiderstände wurden wie im Datenblatt 10R und 3R3 gewählt. Die Testschaltung wurde mit 1khz betrieben. Später soll die Schaltung mit 62 kHz betrieben werden.
Gatespannung habe ich mit unipolar 15V als auch mit Pipolar 15/-9V versucht. Leider ist die fallende Flanke nicht steil sondern fällt in einer Kurve ab (ca 70µS). Ich weiß nicht was ich falsch mache. Wirkt es sich negativ aus, dass im meinem Prototyp Aufbau der Gate Anschluss nicht direkt am Gatetreiber sonder mit einen Leitung mit wenigen cm dazwischen?

PS:: Habe es nicht geschafft das Oszibild hochzuladen.

bigdie(R)

21.05.2019,
10:26

@ Hartwig

IGBT Abschalten

» » Ich habe nochmals Versuche gemacht und dabei meinen Fehler festgestellt.
» » Die Erdung des Oszis war das Problem. Mit Kabel ohne Schutzleiter hat es
» » dann geklappt.
»
» »....dann müsste es gut sein? Was denkt ihr?
»
» Vielleicht, dass Du nicht weisst, was Du da machst; bei 700V 20A wärest Du
» immerhin noch ein vielversprechender Kandidat für den Darwin-Award....:-(

Ich denke mal, wenn man die Gatekapazität eines Igbt mit 62kHz umsteuern will, dann ist man beim Treiberstrom in der gleichen Liega, als wenn man gleich einen bipolaren Transistor ansteuert. Das macht also wenig Sinn.

der olle Michi(R)

im Norden,
19.05.2019,
11:03

@ carpc1

IGBT Abschalten

» Ich bin weiter gekommen. Das Problem lag an den Netzteilen und ließ sich
» mit einem isolierten DC DC Wandler lösen.
»
» Mit höherem Strom wird die Abschaltflanke steiler. Allerdings gibt einen
» Peak mit negativer Spannung.
»
» Je höher der Strom desto schlechter die Einschaltflanke. Dies könnte mit
» dem unsauberen Gatesignal zu tun haben?. Die Spannungsversorgung des
» Gatetreiber ist konstant. Ich frage mich ob ich den Gatewiderstand
» verändern sollte oder es mit dem Versuchsaufbau zu tun hat!? (parasitäre
» Induktivitäten)

Moin,
wenn nicht schon bekannt, hier ein wenig Lesestoff: https://home.zhaw.ch/kunr/Elektronik/Selbststudium/LeistungsFETundIGBT.pdf

Gruß
Micha

--
Grüße
Michael

carpc1

19.05.2019,
10:32

@ carpc1

IGBT Abschalten

Ich bin weiter gekommen. Das Problem lag an den Netzteilen und ließ sich mit einem isolierten DC DC Wandler lösen.

Mit höherem Strom wird die Abschaltflanke steiler. Allerdings gibt einen
Peak mit negativer Spannung.

Je höher der Strom desto schlechter die Einschaltflanke. Dies könnte mit
dem unsauberen Gatesignal zu tun haben?. Die Spannungsversorgung des
Gatetreiber ist konstant. Ich frage mich ob ich den Gatewiderstand
verändern sollte oder es mit dem Versuchsaufbau zu tun hat!? (parasitäre Induktivitäten)

Gatesignal



niedriege Last



höhere Last

carpc1

19.05.2019,
10:22

@ JBE

IGBT Abschalten

» Muss der volle Tastgrad erreicht werden.
»
» 700V und 20A bei Eintakt ist schon sehr gewagt. jeder Induktionskochherd
» hat die Last im Drain.
»

Es soll ein DC/DC Laderegler (Ausgangsspannung = Batteriespannung ca 150V) werden, gespeist aus der PV Anlage.700V ist Leerlaufspannung (ohne Strom). Typischer Arbeitspunkt ist z.B 400V/15A.

Hartwig(R)

20.04.2019,
19:56

@ Carpc1

IGBT Abschalten

» » 700V und 20A bei Eintakt ist schon sehr gewagt. jeder Induktionskochherd
» » hat die Last im Drain.
»
» Verstehe Ich nicht ganz.

Hallo,
auch wenn es hier nicht um einen Induktionsherd geht - die Schaltungstechnik wird ähnlich sein. Ein BJT/(MOS-)FET wird im Schaltbetrieb üblicherweise in der Emitterschaltung / Sourceschaltung betrieben, also Emitter (Source) auf Bezugspotenzial, die Last zwischen Kollektor (Drain) und Spannungsquelle, diese mit dem anderen Pol wieder Am Bezugspotenzial. Steuerung erfolgt zwischen Bezugspotenzial und Basis (Gate). Die Spannung an der Last ist nur durch die Spannungsquelle und/oder die Max.-Spannung des BJT/FET begrenzt.

Legt man die Last nun in den Emitterkreis, so ergibt sich die Drainschaltung. Kollektor/Drain sind mit der Spannungsquelle direkt verbunden, die Last liegt zwischen Emitter/Source und Bezugspotenzial, Steuerung zwischen Bezugspotenzial und Basis/Gate: Diese Schaltung wird auch Spannungsfolger genannt (Emitterfolger, Sourcefolger), da die Spannung am Lastwiderstand die Steuerspannung nicht überschreiten kann - also Spannungsverstärkung = 1 (bzw. etwas kleiner). Das bringt Dir nichts. Bei diesen Grundschaltungen gibt es allerdings nur ein Bezugspotenzial für den Lastkreis und den Steuerkreis - die Last im Emitter/Sourcekreis bleibt also ein Sonderfall und ist für Deine Anwendung wohl nicht geeignet.

Um jetzt trotzdem einen Highside-Switch mit einem npn / n-Kanal Device zu relisieren, wird dieser in Source-Schaltung betrieben. Da Last und Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind, darf man diese vertauschen, so liegt die Last jetzt "mit einem Bein" am Emitter/Source, wobei die Steuerung zwischen Emitter/Source und Basis/Gate erfolgt. Aber so "schwebt" die Spannungsquelle jetzt frei vom Bezugspotenzial der Ansteuerung, abhängig vom Spannungsabfall über der Last. Du Hast so also in der Schaltung zwei unterschiedliche Bezugspotenziale und, die extrem voneinander isoliert sein müssen. Gleiches gilte für die Hilfsspannungen, das wurde bereits erwähnt.
Daher auch weiter oben im Thread die Frage von xy nach der Gesamtschaltung mit allen Spannungsquellen. Dem Oszi dann die Erdung abzuzwicken schien kontraproduktiv und ließ vermuten, dass Dir der dargestellte Zusammenhang wohl entgangen ist.....Das Datenblatt begnügt sich damit, unterschiedliche Bezugspotenziale zu benennen, ob diese aber sorgfältigst zu isolieren sind oder eine einfachste Trennung reicht, hängt selbstverständlich von der Anwendung ab. Der Verweis auf das Datenblatt war also zur Lösung Deines Problems nicht gerade hilfreich.

Grüße
Hartwig

Carpc1

20.04.2019,
16:40

@ JBE

IGBT Abschalten

»
» Würdest du uns mal verraten was du überhaupt machen willst, und wieso muss
» es unbedingt eine Eintaktfuntion haben.
»
» Muss der volle Tastgrad erreicht werden.

Es wird ein Laderegler für ein Photovoltaik Speichersystem. Die 700V sind Leerlaufspannung, daher bei Belastung ist die Spannung immer niedriger z.b.: 400v/15A. Der volle Tastgrad wird nie erreicht, da die Batterie Spannung bei 150 Volt liegt.


» 700V und 20A bei Eintakt ist schon sehr gewagt. jeder Induktionskochherd
» hat die Last im Drain.

Verstehe Ich nicht ganz.



» 14 KW ist schon eine Hausnummer.
»
» Noch ein Tip . messe das ganze mit der Tatsächlicher Frequenz, da wirst du
» feststellen das es noch schlimmer wird, falls deine Frequenz größer ist als
» die jetzige Messfrequenz.
»
» Normalerweise errechnet man die Ladung , die Nötig ist um das Gate
» Vollständig zu laden und zu entladen mit seinen Kapazitäten, das können
» einige Ampere sein im µs Bereich.
»
» Also wie geschrieben wenn du uns veraten kannst was du vor hast , kann man
» vielleicht eine andere Lösung finden, z.B. Impulsübertrager usw.
»
» Und noch etwas man Hofft das du kein 1:1 Tastkopf verwendet hast, dieser
» ist für solche Messungen nicht geeignet, und der Erdanschluss vom Tastkopf
» sollte
» ohne Messstrippe direkt am Transistor liegen, sonst misst man Mist. Wenn
» deine Schaltung wirklich Erdfrei ist, also keine Schaltnetzteile als
» Versorgung, sondern
» Echte Erdfrei Netzteile, und dein Generator sollte erdfrei ist, dann gibt
» es auch keine Probleme mit dem Oszi-Erdanschluss. Vermutlich hattest du
» eine Erdschleife.

Hartwig(R)

18.04.2019,
10:00

@ Offroad GTI

IGBT Abschalten

Hallo,
» Dies ist ein isolierter Treiber, dem ist egal, wo er "sitzt".
» Die galvanishe Trennung der Hilfsspannungsquellen müssen natürlich für die
» hohe Spannung geeignet sein.
Dort wird das Poblem liegen, zumlndest bei den Bedingungen im Versuchsaufbau sollte die Messung an der Last auch mit PE am Oszi möglich sein.
»
» P.S.: Wenn "die Erdung des Oszilloskops" ein Problem ist, hast du nicht
» verstanden, wie man es richtig einsetzt. Dessen Schutzleiter wird nämlich
» grundsätzlich nicht getrennt. --> Stichwort Differenztastkopf ;-)

Offroad GTI(R)

18.04.2019,
07:18

@ carpc1

IGBT Abschalten

» Für meine Spätere Anwendung brauche ich unbedingt ein High Side Swich.
» Daher Widerstand am Emitter.
Dies ist ein isolierter Treiber, dem ist egal, wo er "sitzt".
Die galvanishe Trennung der Hilfsspannungsquellen müssen natürlich für die hohe Spannung geeignet sein.

P.S.: Wenn "die Erdung des Oszilloskops" ein Problem ist, hast du nicht verstanden, wie man es richtig einsetzt. Dessen Schutzleiter wird nämlich grundsätzlich nicht getrennt. --> Stichwort Differenztastkopf ;-)

JBE

18.04.2019,
00:01
(editiert von JBE
am 18.04.2019 um 00:23)


@ carpc1

IGBT Abschalten

» Ich habe nochmals Versuche gemacht und dabei meinen Fehler festgestellt.
» Die Erdung des Oszis war das Problem. Mit Kabel ohne Schutzleiter hat es
» dann geklappt.
»
» Wiederstand am Collector sieht es gut aus.
»
» https://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20190417213157.bmp
»
» Widerstand am Emitter noch nicht ganz gut.
»
»
» https://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20190417213213.bmp
»
» Für meine Spätere Anwendung brauche ich unbedingt ein High Side Swich.
» Daher Widerstand am Emitter.
»
» Ich hoffe, dass der restliche Fehler bei der fallenden Flanke auf den
» mangelhaften Aufbau zurückzuführen ist. Das heißt wenn ich ein Platine
» anfertige, dann müsste es gut sein? Was denkt ihr?

Würdest du uns mal verraten was du überhaupt machen willst, und wieso muss es unbedingt eine Eintaktfuntion haben.

Muss der volle Tastgrad erreicht werden.

700V und 20A bei Eintakt ist schon sehr gewagt. jeder Induktionskochherd hat die Last im Drain.

14 KW ist schon eine Hausnummer.

Noch ein Tip . messe das ganze mit der Tatsächlicher Frequenz, da wirst du feststellen das es noch schlimmer wird, falls deine Frequenz größer ist als die jetzige Messfrequenz.

Normalerweise errechnet man die Ladung , die Nötig ist um das Gate Vollständig zu laden und zu entladen mit seinen Kapazitäten, das können einige Ampere sein im µs Bereich.

Also wie geschrieben wenn du uns veraten kannst was du vor hast , kann man vielleicht eine andere Lösung finden, z.B. Impulsübertrager usw.

Und noch etwas man Hofft das du kein 1:1 Tastkopf verwendet hast, dieser ist für solche Messungen nicht geeignet, und der Erdanschluss vom Tastkopf sollte
ohne Messstrippe direkt am Transistor liegen, sonst misst man Mist. Wenn deine Schaltung wirklich Erdfrei ist, also keine Schaltnetzteile als Versorgung, sondern
Echte Erdfrei Netzteile, und dein Generator sollte erdfrei ist, dann gibt es auch keine Probleme mit dem Oszi-Erdanschluss. Vermutlich hattest du eine Erdschleife.

Hartwig(R)

17.04.2019,
23:04
(editiert von Hartwig
am 17.04.2019 um 23:19)


@ carpc1

IGBT Abschalten

» Ich habe nochmals Versuche gemacht und dabei meinen Fehler festgestellt.
» Die Erdung des Oszis war das Problem. Mit Kabel ohne Schutzleiter hat es
» dann geklappt.

»....dann müsste es gut sein? Was denkt ihr?

Vielleicht, dass Du nicht weisst, was Du da machst; bei 700V 20A wärest Du immerhin noch ein vielversprechender Kandidat für den Darwin-Award....:-(

carpc1

17.04.2019,
22:25

@ JBE

IGBT Abschalten

Ich habe nochmals Versuche gemacht und dabei meinen Fehler festgestellt. Die Erdung des Oszis war das Problem. Mit Kabel ohne Schutzleiter hat es dann geklappt.

Wiederstand am Collector sieht es gut aus.

https://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20190417213157.bmp

Widerstand am Emitter noch nicht ganz gut.


https://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20190417213213.bmp

Für meine Spätere Anwendung brauche ich unbedingt ein High Side Swich. Daher Widerstand am Emitter.

Ich hoffe, dass der restliche Fehler bei der fallenden Flanke auf den mangelhaften Aufbau zurückzuführen ist. Das heißt wenn ich ein Platine anfertige, dann müsste es gut sein? Was denkt ihr?

JBE

17.04.2019,
12:58

@ carpc1

IGBT Abschalten

» Hiermit hole dich den Upload der Fotos nach:
»
» Ozszibild:
»
»
»
» Schaltung:
»
»
»
»
» Die Schaltung wurde genau so aufgebaut und der Lastwiderstand gegen GND.
» Ich habe sowoll die Unipolare und auch die Bibolare Variante getestet. Das
» Ergebnis war jedoch gleich schlecht.
»
» Versuchsaufbau:
»
»
»
»

Schalte die Last an den Drain, oder den Treiber getrennt versorgen.

Sollte es immer noch zu langsam sein ist die Gatekapazität zu groß für den Treiber, veringere die Treiberwiderstände.

Stell sicher das der Treiber ordentlich gepuffert wird, Gateströme können im Umladezyklus sehr groß werden.

Treiber so nahe wie möglich am Transistor legen, es kommt auf größte Niederohmigkeit an.

Wird es nicht besser ist der Treiber nicht geeignet.

Thomas Kuster(R)

17.04.2019,
10:20

@ carpc1

IGBT Abschalten

Hallo carpc1
Wenn Deine Last gegen Minus geschaltet ist, scheint das Einschalten langsam zu sein, das Ausschalten aber sehr schnell. Oder sehe ich da etwas falsch ?
Wenn das Einschalten zu langsam ist, könnte es auch an der Speisung des Treibers liegen. Schalte einmal einen grossen Elko zwischen den Speisungsanschlüssen direkt beim Gatetreiber und messe dann nochmals.
Mit vielen freundlichen Grüssen Thomas

Offroad GTI(R)

17.04.2019,
10:16

@ carpc1

IGBT Abschalten

Etwas stimmt an deinem Aufbau nicht. Die GND-Verbindungen der Hilfsspannungen sind wohl falsch angeschlossen. Anderenfalls hättest du keine 24V zwischen Gate und Emitter.
Zeig mal deinen Schaltplan, und nicht das Musterbild aus dem Datenblatt.
Und ja, der Treiber sollte möglichst nah am Transistor sitzen.
Vor allem muss die Verbindung vom Emitter zurück zum Treiber so niederimpedant wie möglich sein.

» Beim richtigen Einsatz sind die Spannungen und Ströme deutlich höher. 700V
» und 15-20A
Schutzbrille liegt bereit?

xy(R)

E-Mail

17.04.2019,
08:46

@ carpc1

IGBT Abschalten

» Ja im Emitterkreis (High Side Switch)
» Im Datenblatt ist auch eine Halbbrücke mit 2 Treibern und IGBTs
» dargestellt. Ein IGBT ist doch dann auch als HIGH Side Switch.

Zeig *deinen* Schaltplan, und zwar komplett, mit allen Spannungsquellen.