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BeitragVerfasst: So 12. Nov 2017, 23:11 
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Hi!

Mein erster Eintrag und es ist vermutlich eine Trivialität. Bitte nicht lachen, bin leider sehr unerfahren in Elektrotechnik.

Aufgabe: Ich muss für ein Experiment eine Konsensatorentladung 500uF bei 4kV in Rechteckpulse zerlegen (entladung an/aus schalten).
Die on-off Zeiten werden durch einen Mikroporzessor in einem streng getrennten Niedrigspannungsstromkreis gesteuert.
Die Ströme liegen im 100A bereich, Schaltzeiten (on und off) von ~1us sind ausreichend (<500ns wären besser). Manchmal wird die entladung aber durch "lange" off Zeiten (sekunden) unterbrochen.

Lösung: Siehe verinfachte Schaltung in Bild anbei. Funktioniert auch in ersten Tests gut soweit.

Problem: R2 darf nicht auf +4kV ligen währen IGBT ausgeschaltet ist! (R2 sind eigentlich Annode und Kathothe mit biologischer Materie dazwischen, welche sich nach einigen Sekunden auf 4kV eine eigene Erdung sucht --> ganz schlecht).
Folglich muss der IGBT jetzt aber zwischen R1 und R2.
Damit ist also eine Last und damit auch eine Spannung hinter dem Emitter vom IGBT welche natürlich über dem GE Limit liegt.
Gerne gebe ich natürlich Spezifikas zu den Teilen an, aber ich glaube das ist eher ein fundamentales Verständnisproblem.

Könnt Ihr mir helfen? Ich finde keine lösung :(

LG


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BeitragVerfasst: Mo 13. Nov 2017, 19:06 
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Was du machen willst nennt sich "High Side Driving"

Bootstrapping fällt in deinem anwendungsfall wohl eher flach, einerseits wegen der hopen spannungen, andererseits, weil der IGBT ja nicht dauerhaft gepulst wird.

Ich würde eine lösung mit DC-DC wandler vorschlagen, der den Treiber versorgt und sein signal per optokoppler bekommt. wobei 4kV schon 'ne hausnummer sind...

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BeitragVerfasst: Mo 13. Nov 2017, 21:48 
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4 kV bei 500 uF??!!
Bei entsprechenden Leitungen fließen da sicher blitzartig Entladeströme im Bereich von vielen kA, evtl. 100er kA würde ich meinen!
Womit willst Du die im Sub usec-Bereich unterbrechen???
Bei einem 2 Farad-Cap mit nur 14 V habe ich Stöme um 7 kA gemessen!
Da gibt es wohl keine auch nur annähernd ausreichend dimensionierten IGBTs.

Sowas kann man - wenn überhaupt - nur mit großen Industrie-Thyristoren schalten, wobei das Ausschalten hier wirklich sehr schwierig wird!
Gibt dafür ja speziell steuerbare Thyristoren, aber solche Ströme..?


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BeitragVerfasst: Mo 13. Nov 2017, 23:22 
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Vielen lieben Dank für eure Antworten.

Low Side driving war das Stichtwort was ich gesucht habe. Ich weiß nicht ob ich es lösen kann aber ich werde es versuchen und die lösung ggf hier dann posten!

Zu deiner Frage Multi-kv: Da ja Wiederstände von insgesammt ca 20 Ohm im Kreis drin sind, ist die maximale Spannung 150A. Momentan arbeite ich mit diesem hier http://ixapps.ixys.com/datasheet/ds99385b(ixel40n400)_.pdf
Die Gigavac mechanical swiches haben im gepulsten betrieb auch kein problem Strömen.
Ist nicht so spektakulär wie mann man die Kondensatoren direkt entlädt :) Die Ströme und Spannungen sind in dem Thema (Electroporation von Gewebe) nicht untypisch und das ist überraschend unspektakulär solange die Pulse kurz genug sind und das elektrische Feld nicht lokal zu groß wird. Aber ja, du hast recht, jegliche direkten Strombrücken an den Kondensatoren wäre recht spektakulär :) nocht nicht probiert...


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BeitragVerfasst: Di 14. Nov 2017, 13:29 
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Ist das eine Schaltung, die praktisch aufgebaut werden soll oder nur eine theoretische Aufgabe ?

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BeitragVerfasst: Do 16. Nov 2017, 01:16 
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Praktisch. Ist auch schon fertig und funktionsfähig, aber noch nicht mit high side driving sondern nur low side bisher. Das kann aber leider nicht low side bleiben.
Wenn jemand eine Lösung in form eines Schaltkreisdiagramms mit den allen Bauteilspezifikationen hat, wäre ich sehr dankbar weil es mir sehr sehr viel zeit sparen würde. Ich habe sehr Erfahrung mit Elektrotechnik. Ich mache gerne eine spende daüfr (hoffe ich verstoße damit jetzt nicht gegen eine Forum regeln?!?) Als driver nutze ich Broadcom HCPL-J312-000E, als IGBT IXYS IXEL40N400.
LG


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BeitragVerfasst: Do 16. Nov 2017, 10:40 
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Hallo Physiker

wenn Du dem Opto-Gatedriver U1 eine eigene, gut isolierte, potentialfreie 18V-Speisung spendest, dann kannst Du den Ausgang von U1 unverändert zwischen Gate und Source des FETs belassen, egal, wo die Last liegt. Thunderbolt hat es ja eigentlich auch schon so vorgeschlagen.

Beste Grüsse
kilovolt

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BeitragVerfasst: Do 16. Nov 2017, 21:23 
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die Isolationsspannung ist mit 3750V RMS angegeben, macht 5303Vpk, sollte also gehen.

du musst im prinzip nur 'n geeigneten DC-DC wandler finden, um die spannungsversorgung zu trennen.

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BeitragVerfasst: Do 16. Nov 2017, 23:37 
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Vielen Dank kilovolt und Thunderbolt für die Antworten, das ist Großartig! Ich werde mich einlesen was ein DC-DC wandler ist und einen finden :)


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BeitragVerfasst: Fr 17. Nov 2017, 07:39 
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PhysikerOhneAhnung hat geschrieben:
Ich werde mich einlesen was ein DC-DC wandler ist und einen finden :)
Wow - Solche Antworten möchte man häufiger lesen :klatsch:
Oft geht es mehr in Richtung "Ich werde mir von euch alles über DC-DC Wandler vorkauen lassen und lass euch den passenden finden lassen". ;)


Viel Erfolg und liebe Grüße,
Max


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BeitragVerfasst: Fr 17. Nov 2017, 08:39 
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Physiker, Du könntest dem U1 testweise auch einfach mal 18V aus drei in Serie geschalteten 9V-Batterien geben, müsste auch klappen, die sind sauber erdgetrennt ;-) Dann brauchst Du keinen DC-DC-Wandler für die ersten Tests.

Man könnte die 18V aber auch aus einem gegen Erde isolierten Printtrafo gewinnen. Wenn dieser 4kV standhält, dann klappt das. Wenn er nicht für 4kV isoliert ist, braucht man halt entsprechend mehrere dieser Trafos hintereinander, welche abwechselnd rauf- und runtertransformieren. Eine Dreierkette sollte auf jeden Fall reichen, also einer, der zuerst runtertransformiert, dann einer, der wieder rauftransformiert af galvanisch getrennte 230V und noch ein Letzter, der wieder runtertransformiert. So sind mehrere Isolierschichten zwischen Deiner 4kV-Seite und der netzseitigen Erde. Da der Optodriver wohl keinen sehr hohen Strom benötigt, könnte man sicher recht kleine, vergossene Printrafos verwenden.

Gruss kilovolt

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BeitragVerfasst: Fr 17. Nov 2017, 11:05 
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@kilovolt: Meinst du 2x 9V Batterie in serie während minus auf die IGBT high side gelegt wird und dann plus als Vin für den Gate treiber? Hmmm. Klappt das wirklich? Klingt recht gefählich Batterien auf ein Potential von 3000V gegenüber umgebung zu heben?

Ich habe mir folgenden isolierten DC/DC wander raus gesucht: https://power.murata.com/data/power/ncl/kdc_mgj6.pdf

Ich hätte das jetzt wie im Bild gezeigt verkabelt und mal geschlossen.

Fragen:
1) Wird das klappen oder verstehe ich was falsch ?
2) Verstehe ich es richtig, dass das DC DC glied keinerlei einfluss auf das on-off timing hat (nachdem er erstmal auf der endspannung ist)?

LG


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BeitragVerfasst: Fr 17. Nov 2017, 16:14 
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Wenn du die Batterien isoliert lagerst sehe ich absolut kein problem, die auf 3kV anzuheben

Der Schaltplan ist fast richtig, GND vom DC-DC und Gatedriver muss auf den Emitter vom IGBT.

wenn du den Gatedriver zwischen Vout+ und Vout- hängst, und nur GND vom DC-DC an den Emitter hängst, kannst du sogar beim abschalten von der negativen spannung, die der DC-DC wandler liefert gebrauch machen.

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BeitragVerfasst: Fr 17. Nov 2017, 20:13 
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Großartige idee mit der Negativen Spannung, ganz vergessen dass das ja schneller die Ladung vom gate raus zieht, vielen dank!

Aber Frage zu der Verkabelung an Emitter: Wenn ich ground vom DC DC an den Emitter Hänge, hab ich dann nicht ein "Zeit problem"? Der DC-DC wander hat doch irgend eine Kapazität und Induktivität, daher relativ langsam. Wenn ich schnell (max 1us)) Zeiträumen an und aus schlaten möchte, ist das dann noch möglich? Meine überlegung war, wenn ich dien collector leitung anzapfe für das DC DC ground ,hätte ich "sofort" die spannung verfügbar anstatt erst einige zeit nachdem der Emitter durch lässt, oder hab ich da ein missverständniss? Finde leider keine zeiten im Datenblatt die meine hypothese bestätigen oder wiederlegen. https://power.murata.com/data/power/ncl/kdc_mgj2.pdf

LG


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