Vollbrücke - alles richtig machen

[andreas1984]

Hallo alle,

ich möchte beim Bau meiner Vollbrücke möglichst keine Fehler machen, bzw. wenn ich welche mache, möchte ich diese möglichst früh erkennen und beheben.

Aus diesem Grund mache ich hier einen neuen Thread auf, damit erfahrenere Mitglieder sehen was ich fabriziere und unter Umständen korrigierend eingreifen können, worüber ich sehr dankbar wäre.

Als Vorlage dient mir die dankenswerterweise von kilovolt geteilte Information über seine Vollbrücke.

Status meiner Entwicklung

Die gesamte Vollbrücke kann man glaube ich in folgende Subsysteme einteilen:

a) Oszillator + Treiberstufe

Ich habe gerade mal die Platine für "Oszillator + Treiberstufe" fertiggestellt, doch leider nicht nicht bestückt.

Hier ist die Bauteilliste in Bezug auf alles Kleinzeugs, was für Punkt a und Punkt c benötigt wird : https://www.reichelt.de/?ACTION=20&AWKID=1384493

Unsicher bin ich mir bei den beiden Überspannungsschutzdioden - da scheint der Reichelt nicht sonderlich viel Auswahl zu haben.

Hier ist nochmal der Schaltplan von Punkt a.

Hier ist das gesamte Eagle Projekt:

vollbrücke-oszillator-v2.zip

(397.47 KiB) 123-mal heruntergeladen

b) GDT

Ich habe mir von e-bay diese beiden Ferrit Ringe bestellt, da dise einen sehr hohen AL Wert haben.

http://www.ebay.at/itm/FERRITE-CORE-TOR ... Swqu9VCB3C

http://www.ebay.at/itm/FERROXCUBE-TX42- ... xyyUtSa7zo

Ich denke ich habe gute Anleitungen über GDTs gefunden:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=gdthowto

http://thedatastream.4hv.org/gdt_index.htm

Ich bin gerade dabei zu berechnen wie ich die beidn GDT am besten wickle.

Daher in den nächsten Stunden oder morgen folgt noch das Ergebnis meiner Berechnung.

Prinzipiell möchte ich eine trifilare Windung aufbringen.

Ich gehe davon aus, dass das Verhältnis 1:1:1 sein muss.

c) Endstufe

Hier ist das Datenblatt des IGBTs.

Die TVS Dioden, welche die Gates der IGBTs schützen sollen sind mit 27V angegeben.

Ich finde allerdings in dem Datenblatt nirgends die Angabe wie hoch die Drain / Source Spannung sein muss, um das Ding leitend / nicht leitend zu machen.

IGBT.pdf

(64.78 KiB) 117-mal heruntergeladen

Hier ist die original Zeichnung von kilovolt:

http://www.bilder-hochladen.net/files/b ... f-7e0a.jpg

Weis jemand die genauen Typenbezeichnungen für die Schutzdioden?

Für den großen 3300µF Kondensator habe ich mir einen Kondensatorprint gebaut, um durch parallelschalten von mehreren kleineren Kondensatoren ebenfalls einen ähnlich hohen Wert zu erreichen.

Das hat denke ich den Vorteil, dass das Erreichen dieser großen Kapazität billiger wird.

Habe mir aus China 40 220µF 400V Spannungsfestigkeit Kondensatoren um 40$ bestellt... Stecken leider momentan im Zoll fest...

Mit diesem Print würde ich auf 6600µF kommen...

Lg Andreas

[kilovolt]

Hallo Andreas

für die 27V-Schutzdioden empfiehlt sich die 1.5KE27CA (bipolar) oder zur Not die P6KE27CA (bipolar). Für die 440V TVS-Dioden nimmst Du am besten die 1.5KE440A (unipolar), oder falls Du die bipolare Version nimmst (mit Endung CA), dann brauchst Du noch Freilaufdioden wie beispielsweise MUR860.

Beim GDT muss man ggf. etwas probieren, was die besten Gatesignale ergibt. 1:1:1 ist sicher okay, ich würde mal mit etwa 9 bis 10 Windungen starten.

Beste Grüsse
kilovolt

[andreas1984]

In Bezug auf GDT:

Aus dem Datenblatt der IGBTs geht hervor, dass diese bis zu 20kHZ geeignet sind - hätte mir eigentlich gedacht, dass die höher gehen...

Ich hätte mir zwar für meine Anwendung ca. 50kHz erhofft, aber es wird mit 20kHz auch gehen.

Daher werde ich für die Berechnung der Windungsanzahl des GDT die 20kHz hernehmen.

Aus den Links über GDTs habe ich folgende Formel gefunden:

N = (V * t) / (B * Ae)

N -> Windungsanzahl
V -> Spannung
t -> Zeit in der die Spannung angelegt ist
B -> spitzen Flussdichte
Ae -> "cross section area of the core" steht im Datenblatt

- Die Spannung die von der Treiberstufe daherkommt ist 24V.

- Die Frequenz ist 20000Hz, daher ist die Zeit für eine Periode 1 / 20000 = 0,00005 und da ein duty cycle von 50% besteht, nochmal die Hälfte davon, daher 0,000025s

- Anscheinend wird B immer so bei 0,2 - 0,25T angenommen. Also nehme ich mal 0,2 an.

- Ae ist für beide Kerne die ich mir bestellt habe 134mm².

Das Ergebnis sind etwa 23 Windungen.

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Bei 50kHz hätte ich nur mehr etwa 9 Windungen.

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Habe mir ein mini Tool gebaut, um das Zeug nicht per Hand rechnen zu müssen...

calc1.png (15.86 KiB) 2609 mal betrachtet

calc2.png (15.11 KiB) 2609 mal betrachtet

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Die Frage ist nur - die Frequenz der Vollbrücke ist ja Variabel und ich würde schon gerne die Frequenz im Bereich von 5 - 50kHz regeln können. (Sofern dies überhaupt die IGBTs zulassen).

Nur welche Windungszahl soll ich nun verwenden?? Die von 20kHz oder die von 50kHz, die ich gerne erreichen würde?

Oder gefühlsmäßig einen Wert dazwischen nehmen und schauen was passiert!?

Lg

Andreas

[andreas1984]

@kilovolt:

Danke für die Info, jetzt kann ich die Bestellung abschließen.

Lg Andreas

[kilovolt]

Ich halte nicht so viel von solchen Berechnungen, denn man muss teils wichtige Grössen weitgehend annehmen und könnte daher genausogut raten. Meist ist es in der Praxis dann ohnehin wieder komplett anders. Ich würde ein bekanntes Kernmaterial nehmen, von dem man weiss, dass es für SSTC/DRSSTCs gut ist (konkret N30) und dann einfach mal mit 10 Windungen probieren. Mit trial and error wirst Du sehr viel schneller am Ziel sein, denn selbst nach dem Berechnen wirst Du erst probieren müssen, ob die Gatesignale tolerierbar sind. Ein N30-Kern mit 3 bis 4cm Durchmesser und gewöhnliches Netzwerkkabel (CAT5 oder CAT6) ist ein sicherer Wert und eine einfache Lösung.

Zur Frequenz der IGBTs: Meist ist sehr viel mehr möglich als das, was im Datenblatt steht. Kommt natürlich auf die Umstände an, beispielsweise wie nah man an die Grenzwerte gehen will, aber grundsätzlich kann ich von den Semikron-Bricks SKM200GB128D durchaus sagen, dass sie auch mit 110kHz bestens funktionierten in meiner DRSSTC. Natürlich war dort auch softswitching im Spiel, daher sag ich, kommt es auf die Umstände an. Die maximal mögliche Frequenz hängt auch stark von der Qualität des Treibersignals ab.

Beste Grüsse
kilovolt

[andreas1984]

Einen N30 Ringkern habe ich mir eh auch mitbestellt.

Wenn die IGBTs mehr hergeben ist dies natürlich erfreulich zu hören.

Ich habe noch zwei Fragen:

a) Verschaltung des GDT

Ich habe also meinen GDT (in die Zukunft gedacht) mit trifilarem verdrillten Draht und etwa 10 Windungen.

Ein paar schließe ich an die Treiberplatine, bleiben noch 2 Paar über.

Ist die Verdrahtung des GDTs mit dem Rest der Schaltung so richtig wie ich mir das denke oder habe ich da einen Denkfehler?

b) Fehlende Masse?

Im Schaltplan ist zwischen Emitter2 und Emitter4 keine Masse eingezeichnet - habe ich da einen Denkfehler, dass dort Masse hingehört oder ist das so selbstverständlich, dass du das nicht eingezeichnet hast?

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Mit meiner Annahme stimmt glaube ich sowieso etwas nicht, da ich ja dann auf jedem "E" Masse liegen hätte...


Lg Andreas

[Thunderbolt]

der GDT braucht 4 getrennte sekundärwindungen, in deiner momentanen konfiguration schließt du T4 und T2 kurz (blauer bzw. orangener pfad)

[kilovolt]

Dein GDT braucht vier Sekundärwicklungen, nicht zwei, sonst hast Du doch gar keine Potentialtrennung zwischen Highside und Lowside!

Mit GND hast Du Recht, müsste natürlich der unterste Rail sein.

EDIT: Thunderbolt war schneller ,-)

Beste Grüsse
kilovolt

[andreas1984]

Vielen Dank für eure Hilfe.

Dank euch entmystifiziert sich der GDT langsam für mich.

Hier ein neuer Versuch:

Es handelt sich also streng genommen um einen Trafo mit der Übersetzung 1:1:1:1:1
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Ich würde mal einfach jeweils 5 Stück Kupferlackdraht 0,5mm je ein Meter hernehmen.

Diese gleichzeitig auf der einen Seite in eine Werkbank einspannen und auf der anderen Seite in eine Bohrmaschiene....

Dann mit Hilfe der Bohrmaschiene, das ganze etwas verdrillen - danach auf den Ringkern wickeln....
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Netzwerkkabel wäre natürlich auch eine Lösung - aber will keines zerstören, zumal ich kiloweise Kupferlackdraht zu Hase herumliegen habe.

Lg und Danke,

Andreas

[kilovolt]

Hallo Andreas

Ehrlich gesagt, ich würde mich nicht auf die Lackisolation verlassen, erst recht nicht, wenn die Drähte dann noch verdrillt werden. Das Risiko, dass es da feinste Lackschäden geben kann, finde ich nicht unerheblich. Mit sowas kannst Du Dir die Brücke komplett abschiessen. Ich habe aber auch schon solche GDTs gesehen, gibt also durchaus Leute, die das so lösen, nur wäre mir nicht wohl dabei. Alte Netzwerkkabel werden einem doch überall nachgeschmissen.

Beste Grüsse
kilovolt

[andreas1984]

Mit den Lackschäden hast du natürlich recht. Gewisse Bauchschmärzen habe ich eh auch bei dem Gedanken.

Im Prinzip geht es mir auch nicht um die Kosten eines Netzwerkkabels.

Ich habe den einen Guide über GDTs gelesen - ich glaube, wenn man so einen Guide schreibt will man alles perfekt machen.

In dem Guide wird die Lösung mit Kupferlackdraht vorgeschlagen, da die Isolation sehr dünn ist und daher die "Leakage Inductance" sehr klein gehalten werden kann.

Die "Leakage Inductance" wird beschrieben als eine Induktivität, die quasi in Serie mit der Kapazität des Gates einen Schwingkreis bilden kann - dies wiederum kann zu einer ganzen Reihe ungewollter Effekten führen.

Aber wahrscheinlich sollte ich ein wenig weniger paranoid sein und einen Draht mit einer dickeren Isolation nehmen.

Lg Andreas

[kilovolt]

Kleinere Streuinduktivitäten lassen sich eigentlich fast nicht vermeiden, alleine schon durch die Verwendung von Kabeln/Drähten und/oder Leiterbahnen. Aus meiner Sicht ist das nicht so wild, jedenfalls nicht vergleichbar mit dem Risiko eines Durchschlags zwischen High- und Lowside oder zwischen Brücke und Treiber. Derjenige, der zu Kupferlackdraht rät, weil dieser eine bessere Kopplung ermöglicht, sollte mal überprüfen, wieviel Streuinduktivität er damit auch wirklich vermeidet, dürfte wohl ein eher akademisches Kapitel sein. Ich habe jedenfalls für meine SSTCs GDTs gebaut im Bereich um die 300kHz, bei der HF-SSTC sogar für über 4MHz und ich hatte nie gröbere Probleme mit Streuinduktivitäten. Bei solchen Frequenzen würde sich das dann ganz anders auswirken als bei 20 bis 50kHz, wenn es wirklich tragend wäre.

Beste Grüsse
kilovolt

[Norbi]

Also wenn man da wirklich so fimschig rangehen will legt man die Sekundärwindungen _in_ die Primärwindung.

http://www.imajeenyus.com/electronics/2 ... ndex.shtml

[Dadmonsta]

Hallo Andreas

Bin selber "Neu" hier im Forum.

Also ich würde dir empfehlen ein billiges Cat 5e Kabel zu kaufen, weil es ist deutlich besser als ein Lackdraht.

Bei meiner DRSSTC hat ein 1m Cat 5e Kabel gereicht.

Also die SKM200gb128d Bricks halten richtig viel aus!
Spreche da aus Erfahrung, habe die DRSSTC bei 500A betrieben obwohl ich keine Softswitches hatte. Bei mir haben sie sehr viel überlebt und daraus kann ich sagen die sind Super!

Hast du überhaupt einen 10uF Snubberkondensator?

Achja noch etwas, die IGBTs können nur dann sterben wenn sie Gatespannung zu hoch ist. Wenn du sicher gehen willst kannst du dir 24V bipolare TVS holen.

Hast du dir schon überlegt was für eine MMC du bauen möchtest?

MfG
Dadmonsta

Gesendet von meinem SM-G935F mit Tapatalk

[andreas1984]

Hallo Dadmonster,

Hast du überhaupt einen 10uF Snubberkondensator?

Ich vermute ja, siehe rechte obere Ecke der Schaltung.

Hast du dir schon überlegt was für eine MMC du bauen möchtest?

MMC?

Lg Andreas