Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

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MrMcChicken
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Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von MrMcChicken »

Hallo allerseits,
ich möchte in der Zeit der Sommerferien eine SSTC Bauen. Dies wäre meine erste. Das ganze wollte ich eher ruhig angehen.
Vorher so ein wenig durchplanen und so ;).
Da ich mir das selber designen so einer Spule und Schaltung für den Anfang recht schwer vorstelle, würde ich gerne kilovolts SSTC 2 nachbauen.
Die meisten dürften die kennen. Hier aber nochmal der Link zu der Seite: http://web367.login-102.hoststar.ch/tes ... sstc-2.htm
An dieser Stelle ein Danke an kilovolt für die schöne Erklärung der Spule :).

Im Großen und Ganzen wollte ich die Schaltung möglichst übernehmen.
Jetzt habe ich da aber noch ein paar kleine Fragen.
1: Ist es ein Problem, wenn C3 im Oszillator 790pF beträgt? 750pF Scheinen nicht so gängig zu sein (?).
2: R1 und R2 in der Endstufe sind 7,5R. Das ist aber auch kein so gängiger Wert.
Kann dieser Wert auch abweichen, oder sind bei weniger Widerstand die Z-Dioden überfordert/ mehr Widerstand zu wenig Leistung?
3: Wie Wirkt sich ein anderer Widerstand auf das GDT aus?
4: Was bedeutet GDT eigentlich? :D
5: Habe ich es richtig verstanden, dass C1 im Vorverstärker dafür da ist, damit sich die ICL's nicht selber kurzschließen?
6: Wie Wichtig ist die Windungszahl der Primärspule?
7: Komme ich auch ohne Stelltrafo klar? Ich habe Trafos mit den werten: 1x 12VAC, 2x 18VAC, 1x 65VAC da.
Damit würde ich auf: ca. 17VDC, 25VDC, 50VDC, 90VDC kommen. Reicht das zum testen?
8: Was genau ist mit Netzfilter gemeint ( :oops: ), kann der vernachlässigt werden?

Das Ganze sollte schon irgendwann mal auf Netzspannung laufen.

Danke schon mal im Voraus :)

MfG MrMcChicken
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IPlayWithLasers
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von IPlayWithLasers »

1:Sollte kein all zu großes Problem darstellen
2: Bekommt man eigentlich
3: eigentlich garnicht
4: Gate Drive Transformer
5: ja und um DC auszufiltern
6: nur zweitrangig, die F stellst du ja anders ein
7: Ja, dann hast du nut nicht das Tolle Gefühl des "langsam Aufrdrehens" :D
8: http://de.wikipedia.org/wiki/Netzfilter ; kommt drauf an wie viel dir dein pc wert ist

Bitte :D
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kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von kilovolt »

Hallo MrMcChicken ;-)

Schön, dass Du die SSTC-2 nachbauen möchtest, das freut mich natürlich ;-)

Ich möchte auch noch kurz auf Deine Fragen eingehen.
Der frequenzbestimmende Kondensator beim Oszillator bestimmt nur den groben Bereich. Die genaue Frequenz wird dann mit den Potis eingestellt, daher darf das auch gerne 790pF sein. Nebst dem, dass diese Kondensatoren meist auch eine ziemliche Toleranz aufweisen. Kann also gut auch sein, dass mein eingesetzter 750pF-Kondensator (den ich einfach gerade noch so rumliegen hatte als ich die Schaltung baute), auch nicht genau 750pF aufweist.

Die Gatewiderstände sind etwas kritischer. Man kann hier aber ohnehin keine allgemeingültigen Werte angeben, da diese stark von den verwendeten Mosfets, vom GDT inkl. Kern und vom Treiber abhängig sind. Den optimalen Wert findet man am besten durch probieren mit dem Scope.

Der Widerstand wirkt sich nicht auf den GDT aus, wohl aber auf das Gatesignal. Zu hohe Widerstandswerte bewirken zu langsame Anstiegsflanken, zu kleine Widerstandswerte killen die Z-Dioden und/oder führen zu unschönen Überschwingern und Phasendrehern.

Die Windungszahl der Primärspule hat zwar bei einer SSTC keinen Einfluss auf die Frequenz, aber sie ist absolut entscheidend für die richtige Stromaufnahme der Endstufe! Zu wenige Windungen mit zu kleinem Durchmesser führen zu einer Überlastung der Endstufe, zu viele Windungen mit zu grossem Durchmesser bewirken hingegen zu schwachen Output. Es empfiehlt sich, sich hier gaaaanz langsam an die optimale Windungszahl ranzutasten, indem man kurze Runs macht mit unterschiedlichen Windungszahlen und dann überprüft, wie stark sich die Endstufe bei niedrigen Brückenspannungen erwärmt. Bei hohen Brückenspannungen und Vollgleichrichtung sind natürlich tendenziell mehr Windungen gefragt als bei Halbgleichrichtung und niedriger Brückenspannung. Auch die Topologie spielt eine Rolle. Einer Vollbrücke würde ich eher mehr Primärwindungen zur Seite stellen als einer Halbbrücke. Bei ersten Tests an Netzspannung würde ich lieber zuviele Windungen nehmen und dann langsam reduzieren, also bei etwa 15 bis 20 Windungen starten (je nach Durchmesser).
Komme ich auch ohne Stelltrafo klar? Ich habe Trafos mit den werten: 1x 12VAC, 2x 18VAC, 1x 65VAC da.
Damit würde ich auf: ca. 17VDC, 25VDC, 50VDC, 90VDC kommen. Reicht das zum testen?
Ja und nein. Es kommt immer darauf an, was Du erwartest. Einfache Ergebnisse wirst Du sicherlich auch ohne Stelltrafo erzielen können. Der Stelltrafo ist aber für den SSTC-Bau so komfortabel, dass ich mir einen zulegen würde. Gerade wenn Du beabsichtigst, die Brücke irgendwann an Netzspannung zu betreiben, dann ist ein Variac Gold wert, ja sogar fast unverzichtbar. Du kannst mit Deinen Festwerten beispielweise nicht konstant hochregeln und dabei den Strom der Brücke überwachen. Du kannst nur stufenweise Gas geben, und wenn's zuviel war, dann machts gaaanz schnell BUMM.

Wenn man dann noch bedenkt, wie universell ein Regeltrafo eingesetzt werden kann, dann würde ich sagen, dass sein Stellenwert kaum unter dem des Scopes liegt in unserem Hobby, nicht nur für den TC-Bereich. Gebraucht kann man Stelltrafos auch mit relativ tiefem Budget ersteigern. Für den SSTC-Bau und kleineres braucht man ja auch keinen 20A-Variac, einer mit 5A reicht vollkommen. Sowas kostet nicht die Welt.

Der Netzfilter hält die HF-Rippel der Brücke vom Netz fern, Das ist empfehlenswert, wenn auch bei kleineren SSTCs nicht sooo zwingend notwendig. Ich würde dennoch einen einplanen. Die Dinger kann man aus einer Vielzahl von Geräten ausbauen oder günstig kaufen.

Gruss kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von MrMcChicken »

Danke euch beiden :).
Was für eine Stromaufnahme hat so eine SSTC ca?
Ich würde nämlich einige Feinsicherungen mit einbauen wollen.
Da so oft gesagt wird dass ein Stelltrafo so wichtig ist, werde ich mir wohl oder übel einen zulegen ;).
Unzählige FETs zu killen macht sicher auch keinen Spaß.
Eine Frage noch zum Stelltrafo:
Muss ich die Spannung einstellen wenn kein Strom fließt?
Ich kann mir vorstellen, dass sonst an den Abgriffen unschöne Korrosionsstellen entstehen.

Was ich noch vergessen hab: Lässt sich bei der Schaltung ein Interrupter mit einbringen?
Also in Form eines Transistors der das Signal ab und an schaltet.
Oder ist das ein komplett falscher Ansatz?

MfG MrMcChicken
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kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von kilovolt »

Was für eine Stromaufnahme hat so eine SSTC ca?
Das hängt stark von Deinem Setup und dessen Effizienz und dem Output generell ab. Bei 30 bis 40cm Funkenlänge hatte ich meist so 5 bis 6A Stromaufnahme, bei der SSTC-2 waren es aber nur so um die 2A, wenn ich mich richtig erinnere. Ganz genau kann man das ohnehin nicht messen, da die Stromaufnahme schwankt im hochfrequenten Takt und nicht sinusförmig ist
Ich würde nämlich einige Feinsicherungen mit einbauen wollen.
Ich denke, für's erste bist Du wohl mit 5A Absicherung für die Brücke nicht schlecht bedient. Die Sicherung schützt jedoch die Elektronik in der Regel nicht (weil zu träge), sondern nur die Leiterbahnen der Platine im Kurzschlussfall.
Eine Frage noch zum Stelltrafo:
Muss ich die Spannung einstellen wenn kein Strom fließt?
Nein, der Variac erträgt die Last schon, wenn er für den gewünschten Strom konzipiert wurde. Ein bisschen Abnutzung des Schleifkontakts durch Funkenbildung wird es immer geben, aber das ist normalerweis ekein grosses Thema. Nur wenn man den Variac kurzzeitig überlasten möchte, sollte man den Abgriff nicht verstellen unter Last.
Lässt sich bei der Schaltung ein Interrupter mit einbringen?
Im Prinzip schon, könnte man auch mit einem AND relativ einfach realisieren. Es gibt zig Möglichkeiten, die Schaltung um einen Interrupter zu erweitern. Habe mir dazu jedoch nie konkrete Gedanken gemacht damals. Ich würde aber zuerst zusehen, dass die Spule funktioniert und erst dann erweitern.

Gruss kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von MrMcChicken »

kilovolt hat geschrieben: Ich denke, für's erste bist Du wohl mit 5A Absicherung für die Brücke nicht schlecht bedient. Die Sicherung schützt jedoch die Elektronik in der Regel nicht (weil zu träge), sondern nur die Leiterbahnen der Platine im Kurzschlussfall.
Uff, dann sind die FETs ja wirklich ziemlich schnell hinüber.
Hätte gedacht die halten vielleicht einige ms durch.
kilovolt hat geschrieben: Im Prinzip schon, könnte man auch mit einem AND relativ einfach realisieren. Es gibt zig Möglichkeiten, die Schaltung um einen Interrupter zu erweitern. Habe mir dazu jedoch nie konkrete Gedanken gemacht damals. Ich würde aber zuerst zusehen, dass die Spule funktioniert und erst dann erweitern.
So habe ich mir es eigentlich auch gedacht. Erstmal das Gerät zum Laufen bringen und dann sehe ich weiter.

Also dann nochmal Danke für die Infos :)
Wenn es dann weiter geht/ Probleme gibt werde ich mich melden.

MfG MrMcChicken
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Stefan A
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von Stefan A »

MrMcChicken hat geschrieben: Uff, dann sind die FETs ja wirklich ziemlich schnell hinüber.
Hätte gedacht die halten vielleicht einige ms durch.
Schön wärs, aber im Normalbetrieb bei sagen wir 250kHz sind die sowieso für nur jeweils 2µS eingeschaltet.
MrMcChicken hat geschrieben: So habe ich mir es eigentlich auch gedacht. Erstmal das Gerät zum Laufen bringen und dann sehe ich weiter.
Plan die Spule am Anfang am besten mit Halbgleichrichtung, dann hast du schonmal einen 50 Hz Interrupt ganz einfach integriert.
Zum Thema Gatetreiber noch kurz: Du musst abwägen, ob du KV's bewährtes System mit den icl7667 Treiber-IC's verwendest, oder vllt doch lieber weniger, aber leistungsstärkere Chips verwenden willst.
Deine anderen Fragen sind hier ja ansonsten schon ausreichend beantwortet worden.

Gruß, Stefan
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von MrMcChicken »

@ Stefan A: Ich denke wenn ich bei Kilovolts Aufbau bleiben bin ich gut bedient.
Allerdings würde es mich schon interessieren welche Optionen es denn noch gäbe.

Wie versprochen wollte ich mich bei Fragen nochmal melden ;).
Da ich bald die Teile einkaufen möchte würde ich gerne wissen wie groß ich den Einkauf dimensionieren sollte.
Bekanntlich sterben ja gerne einige Teile beim SSTC Bau.
Sterben hauptsächlich nur die FETs oder kann es auch vorkommen, dass die ILC's draufgehen wenn man am GDT mist baut?
Ich habe nicht unbedingt Lust später doppelt und dreifach Teile nach zu bestellen.

Edit: Damit die FETs nicht beide gleichzeitig leiten soll man ja eine Deadtime einhalten.
Wie lässt sich das realisieren? Bei einem 50/50 Signal kann es ja vorkommen, dass in den Schaltzeiten der Fets durchschüsse passieren.

MfG MrMcChicken
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kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von kilovolt »

Hallo MrMcChicken ;-)

Meine Schaltung ist das einfachste vom einfachsten und berücksichtigt daher die Funktion einer einstellbaren Dead-Control des TL494 nicht. Um diese einzubauen, müsste man die Oszillatorschaltung anders aufbauen, nämlich so, dass man beide Ausgänge des TL494 nimmt (schau dazu unbedingt auch das Datenblatt an).

Und ja, die ICLs können natürlich auch sterben. Am liebsten tun sie das, wenn die Brücke so zerschossen ist, dass auch die Gate-Source-Strecken der FETs Kurzschluss aufweisen. Dann werden die Treiber über den GDT ebenfalls kurzgeschlossen, was sie gar nicht mögen. Mit guter Reaktionszeit kann man evt. die Treiber noch retten, aber nur, wenn man in Sekundenschnelle reagieren kann. Die Treiberbausteine mögen es ausserdem gar nicht, wenn man den Koppelkondensator zwischen Treiberausgang und GDT vergisst ;-) Selbstverständlich gibt es noch eine Vielzahl anderer, offensichtlicher Tötungsmethoden, wie beispielsweise Überspannung, Verpolung und ähnliches.

Wie viele Halbleiter bei Deiner SSTC sterben, hängt allein von Deiner Erfahrung/Deiner Voraussicht oder Deinem Geschick allgemein ab. Wenn man eine erprobte Schaltung wirklich 1:1 nachbaut und genau gleich betreibt, so kann man es schaffen ohne einen einzigen Verlust. Sobald man aber abändert, experimentiert und an die Limits geht, ist es klar, dass man mit Verlust rechnen muss. Unter diesem Aspekt kann Dir natürlich niemand sagen, wie viele Tausend Halbleiter Du gleich beim ersten Mal bestellen sollst. Das liegt einzig in Deinem Ermessen und/oder Budget.

Gruss und viel Erfolg!
kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von MrMcChicken »

Hallo kilovolt,
ich habe mir das Datenblatt des Tl94 mal angesehen. Das der 2 Ausgänge hat ist schonmal sehr schön.
Ich denke man kann also auch relativ einfach eine Deadtime einbauen. Du hast die Schaltung ja so aufgebaut, dass du beide Ausgänge parallel hast. Hat das irgendwelche Gründe?
Würde ich eine Deadtime haben wollen, müssten die ICLs also auch so geschaltet sein, dass jeweils 2 (3) ihr eigenes Signal bekommen richtig?
Ich glaube, dass ich allerdings, wie oben schon erwähnt, die Schaltung erst so aufbaue wie du es gemacht hast.
Dann habe ich hoffentlich das GDT schon optimieren können.
Genause wie den rest auch.
Dann kann ich mir ja immernoch Sorgen um ein schönes Signale machen.
Solange die Spule nicht im CW modus betrieben wird ist es ja auch noch nicht ganz so schlimm.

Was die toten Halbleiter angeht habe ich schon eine ähnliche Antwort erwartet ;).
Da werde ich also noch überlegen müssen wovon es sich lohnt mehrere zu bestellen und wovon nicht.

Edit: Ich habe gerade gelesen, dass das Signal mit einer Deadtime am GDT Probleme machen kann.
Also nicht so gut übertragen wird. Stimmt das und wieso?
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kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von kilovolt »

Du hast die Schaltung ja so aufgebaut, dass du beide Ausgänge parallel hast. Hat das irgendwelche Gründe?
Klar ;-) Nämlich den, dass ich mir vor ca. 10 Jahren, als ich diese simple Schaltung entworfen habe, nicht die leisesten Gedanken an Dinge wie deatime, interrupter, Audiomodulation und ähnliches verschwendet habe. Damals war es nur mein Ziel, schnell und einfach und vorallem mit möglichst einfach zu organisierendem Material, das ich grösstenteils sogar noch rumliegen hatte, eine laufende SSTC hinzukriegen. Vieles wusste ich damals noch nicht oder es war mir schlicht egal. Habe das dort noch nicht so genau genommen, wie es hier im MFK heutzutage Standard geworden ist. Aus diesem grund ist die SSTC-2 auf meienr Seite auch absolut nicht ausgereift. Wenn man eine perfekte SSTC mit viel Output hinkriegen will, dann müsste man andere Schaltungen bauen. Dafür kann diese hier billig und relativ simpel realisiert werden, man braucht keine exotischen Bauteile. Gewisse Leute haben die Schaltung sogar ohne Scope hingekriegt ;-)
Edit: Ich habe gerade gelesen, dass das Signal mit einer Deadtime am GDT Probleme machen kann.
Also nicht so gut übertragen wird. Stimmt das und wieso?
Davon ist mir nichts speziell bekannt, habe mich allerdings auch nie wirklich damit befasst.

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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von MrMcChicken »

Das war auch mein erster Gedanke :D.
Also kann ich auch Ruhig nur einen Ausgang benutzen um mir eine Deadtime freizuhalten.
Ich dachte das hätte vielleicht etwas mit dem Output des Tl494 was zutun.

Dann wars das wieder fürs Erste von mir. Habe einen Regeltrafo relativ günstig ersteigern können.
Die anderen Teile werden Ende der Woche bestellt und dann gehts los :).

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alpin
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von alpin »

Den einzigen "kleinen" Nachteil, den ich gerade spontan sehe, ist dass bei einer gewissen Deadtime über _einen_ GDT die Fets temporär nicht mit negativer Spannung "aktiv" entladen werden.

Code: Alles auswählen

        ______        ______
       |      |      |
       |      |      |
0V -----      |      |               
              |      |
              |______|

Normales Rechteck, symmetrisch zu 0V: Beim Ausschalten sieht das Gate eine "aktive negative Spannung", es wird also ruckzuck entladen

Code: Alles auswählen

         ______               ______
        |      |             |
        |      |             |
0V -----        --        --        
                  |      |
                  |______|

Rechteck mit Deadtime, symmetrisch zu 0V: Beim Ausschalten sieht das Gate zunächst KEINE negative Spannung, das Entladen kann also etwas länger dauern
Somit könnte das Einbauen einer Deadtime das Ausschalten zusätzlich verlangsamen, was nicht unbedingt im Sinne des Erfinders sein kann. Langsameres Ausschalten bedeutet auch höhere Verluste im Schaltmoment.

Du musst nur darauf achten, dass ein Signal keinen DC-Anteil hat, dann kann man es auch relativ problemlos über einen GDT übertragen. Manche ICs geben eben zwei verschiedene Rechtecksignale (z.B. 0-5V) an zwei Ausgängen mit jeweils 180° Phasenversatz und einstellbarer Deadtime raus, die kann man natürlich nicht "einfach" auf einen GDT geben. Da müssen passende Treiberstufen (übliche push-pull-Stufen) vor, um das Signal übertragbar zu machen.

Gruß
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kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von kilovolt »

Rechteck mit Deadtime, symmetrisch zu 0V: Beim Ausschalten sieht das Gate zunächst KEINE negative Spannung, das Entladen kann also etwas länger dauern
Stimmt, alpins Einwand ist plausibel, so habe ich mir das nie überlegt. Fragt sich dann wohl, welches Übel das schlimmere ist, der Nachteil der allenfalls weniger schnellen Gateentladung oder die Problematik der Verlustleistung aufgrund kurzer Durchschüsse beim Schalten. Ich habe bisher ganz gut gelebt ohne deadtime, selbst bei den grösseren SSTCs. Dennoch könnte evt. die Verlustleistung in den FETs besser kontrolliert werden mit deadtime. Man müsste es wirklich mal ausprobieren. Leider fehlt mir die Zeit für solche Versuche, und selbst wenn ich mehr Zeit zur Verfügung hätte, so würde ich wohl andere Experimente anstellen ;-)

Gruss kilovolt
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Re: Planung meiner ersten SSTC und einige Fragen

Beitrag von Stefan A »

Eine Deadtime bei SSTC's geht nur dann, wenn man mindestens zwei getrennte GDT's verwendet. Dann allerdings geht es ohne Probleme. Jeder GDT treibt dann in einer Vollbrücke eben nur 2 FET's und zwar jeweils den Highside-FET aus dem einen "Halbbrückenteil" und den Lowside-FET aus dem anderen. Die beiden GDT's werden dann mit zwei getrennten Signalen angesteuert:

Code: Alles auswählen

         ___          ___
        |   |        |   |
________|   |________|   |       -> Signal zu GDT 1
   __          ___              
 |   |        |   |        
 |   |________|   |_____          -> Signal zu GDT 2
Dazu muss man halt die gesamte Elektronik zwischen Oszillator und GDT doppelt aufbauen.

Gruß, Stefan
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