Leistungstreiber für Ferrittrafo

Für HV-Trafos, Kaskaden, Coilguns, Induktionsheizer und Ähnliches.

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Phoenix6478
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Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Hallo,

Ich möchte gerne einen selbstgewickelten HV-Trafo mit Ferritkern ansteuern. Aus diesem Grund habe ich eine relativ einfache Schaltung erstellt, welche im Anhang ist. Sie basiert auf dem 1.3b Driver von Steve Ward, da ich mit diesem Driver schon gute Erfahrungen bei meiner DRSSTC gemacht habe. Den OCD und den Interrupterteil habe ich weggelassen, da diese Teile nicht benötigt werden. Als Frequenzquelle dient ein kleiner, akkubetriebener Funktionsgenerator, welcher ein Rechtecksignal mit einer beliebigen Frequenz und mit einem 50% Duty-Cycle zur Schaltung liefert.

Das Signal kommt in die BNC-Buchse links und wird von den Dioden auf ein für den Schmitt-Trigger verträgliches Level begrenzt. Der 7414 Schmitt-Trigger liefert dann ein Signal und ein invertiertes Signal zum Mosfettreiber. Dieser steuert dann abwechselnd P- und N-Channel Mosfets an, damit +18V und -18V für den GDT entstehen. Der GDT steuert dann eine Halbbrücke aus einem SKM200GB128D Brick bestehend an. Zur Glättung befinden sich 2 6800µF Elkos in der Halbbrücke. Als Spannungsquelle dient ein Vollbrückengleichrichter, welcher mit einem 5kW Variac gespeist wird. Zur Verbindung zwischen Brick und Elkos würde ich gerne Erdungsbänder verwenden. Ist es notwendig, in Serie zur Primärspule einen Kondensator zu schalten, damit die Ströme nicht zu hoch werden? Der Kondensator muss natürlich so gewählt werden, dass es zu keiner Resonanz kommt.

Meine Frage bezieht sich nun auf die Schutzbeschaltung: Da es sich bei dieser Anwendung um Hard-Switching handelt, kann logischerweise kein ZCS verfehlt werden, da es keinen Schwingkreis gibt wie bei einer DRSSTC. Also kann es auch zu keinen Spannungsspitzen kommen, wenn kein Nulldurchgang verfehlt werden kann, oder?

Mit freundlichen Grüßen
Phoenix
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kilovolt
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von kilovolt »

Hallo Phoenix
Meine Frage bezieht sich nun auf die Schutzbeschaltung: Da es sich bei dieser Anwendung um Hard-Switching handelt, kann logischerweise kein ZCS verfehlt werden, da es keinen Schwingkreis gibt wie bei einer DRSSTC. Also kann es auch zu keinen Spannungsspitzen kommen, wenn kein Nulldurchgang verfehlt werden kann, oder?
Bei Hardswitching entstehen immer induktive Spannungsspitzen. Bei jedem Abschaltvorgang einer Induktivität entsteht eine Selbstinduktionsspannung, die der Betriebsspannung entgegengesetzt ist. Bei Hardswitching musst Du die Halbleiter also unbedingt so gut wie möglich schützen.

Beste Grüsse
kilovolt
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Hallo kilovolt

Danke für Deine Antwort. Ich habe noch 1.5ke 440V TVS-Dioden übrig und werde diese auch verwenden. Snubber Kondensatoren hätte ich auch noch übrig, falls beim Messen mit dem Oszi hohe Spitzen sichtbar werden.

Grundsätzlich müssten eigentlich die antiparallelen Bodydioden der IGBT's als Freilaufdioden die Selbstinduktion ableiten, aber es ist immer noch besser die Spannungsspitzen vor dem Brick abzufangen. Die TVS-Dioden sind auch viel schneller als die Bodydioden und sollen laut Datenblatt in 1ps reagieren, obwohl ich mir eine solche schnelle response time nicht vorstellen kann.

Mit freundlichen Grüßen
Phoenix
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kilovolt
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von kilovolt »

Guten Morgen Phoenix

ich kann bestätigen, dass die TVS-Dioden superschnell sind, schneller als jede mosfet-Bodydiode und meist auch schneller als schnelle Freilaufdioden wie beispielsweise die MUR460, MUR860 oder MUR1560. Es macht keinen Sinn, die internen Bodydioden der FETs damit zu belasten.

Beste Grüsse
kilovolt
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Kleines Update: Der Treiber für den GDT ist fertig und er läuft einwandfrei :)
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Heute fand ein erster Test mit einem normalen AC-Zeilentrafo statt und einer vorerst provisorischen Brücke. Das Ergebnis kann sich für einen solch kleinen Trafo trotzdem sehen lassen.
Hier ein kurzes Video dazu:


Es ist erstaunlich, dass der Zeilentrafo diese Leistung ertragen kann. Das Einzige, was bis jetzt hochgegangen ist, war eine Lötstelle an einem Buselko :hihi: Die Eingangsleistung lag bei ca. 2-2.2kW. Vorerst lag die Eingangsspannung nur bei 85V AC vom Stelltrafo, da die großen Elkos für höhere Eingangsspannungen erst ankommen. Der 25x9cm Ferritkern müsste auch bald ankommen. Ein 470A Brick ist auch unterwegs.

Im Anhang sind noch Bilder von der vorerst provisorischen Brücke.

Mit freundlichen Grüßen
Phoenix
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

So sieht der fertige Inverter aus:
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Hier ist ein Bild vom Trafo. Ich hatte heute bereits einen Testrun mit 2,5kW und die Lichtbogen waren in etwa 35cm lang und so hell wie bei einem MOT :mosh:

Ich muss aber noch die Isolierung zwischen Kern und Wicklungskörper verbessern, da ich etwas zischen bemerkt habe. Ich hoffe nur, dass mir der Umgang mit Öl erspart bleibt...

Grüße
Phoenix
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Heute bin ich endlich dazu gekommen, das Ganze zu filmen. Die Lichtbögen sind echt extrem, da kann kein MOT mehr mithalten :mosh:

Hier ist das Video dazu:


Die Eingangsleistung betrug 6,5kW. Der Trafo lief auf 20kHz und er hat Primärseitig 5 Windungen und Sekundärseitig 530 Windungen.
Der Brick wurde gut warm, aber die Wicklungen und der Kern blieben kalt. Der Elektrodenabstand des Jakobsleiters betrug 40cm, der Lichtbogen selber ist aber viel länger (schätze so 70cm). Leider funktionierte der Jakobsleiter nicht ganz so gut, aber ich werde mit besser geeignete Elektroden besorgen. Ich wette, durch diesen großen Ferritkern könnte man auch 20kW jagen :hihi:

Es hat mir übrigens auch eine TVS-Diode zerlegt, da diese mit 440V bei 380V Eingangsspannung wohl etwas knapp bemessen war, wenn man die Transienten hinzurechnet. Dem Brick geht es gut, der Diode weniger. Der Knall war ohrenbetäubend, da sich die gesamte Buskapazität (gute 400J) durch die Diode entladen hat. Ich werde wohl 2 Dioden in Serie schalten, dann dürfte dieses Problem nicht mehr auftreten.

Grüße
Phoenix
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Mastermuffel
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Mastermuffel »

380 V DC?

Du könntest auch eine PFC Schaltung vorschalten die boostet die 230Veff auf 400VDC. Man brauch halt zusätzlich ne dicke drossel.
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

Mastermuffel hat geschrieben:380 V DC?

Du könntest auch eine PFC Schaltung vorschalten die boostet die 230Veff auf 400VDC. Man brauch halt zusätzlich ne dicke drossel.
Danke für die Antwort

Die 380V DC bekomme ich aus dem Variac mit 270V AC Ausgangsspannung + Vollbrückengleichrichter + Glättung mit Elkos. 270×wurzel aus 2 (1.414)= 381V.

Eine PFC Einheit hätte ich mir auch schon für meine DRSSTC gedacht. Eventuell baue ich so etwas einmal.

Grüße
Phoenix
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Mastermuffel
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Mastermuffel »

Ich dachte schon 380V AC da wärste ja schon deutlich über.
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kilovolt
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von kilovolt »

Hallo Phoenix

das sind echt herrliche Lichtbögen :headbang: Ich liebe solche Sachen. Habe ja selber auch einige Experimente mit nem Röntgentrafo hinter mir und vermutlich bekomme ich noch einen weiteren solchen Trafo. Muss ubedingt auch wieder Versuche in dieser Richtung anstellen. Bricks und dicke Ferrittrafos sind die beste Kombination fü dicke Bögen, würde ich mal meinen ;-) Danke für's Zeigen! Hast mich motiviert, auch wieder mals was HV-mässiges anzufangen.

Gruss kilovolt
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Norbi
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Norbi »

Der 0,1µF Snubber ist ja echt süß ;)

Besser als garnichts, aber bei mehreren kW wäre da nicht eher sowas angebracht?

https://www.ebay.de/itm/Impulsfeste-WIM ... 1760028142
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Re: Leistungstreiber für Ferrittrafo

Beitrag von Phoenix6478 »

@kilovolt

Danke für die nette Antwort :)

Es freut mich, dass ich Dich motiviert habe, wieder mehr Sachen mit HV zu machen.

@Norbi
Dieser kleine Snubber hat extremes Ringen verursacht, obwohl er nur so klein und süß aussieht ;) Irgendwie muss sich ein Schwingkreis zwischen Primärwicklung und Snubber gebildet haben. Ich habe heute die Brücke mit massiven Busbar neu aufgebaut, damit die Streuinduktivität geringer ausfällt als wie bei langen Erdungsbändern. Auf TVS und Snubber kann ich nun verzichten, da bei gerade 190V pro IGBT und niederinduktiven Busbar keine all zu großen Transienten entstehen werden. Die TVS Dioden bringen sich bei diesem Projekt sowieso nichts, da sie einfach explodieren. Die von Dir verlinkten Snubber habe ich übrigens in meiner DRSSTC verwendet.

Grüße
Phoenix
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