Hallo zusammen,
gleich vorweg: Bilder von Entladungen gibt es noch keine, aber sie läuft, getestet bisher nur mit 30V Busspannung vom Labornetzteil.
So, seit meinem letzten Post hier hat sich einiges getan und ich wollte hier mal etwas Dokumentation des Baus und den aktuellen (noch nicht fertigen) Stand teilen.
Zufällig hatte mein Betrieb eine große alte defekte Endstufe, die ich ausschlachten konnte. Hauptsächlich war ich an dem enormen Aluminiumkühlkörper interessiert. Hier ein Bild des Endstufeninneren:
Kühlkörper und Drosselspulen für umsonst
Also habe ich aufgrund der Abmessungen des Kühlkörpers und die der drei Buscaps (à 10.000µF 350V) eine Bodenplatte zugeschnitten und einfach drauf losgebaut.
Die hier zu sehenden Drosselspulen sollten das Feedback und den OCD ergeben. Diese habe ich aber in späterem Verlauf getauscht, weil der UD2.7 mit dem Feedback Anlaufprobleme hatte. Zum Einsatz kamen dann N30 Ferritringe, die ich auch in meinen GDTs verbaut habe.
Die Vollbrücke besteht aus vier IXXN110N65B4H1 (
https://m.littelfuse.com/~/media/electr ... et.pdf.pdf), wie auch @Phoenix sie in seiner QCW verbaut hat. Die IGBTs wurden auf den gegenüberliegenden Seiten, zwei links, zwei rechts, angebracht. Hier die vorherige Überlegung:
und hier die Umsetzung mit Kupferschiene aus der Bucht (Querschnitt 10mm x 3mm).
Ich dachte mir, dass 30mm² für meine Zwecke durchaus ausreichen sollen, zumal die Prim mit ihren 10mm² eh etwas unterdimensioniert ist.
Die Snubberkondensatoren haben je 3,3µF
Der zu sehende Lastwiderstand ist der Entladewiderstand der Primärseite. Ich habe hier zwei 10kΩ in Reihe wegen der Spannungsfestigkeit.
Die erste Idee, einen großen GDT zu bauen, habe ich verworfen und habe mich für zwei kleine GDTs entschieden, die ich direkt auf die IGBTs schrauben kann.
Vom Frequenzgenerator eine "Rechteck"-Spannung von 280kHz zum testen angelegt und den Ausgang gemessen: läuft!
Das ganze dann an den IGBTs montiert und aufgeräumt war die Sache.
Dann kam noch ein Entladewiderstand an die Snubber, wobei dieser bei angeschlossenem Buck-Converter überflüssig ist. Der klassische Schutzkondensator zur Erde darf natürlich auch nicht fehlen.
Den MMC habe ich aus 15nF FKP1 Kondensatoren gebaut. Pro Strang 8 Stück in Reihe macht 16kV Spannungsfestigkeit. Berechnete Annahme: Bei 8 Stränge, 15nF, 300kHz und 200Apeak komme ich auf 7kVpeak. Also ist es ausreichend überdimensioniert. Wie er mit 25Apeak pro Strang klar kommt werde ich sehen.
Hier oben links am Kühlkörper sieht man zwei SOT-227-4 Gehäuse. Die Diode und das IGBTs des Buckconverters. Ich habe mich für eine gehäuslich sehr kleine IGBT-Variante entschieden. Mal schauen wie er die Hitze wegdrücken kann. Es ist ein IXGN400N60A3 (
https://www.littelfuse.com/~/media/elec ... et.pdf.pdf)
Er verträgt 400A, aber ich denke, die Anschlüsse machen das nicht lange mit, egal, ich will ja nur 200 drüberjagen. Jetzt bin ich gespannt ob er mit den 20kHz auf Volllast klar kommt, denn eigentlich ist er nur für bis zu 5kHz ausgelegt. Ich werde ihn ausreizen und werde notfalls IGBT-Killer
Als Ersatz habe ich einen schnelleren Chip aus der Reihe bereit. Und zwar den IXGN200N60B3 (
https://www.littelfuse.com/~/media/elec ... et.pdf.pdf)
Hier ist noch eine Liste des Herstellers IXYS mit den diversen IBGTs der GenX3-Baureihe
https://www.ixyspower.com/images/litera ... nX3_TM.pdf
Die Diode ist eine 200A-Variante namens STTH200F04TV1
Erstmal genug zum Buck, später mehr. Die Sekundärspule habe ich auf einem in der Höhe verstellbaren Brett angebracht um die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule ändern zu können.
Der UD2.7 kam hier zum Einsatz und hat einen zusätzlichen 2200µF Kondensator auf der 24V-Schiene bekommen. Ab ins Gehäuse und los kann der DRSSTC-Betrieb gehen!
... dachte ich.
Zum Testen der Vollbrücke hing ich einen Frequenzgenerator an den Feedbackeingang. Und was ich an der Brücke gemessen hatte, verzweifelte mich. Eine Seite der Vollbrücke schien defekt zu sein. Jetzt schon? Och nöö... Und tatsächlich kamen am Gate der IGBTs Spannungsspitzen von knapp über 30 V an. Da haben sie schon die weiße Fahne geschwenkt. Super, noch nicht einmal richtig losgelegt und schon zwei IGBTs gekillert
Also nochmal auseinanderbauen, zwei neue IGBTs rein (zum Glück Ersatz direkt mitbestellt) und alle vier Gates mit ZVS-Dioden versehen (1.5KE27CA). läuft
So, jetzt kann es richtig losgehn. Feedback und OCD Spulen angeschlossen und ab dafür. Tja, wieder gedacht; lief bei 30V Busspannung nicht an. Auch mal die Polarität des Feedbacks vertauscht, immernoch nichts. Das Verhältnis war zu hoch gewählt (1:300). Da kam wohl nicht genügend an. Aber ich wusste auch nicht ob das Material der Kerne geeignet war, denn diese waren die Drosselspulen aus dem alten Verstärker den ich ausgeschlachtet habe. Also hab ich das alte Feedbackgeraffel rausgeschmissen und baute aus N30 Ferritringen etwas neues. Diesmal mit Feedbackverhältnis 1:150 und OCDverhältnis 1:195.
Der lose hängende Ferritring mit den feinen Windungen (1:100) habe ich temporär daran, um mit dem Oszi (über einen 10Ω Widerstand) den Primärstrom mit dem Verhältnis 1:10 potentialfrei zu messen. Dem könnte ich aber eigentlich auch einen festen Platz geben.
So, aber jetzt. Die Spule läuft an und der DRSSTC-Betrieb funktioniert und direkt noch das Phaselead eingestellt. Allerdings habe ich nur mit meinem Labornetzteil mit einer Busspannung von 30V gespeist. Immerhin ergab das einen Streamer von 2,5cm
. Ich habe in meiner Wohnung leider nur den Schutzleiter der Steckdose als Erdung. Für solche Testzwecke bei niedriger Leistung finde ich es noch ok. Gut, Spule läuft, weiter gehts mit dem Buckconverter.
Bei dem Buckconverter habe ich mich für eine einfache Open-Loop-Variante entschieden. Der Aufbau einer QCW ist komplex genug und für den Anfang sollte es durchaus genügen. Klar werde ich in zukünftigen Projekten auch einen Buck mit Feedback realisieren, aber ich will erst einmal schauen wie gut die Open-Loop-Variante denn wirklich funktioniert.
Als IGBT-Treiber habe ich den IXDD630MCI (
https://www.ixysic.com/home/pdfs.nsf/0/ ... XD_630.pdf). Dieser hat auch ein Enable-Pin, welchen ich nutzen will. Der Buck soll erst die Freigabe bekommen, wenn die Buscaps geladen sind und soll auch abschalten können, wenn eine Übertemperatur vorliegt. Eine Abschaltung verbunden mit dem OCD des UD2.7 habe ich in diesem Projekt nicht vorgesehen. Hier mal der Schaltplan, wie ich es umgesetzt habe (funktioniert):
Enable/Disable-Funktion: Der Treiber wird ausgeschaltet wenn an dem Optogekoppelten Enable-Eingang eine logische 1 anliegt. Für zukünftige Varianten ist der invertierte Fall besser, dass im Falle eines Ausfalls der Überwachungseinheiten der Ausgang abgeschaltet wird.
Also der Enablepin des IXDD630 hat intern schon mal eine 100kΩ-Verbindung zu VCC (hier 24V). Wenn man ihn also nicht anschließt, ist er dauerhaft enabled. Zieht man den Pin nun auf Masse, wird der Ausgang disabled. Ist der Zustand des Mosfets logisch 0, wird der Drain also nicht gegen Masse gezogen, so bleibt der Enablepin bei seinen 24V. Schaltet nun der Mosfet durch, liegt am Enable-Pin 2,4V an, was ihn zum Abschalten des Ausgangs bringt. Während ich das hier schreibe, fällt mir auf, dass der Spannungsteiler hier womöglich komplett unnötig ist, einfach den Enablepin auf Drain des Mosfets sollte ja auch passen, da der Pin ja wie gesagt intern mit 100kΩ auf 24V liegt. Oder sehe ich das grad falsch? Ich weiß nicht was mich dazu geritten hat das wie oben zu sehen zu lösen, aber hey, es funktioniert trotzdem
.
Achja, dem EnablePin reicht keine logische 5V eins. Auch bei 9V schaltet er nicht durch. [EN Input Voltage, High = 2/3VCC][EN Input Voltage, Low = 1/3VCC]. Deswegen hier der Mosfet.
Ansonsten habe ich noch festgestellt, dass zusätzliche 10nF als "Gate-"/Ausgangkapazität die Spannungsspitze deutlich zurück nimmt. Am IGBT selbst befindet sich noch eine ZVS-Diode (1.5KE27CA). Die ist hier im Schaltplan nicht versehen.
Erstaunlicherweise hat die Schaltung im Betrieb am Breadboard nur um die 20mA gezogen. So nun das Geknödel vom Breadboard auf ein Streifenraster und rein damit in die QCW.
Joa ist nicht viel dran an dem Hexenwerk.
Hier ist mir nochmal wichtig zu erwähnen, dass der Buckcontroller ja durch den direkten Anschluss an das BuckIGBT ein hohes Potential aufweist, sodass man die Schaltung mit einem galvanisch trennenden Trafo speisen muss.
Hier nochmal das BuckIGBT-Modul mit ZVS-Diode direkt am Gate
Die Drossel besteht aus zwei in Reihe geschalteten Drosseln à 55µH (gesamt also 110µH). Pro Drossel sind zwei T300-2 Kerne verbaut. Gewickelt mit 6mm².
Die Kondensatoren à 20µF sind von ihrer Position nicht ganz optimal. Einer davon snubbert das IGBT, leider aber mit etwas Leitung dazwischen und der andere ist der Kondensator hinter der Spule im Buck. Der Weg bis zur Vollbrücke ist leider etwas lange geraten. Ich hoffe dadurch nicht all zu viel Probleme zu bekommen.
Zur Ansteuerung des Bucks verwende ich den Arduino Due. (Alles ähnlich wie bei Phoenix's Projekt, ein dickes Danke geht hier nochmal raus an dich!). Hier der .ino Code von Finn Hammer:
Da der Due eine Standard-PWM-Frequenz von 1kHz hat, muss diese noch erhöht werden (ich bin erstmal auf 20kHz rauf, kann man sich je nach dem was man vor hat selber definieren) und zwar so:
Die Frequenz kann man in der variant.h Datei ändern. Speicherort ist bei jedem anders, fündig wird man meist bei C:\Users\Ribbel\AppData\... Findet ihr schon. In dieser Datei findet ihr mit dem Editor dann die Zeile "#define PWM_FREQUENCY 1000" und den Wert muss man entsprechend anpassen.
Dann habe ich provisorisch 5 Potis ran und dazu ein kleines Platinchen, es Schmidttriggert die PWM für den Buck, den Enable für den UD2.7, treibt die Fiberoptik an (IF-E91A) und hat einen RC-Tiefpass, damit man sich die Rampe mit dem Oszi anschauen kann.
Den Buck habe ich erst mit einem 1,3Ω Lastwiderstand (bei 30V Bus) getestet. und die Rampe kam linear an. Jetzt habe ich die Vollbrücke angeschlossen und es läuft! Allerdings bin ich wie gesagt nur bei 30V Busspannung bisher. Aber bis hierhin funktioniert die QCW schon mal wie sie soll. ENDLICH!
Zur Zeit bin ich dabei eine Schaltung für die dicken Bus-Elkos zu entwerfen. Diese werden dann per Lastwiderstand geladen, nach Vollladen wird dieser überbrückt und nach Benutzung werden die Elkos auch wieder entladen. Dazu ein paar LED als Anzeige für die Zustände: SAFE, CHARGING, READY und DISCHARGING. Hier die Lastwiderstände, drei mal 100Ω [100W] in Reihe:
Diese Schaltung bringt nicht nur eine gewisse Sicherheit mit sich, sondern man kann das Laden und Entladen der Kondensatoren versteuern und vorallem macht sie einen Stelltrafo überflüssig. Das bedeutet, dass mein Rücken sich freut, wenn er den 35kg schweren Trafo nicht ständig mitschleppen muss. Die Schaltung ist zum Teil schon auf dem Breadboard. Wenn diese zuverlässig läuft gibt's hier den Schaltplan dazu.
Zuletzt noch ein Bild des aktuellen Gesamtzustandes der QCW.
Freundliche Grüße
Ribbel
Mehr als einen Meter Entladungen habe ich mit der alten Brücke leider nie hingekriegt (Sek. war auf 14cm bewickelt), aber ich denke, das könnte sich vielleicht mit ein bisschen gut zureden noch ändern 
