mini DRSSTC

Der richtige Platz für SGTCs, (DR)SSTCs, VTTCs und Konsorten.

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Wladimir
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mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Hallo,

ich habe vor paar Wochen angefangen mir eine DRSSTC zu bauen, nach folgenden Schaltplänen:
http://www.extremeelectronics.co.uk/old ... rsstc2.jpg
https://markobakula.files.wordpress.com ... bridge.png
mit 3,3Ohm statt 3,9, 600V Überspannungsdioden statt 400V, 18V Zener, 470nF statt 1µF und IXFB50N80Q2 Mosfets:
IMAG3064.jpg
IMAG3081.jpg
Der GDT ist noch ein Graus, hab noch kein Material für ein gescheiten und meine zu klein Dimmensionierten Gatewiderstände sind beim Testen bereits abgefackelt. Zumindest ist der ganze Aufbau mit einer provisorischen Primäspule angeschwungen mit paar mm Output bei 19V :mrgreen:

Dafür ist die Treiberseite schöner:
IMAG3065.jpg
Noch ist der Interrupter genau daneben angelötet, das will ich aber bald ändern und auf Glasfaser umsteigen, am besten mit einem Audiomod Interrupter.

Meine Spule ist auch schon halb fertig:
IMAG3079.jpg
Das ist die Sekundärspule von meiner ehemaligen VTTC:
35cm, 0.35mm, 75mm Durchmesser, 8cm Aluflex Topload mit 32cm Ausendurchmesser, etwa 295Khz laut Raake.
Oben kommt noch eine Stahlspitze hin, deswegen ist die Nylongewindestange auch noch nicht abgeschnitten.

Das letzte was mir noch fehlt ist eine Primärspule und da wollte ich mir erstmal eine zweite Meinung einholen.
Bildschirmfoto 2018-12-14 um 11.30.46.JPG
Bildschirmfoto 2018-12-14 um 11.30.46.JPG (76.3 KiB) 5723 mal betrachtet
Bildschirmfoto 2018-12-14 um 11.28.57.JPG
Bildschirmfoto 2018-12-14 um 11.28.57.JPG (107.16 KiB) 5723 mal betrachtet
Bin mir nicht sicher ob ich 4mm oder 6mm Kupferrohr nehmen soll, vom Preis tut sich da nicht viel. Würde auf jedenfall eher 5 oder 6 Windungen machen und dann eben durch abgreifen versuchen die richtige Frequenz zu finden. :gruebel:

Grüße,
Wladimir
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Phoenix6478
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Phoenix6478 »

Ich bin schon sehr gespannt auf das Ergebnis, das Projekt gefällt mir sehr gut :)

Ich würde Dir aber empfehlen, dass du statt den Mosfets IGBTs verwendest. Das Problem bei Mosfets ist, dass die Verlustleistung mit dem Strom zum Quadrat ansteigt (P=R*I^2). Da bei einer DRSSTC ein extrem hoher Pulsstrom im Primärkreis hin und herschwingt, sind IGBTs für diese Anwendung viel besser geeignet. Der Spannungsabfall über der CE-Strecke eines IGBTs ist nämlich fast linear, wodurch auch die Verluste nur linear steigen (P=Vce*I).

Hier ein kleines Beispiel für die Verluste, die im eingeschaltenen Zustand entstehen. Die Schaltverluste sind dabei noch nicht inkludiert. Ein Primärstrom von 400A und ein Duty Cycle von 5% wurde für die Berechnung verwendet. 400A ist ein typischer Primärstrom für eine DRSSTC dieser Größe. Der Duty Cycle wird für die Berechnungen übrigens halbiert, da der Primärstrom sich auf und abschwingt und nicht immer 400A beträgt.


Deine Mosfets: 400^2*0,16*0,025=640W
60N60 IGBTs: 400*8*0,025=80W

Die Verluste werden in der Praxis aber noch ein wenig geringer werden, da man bei einer DRSSTC die Gates mit 24V ansteuert und nicht mit den 10-15V, wie es in den Datenblättern agegeben ist. Aber man sieht trotzdem gut, wieso man in einer DRSSTC IGBTs verwendet.

Die 300kHz wären auch für IGBTs nicht zu schnell, da bei der DRSSTC ja mit resonant switching gearbeitet wird. Und die kleinen TO247 IGBTs sind sowieso sehr schnell, selbst beim Hardswitching.

Diese Seite hat mir bei meiner DRSSTC sehr gut geholfen, um die maximale Schaltfrequenz und die Verluste zu berechnen:

http://kaizerpowerelectronics.dk/tesla- ... ide/igbts/

Ich würde beim Kupferrohr das 6mm nehmen. Es ist stabiler und es ist mehr thermische Masse da. Der Unterschied im elektrischen Widerstand ist nur gering, da durch den Skin-Effekt der Strom sowieso nur noch auf der Oberfläche fließt. Aber trotzdem ist mehr Kupfer zum Abführen der Wärme da. Ich habe bei meiner größeren DRSSTC den Fehler gemacht, anstatt einem 10mm Rohr ein 8mm Rohr zu nehmen. Bei 1100A Primärstrom und einem Duty Cycle von 8% wird das Rohr schnell warm. Daher benötige ich jetzt eine Wasserkühlung.

Grüße
Phoenix

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Wladimir
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Danke für die Antwort, hätte nicht erwartet das Mosfets so ein Problem darstellen. Hab erstmal die verwendet weil ich 50 Stück liegen habe, zur Not hätte ich auch noch paar IGBTs. Aber ist bei einer so kleinen Spule wirklich schon 400A im Primärschwingkreis? Das wäre wirklich ein Problem da die Mosfets nur für 50A (200A) gemacht sind: http://ixapps.ixys.com/datasheet/ds9900 ... n80q2).pdf
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Phoenix6478
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Phoenix6478 »

Man muss das Ganze einfach probieren und zum Versuch möglicherweise ein paar Mosfets opfern. Ganz sicher kann man sich erst sein, wenn man die Sache probiert hat. Aber ich persönlich halte die Wahrscheinlichkeit für gering, dass die Mosfets lange halten werden. Auch ich habe bei meiner DRSSTC mehr oder weniger unfreiwillig einen Brick geopfert aufgrund eines fehlerhaften CTs. Daher sind 1300A im Primärkreis geflossen aber das Oszi hat mir nur 500A angezeigt. Danach wusste ich aber, dass Wima FKP 1 Kondensatoren sehr robust sind (das MMC war damals nur für 550A ausgelegt) und das die SKM200 Bricks für 15 Sekunden gute 1300A aushalten :D.

Die 400A kommen schon gut hin. Mads Barnkob hat bei seiner kleinen DRSSTC 2 mit 50mm Sekundärspulendurchmesser die OCD auf 300A gestellt, also würde ich deiner DRSSTC 350-400A schon zutrauen.

Grüße
Phoenix

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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Ich hab ja paar Mosfets zum Opfern, mal gucken was passiert.
Andere frage: wie weit sollte die Spitze eigentlich heraus stehen? Meine guckt jetzt 7cm oben über dem Topload heraus. :gruebel:
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kilovolt
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von kilovolt »

Wie hoch der Strom im Schwingkreis wird, hängt massgeblich davon ab, wie lange die Ontime des Interrupters dauert. Allerdings wird man bei sehr tiefen Ontimes auch keinen vernünftigen Output bekommen. Ich würde nur noch mit Bricks arbeiten. Mit den kleinen TO247-Halbleitern kann man sich grenzenlos rumärgern.

Gruss kilovolt
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Habe jetzt die Primärspule und Strikerailaus 6mm Kupferrohr fertig:
IMAG3087.jpg
Hab dann nochmal den Aufbau provisorisch mit Krokokabeln und weiteren Schandtaten getestet. Davor habe ich die 3,9Ohm 0.25W Gatewiderstände gegen 10Ohm 2W getauscht. Selbst nach kurzen Laufzeiten wird der Widerstand des Mosfets der mit Drain am + Pol hängt heiß?! Der GDT hat wieder Geräusche gemacht, ich muss also endlich mal Litze für ein neuen besorgen. :evil:
Bei der Autopsie des GDT ist mir nix merkwürdiges aufgefallen, obwohl sich das Ding wie ein intern durchgeschlagener Zeilentrafo angehört hat. :haufen:

Frohe Weihnachten,

Wladimir

PS: kann mir jemand IGBT Bricks untern Baum legen? :hehe:
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VEKTOR
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von VEKTOR »

Moin,
Der GDT hat wieder Geräusche gemacht, ich muss also endlich mal Litze für ein neuen besorgen.
Bei der Autopsie des GDT ist mir nix merkwürdiges aufgefallen, obwohl sich das Ding wie ein intern durchgeschlagener Zeilentrafo angehört hat.
Wer es möglich dass das was du da hörst nur der Interrupter ist?
Grundsätzlich hört man den und wenn die Frequenz hoch genug ist hört sich das ähnlich an wie ein DST.
In dem Video hier wird sowas extra gemacht:

https://www.youtube.com/watch?v=cz3DEP2LC_w#t=3m42

mfg VEKTOR
ALLES was ich sage kann auch FALSCH sein, M'Kay ?
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Phoenix6478
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Phoenix6478 »

Es ist normal, dass man den Takt des Interrupters hört, wenn die DRSSTC noch nicht angelaufen ist. Durch die geringe Frequenz sättigt der Kern sofort.

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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Phoenix6478 hat geschrieben:Es ist normal, dass man den Takt des Interrupters hört, wenn die DRSSTC noch nicht angelaufen ist. Durch die geringe Frequenz sättigt der Kern sofort.
Achso dann bin ich beruhigt. Hab jetzt ein 15:15:15 verhältnis auf einem 32mm Kern getestet, das funktioniert praktisch garnicht, nur die Gatewiderstände werden jetzt beide heiß.

Wie kommt man auf die richtige Dimmensionierung der Gatewiderstände und des GDTs?
IMAG3089.jpg
Gerade als ich das Foto gemacht habe ist mir aufgefallen dass das möglicherweise Drahtwiderstände sind, was mit der damit verbundenen Induktivität natürlich besonders bescheurt war. :facepalm:
Das passiert halt wenn man mit dem arbeitet was man da hat.
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Phoenix6478
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Phoenix6478 »

Womöglich besteht dein GDT aus einem falschen Kernmaterial, das nicht dafür geeignet ist. Ich habe bei meinem GDT für die DRSSTC N30 Material verwendet, das hat geklappt.

Die Windungszahl und die Gatewiderstände musst Du durch probieren herausfinden. Nimm die Kombination, die Dir die steilsten Flanken gibt. 15 Windungen ist aber ein guter Start. Hier ist eine super Webseite mit der Du sagen kannst, ob dein Gatesignal gut ist: http://www.richieburnett.co.uk/temp/gdt/gdt2.html

Grüße
Phoenix

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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Phoenix6478 hat geschrieben:Womöglich besteht dein GDT aus einem falschen Kernmaterial, das nicht dafür geeignet ist. Ich habe bei meinem GDT für die DRSSTC N30 Material verwendet, das hat geklappt.
Wie groß ist dein Kern, bzw was wäre die richtige größe? Bei Reichelt gibts eine ordentliche auswahl an N30 Kernen: EDIT: man kann leider bei Reichelt keine Suchergebnisse verlinken. :haufen: https://www.reichelt.de/Ringkerne/2/ind ... OUPID=3185

Ich bin jetzt leider nicht dazu gekommen viel zu basteln, aber gestern habe ich aus interesse einfach mal versucht Primärfeedback zu verwenden, indem ich statt der Spulen Erdung einfach das Primärkabel durch die beiden Ringekerne gelegt habe. Das ganze lief bedeutend besser, was ich überhaupt nicht erwartet habe.
Deshalb stellt sich mir die frage ob ich nicht lieber direkt aus Primärfeedback umsteigen sollte. Was sind da die Vor- und Nachteile und klappt da bei meiner Schaltung auch bei höhren Eingangsspannungen als 30V?
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Phoenix6478
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Phoenix6478 »

Ich verwende diesen Ringkern hier: https://www.conrad.at/de/epcos-b64290l4 ... 00731.html

Eine DRSSTC kann sowieso nur mit Primärfeedback vernünftig arbeiten, weil die IGBTs mit ZCS arbeiten. Um aber genau im Nulldurchgang zu schalten, muss die Resonanzfrequenz vom Primärschwingkreis herangezogen werden. Die Resonanzfrequenz des Sekundärschwingkreises stimmt nämlich nicht mit der des Primärkreises überein, weil es durch Spark-Loading ständig zu Schwankungen kommt. Man wird auch nie genau das Ganze auf wenige hundert Hz abstimmen können.

Ohne Primärfeedback heben sich die Blindwiderstände von Spule und Kondensator auch nicht genau auf im Primärkreis. Durch das verfehlte ZCS kommt es auch zu hohen Verlusten, was dir schnell die IGBTs kosten kann.

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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Wladimir »

Phoenix6478 hat geschrieben:Ich verwende diesen Ringkern hier: https://www.conrad.at/de/epcos-b64290l4 ... 00731.html
60mm Außendurchmesser? :shock:
Hab einen mit 80mm Außen-, 40mm Innendurchmesser liegen, ich versuche den mal.

Hab mich schon gewundert warum 95% der Schlatpläne Primärfeedback benutzen statt Sekundär.
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Phoenix6478
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Re: mini DRSSTC

Beitrag von Phoenix6478 »

So groß muss der Ringkern bei Dir natürlich nicht sein, es geht mehr um das Material. Von dem von mir verlinkten Kern gibt es auch kleinere. Die Kerne haben alle sehr gute Qualität und sind mit Epoxidharz beschichtet. Das N30 Material funktioniert gut und wurde schon von vielen DRSSTC Bastlern genutzt. Der GDT ist bei mir nur größer, weil bei mir ein IGBT in der H-Brücke 28 nF hat. Wenn du keine IGBT-Bricks, sondern TO247 IGBTs verwendest mit geringerer Gatekapazität, kann der GDT ruhig kleiner sein.

Grüße
Phoenix
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