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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektrische Last mit IGBT


Autor: Michael (Gast)
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Hallo,

ich möchte eine elektrische Last bauen und habe mir dafür den IGBT 
GA200SA60S ausgesucht, um Lastströme bis zu 150A bei einer Spannung von 
15 V zu schalten.
Den IGBT würde ich gerne per PWM ansteuern.

Mein Problem ist jetzt nur, dass meine Leistung 2250W (150A*15V) 
beträgt, die ich irgendwie beseitigen muss.

Hat mir jemand einen Tipp wie man das schaffen könnte? Einen Widerstand 
zur Strombegrenzung (auf 150A) ist auch noch vorgesehen, nur ändert das 
nichts an der Gesamtleistung, die auftritt und verbraten werden muss.

Oder welche Möglichkeiten gibt es zu der oben genannten eine elektrische 
Last zu bauen und die auftretende Leistung zu beseitigen?

Danke.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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- Einfach den Widerstand der Zuleitung nehmen, vergrössert sich bei Cu 
mit 0,4%/K Temperaturerhöhung ?
- Autobirnen o.ä. parallel ?
- ( Teurer ) Drahtwiderstand, bzw. mehrere ?

Bei 15 V ist ein IGBT wg. Durchlassspnnung nicht so günstig, eher Fets
( parallel ).

Gruss

Autor: SNT-Opfer (als Gast) (Gast)
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Moin...klar wird das was verbraten, liegt in der Natur der Sache "Last" 
;)
Entweder mal "verheizt" die Energie an einem Widerstand und regelt über 
PWM die Energiemenge oder man packt den IGBT auf einem entsprechenden 
Kühlkörper und steuert ihn "linear" an, im weitesten Sinne....
Denke mal, das ist als "Last" eh sinnvoller, eine gepulste Last ist für 
Spannungsversorgungen eh immer kritisch (da muss die Regelung richtig 
ran). Und da der IGBT auch nur bis 1kHz hochkommt, wird Glätten mit 
einer Drossel bei den Strömen auch etwas "heavy" (viel Eisen und 
Kupfer).

Linear sollte mit einer Stromquelle (OPV + Shunt + IGBT als Stell-R) 
ganz gut funktionieren.

Gut der IGBT ist nicht der Kräftigste (relativ), vielleicht in der Bucht 
oder bei Segor mal einen used Umrichter-Backstein abgreifen.
Die kommen 50-200€ und haben bei I >300A auch mal ein Ptot von paar kw.
Ein Widerstand in der Grösse kostet das selbe und lässt sich nur in 
seltenen Fällen direkt auf einem Kühlkörper packen.

Viel spass...

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Ich hatte mal so eine aehnliche Aufgabe. Da musten Netzteile fuer 
Servoumrichter unter Last getestet werden. Da aber bei der Leistung 
(30KW) ein verheizen nicht mehr in Frage kam habe ich die Energie in 
Netz zurueckgespeist.
Bei deinen 2.2KW wuerde sich sowas schon fast anbieten ueber einen 
syncron zur Netzspannung arbeitenden Wechselrichter die Energie ins Netz 
zurueck zuspeisen.

Gruss Helmi

Autor: Michael (Gast)
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Hallo,

danke für die Tipps.
Ich hatte eigentlich vor so viel Leistung wie möglich direkt an dem IGBT 
zu verbraten. Von dem her würde sich ein "stärkerer" da anbieten wie 
schon geschrieben wurde.

Mit dem linearen Betrieb ist mir nicht so ganz klar...


Danke!

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Mit dem linearen Betrieb ist mir nicht so ganz klar...

Beim Schalterbetrieb hast du entweder nur Spannung am Schalter oder nur 
Strom durch den Schalter. (Von den Verlusten im Schalter mal abgesehen)
Das heist im Schalter selber entsteht selber keine Leistung. Beim 
Linearen Betrieb eines Transistors hast du wenn Strom fliesst auch eine 
Spannung anliegen also entsteht dort Leistung. Die Linerare Betrieb ist 
dann gegeben wenn der Transistor nicht voll durchgesteuert oder gesperrt 
ist. Er verhaelt sich dann in etwa wie ein ohmischer Widerstand.

Gruss Helmi

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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ich bastel gerade auch eine last, die 8x500w abkönnen soll. dazu nehme 
ich mosfets, undzwar je 500w last 8 stück. die werden von je einem opamp 
geregelt und ahben nen shunt in der rückleitung. der gesammtstrom wird 
aber berührungslos über einen stromsensor gemessen und zurückgeführt. 
ich denke, mein system lässt sich noch deutlich stärker parallel 
ausführen, sodass auch 2kw zusammen machbar sind. hier verwende ich 
derzeit irfp350. 15v ist zum glück nicht viel, nur bei den 150a wird es 
schwierig, wie sieht es denn mit den zuleitungen aus?

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ihr könntet euch einen Autokühler mit Lüfter zulegen und auf  die eine 
Seite des Kühler Gewinde für die Transistoren bohren und diese dort 
festschrauben, da kann man genug Energie abführen.

Autor: Tom (Gast)
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Billiger wäre es möglicherweise, die 2000 Watt in einem Heizlüfter 
(Bügeleisen, Fön, Kochplatte, ...) zu verheizen, und die Transistoren 
nur mit wenig Leistung zu belasten.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Es gibt nur nicht sehr viele Fönis, Kochplatten usw., die an 15 V 2kW 
aufnehmen, die meisten Heizlüfter haben dann sozusagen ihre 
Energiespar-Stufe ...

MfG.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Billiger wäre es möglicherweise, die 2000 Watt in einem Heizlüfter
>(Bügeleisen, Fön, Kochplatte, ...) zu verheizen, und die Transistoren
>nur mit wenig Leistung zu belasten.

Wenn man dann schon so weit ist (230V Ebene) kann man es auch direkt ins 
Netz zurueckspeissen.

Autor: Tom (Gast)
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Der vorgeschlagene IGBT kann auch nur 630 Watt (bei 25 Grad Gehäuse), 
also musst Du den Großteil der Leistung extern verbraten. Oder Du machst 
es richtig teuer mit einem ganzen Haufen dieser IGBTs.

Autor: Gast (Gast)
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Die Leistung würde ich immer nur in Widerständen "verbraten". Diese 
können bei Überlastung glühen und überleben es; Halbleiter sind zu 
empfindlich, insbesondere, wenn die Stromverteilung ungleichmäßig ist 
oder werden könnte.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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gast, widerstände lassen sich nicht so bequem analog regeln, wie 
transistoren. ich würde es nach meienr erfahrung wieder mit mosfets 
machen, pro mosfet, der so 80-100w stabil verheizen kann (temperatur an 
der drain gemessen nicht über 100°c), kostet ohne kühlkörper mit 
operationsverstärker und shunt so 5 euro. da sind dann aber auch schon 
anschlüsse usw. enthalten

Autor: Gast (Gast)
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>gast, widerstände lassen sich nicht so bequem analog regeln, wie
>transistoren.

Wofür denn auch?
Ich würde eine Abstufung der Widerstände nach 2er Potenzen machen und 
diese mit digitalem Muster ab- oder zuschalten.
Deine Rechnung mit 5€ pro FET+shunt+OPV ist ja ganz nett, aber eine 
ordentliche ELN (elektronische Lastnachbildung) gibt es nicht für Lullu 
oder Umme.

Autor: ... (Gast)
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Bei 15V sind Auto Scheinwerferbirnen (H4 55W+65W) doch ideal- bei iBäh 
für 1€ sofort und neu ab 15€ sogar versandkostenfrei.

Autor: SNT-Opfer (als Gast) (Gast)
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CM 600HA-24E/used
IGBT 1200V 600A 4100W
Mitsubishi/PRX / used

http://cgi.segor.de/user-cgi-bin/sidestep2.pl?foto...

4kW sollten erstmal reichen ;)

BTW:
Ins Netz rückspeisen DARF nicht jeder, die Anlage müsste wenigstens 
abgenommern werden, soweit ich mich erinnere.
Und mal so aus dem Stand nen speisenden Synchronumrichter zu bauen ist 
nicht jederman(n)s Sache. Trifft man mal die Phase nicht so genau, 
rumpelts heftig im Gebälk.
;-)

Autor: ... (Gast)
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und zu den 50€ für nen gebrauchten IGBT gleich nochmal 200-400 für nen 
passenden Kühlkörper- oder 20€ für Autolampen und den vorhandenen IGBT

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@SNT-Opfer

Ist mir dabei passiert. Hatte noch eine halbe Stunde danach das klingeln 
im Ohr als der IGBT explodiert ist. Aber nicht wegen falscher Phase die 
stimmte schon. Um die Netzrueckwirkungen zu bekaempfen hatte ich dort 
ein Aktives Netzfilter verwendet. Die Phasenstrome mit Oberwellen lagen 
so um die 100A. Aber zum Schluss lieft die Kiste einwandfrei. Da wurden 
so locker 100KW im Kreis geschickt. Nur die Verluste musten aus dem Netz 
gedeckt werden so ca. 2.. 3KW.

Gruss Helmi

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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die 4kw wirst du aber nie unter üblichen bedingungen erreichen, die 
gehen davon aus, dass die kühlplatte 25°c hat, das alleine wirst du nie 
schaffen.

Autor: SNT-Opfer (als Gast) (Gast)
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@ Helmut Lenzen (helmi1)
;-) sach ich ja...

Wegen Kühlung, da würde ich mal ne Wasserkühlung empfehlen.
Aber das wird nicht billiger :((

Warscheinlich ist die Kompo IGBT und Lampen günstiger.
Die im Rudel montiert und Gebläse zwischenpusten lassen, nicht das bei 
der Menge die Glaskolben weich werden und einfallen.

Über den IGBT könnte der Strom begrenzt werden (linear), nur nen 
ordentlichen Kühlkörper ran.

...Idee ! -> Dicke Aluplatte (>10mm), in der Mitte den IGBT-Klotz, 
aussen rum 4-8 (-x) "grössere" CPU Kühler ...
Vorteil, relativ preiswert (die Kühler) und einfach erhältlich, werden 
in der Regel verschraubt -> einfache Montage, verteilen bis 200W 
Verlustleistung, pro Stück.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@SNT-Opfer

>@ Helmut Lenzen (helmi1)
>;-) sach ich ja...

Deinem Namen nach bist du ja selber ein vorgeschaedigter.

Gruss Helmi

Autor: SNT-Opfer (als Gast) (Gast)
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Ja, nur waren es bisher nur TO-220 und 247 die geplatzt 
sind...Streubomben !
Nach dem letzten Resonanzwandler Versuch (180V 3kW) bin ich ernsthaft am 
überlegen mir einen CO2 Löscher zuzulegen.
Alternativ erstmal so einen altmodischen Schlagsahnespender besorgen, 
nur ohne Sahne, natürlich ;).

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Bei mir war das ein 50A Modul von Semikron.
Da sind im Schaltschrank direkt 3 35A Sicherungen rausgeflogen.
Und das Einschaltschuetz war auch Festgeschweisst.

Na so ist das in der Leistungselektronik. Immer schoen Sandsaecke 
aufstappeln.

Du haettes aber die Maedels hinter mir sehen sollen die die Umrichter 
montieren mussten . Die sind einen halben Meter hoch gesprungen.

Noch besser ist es wenn da sich ein paar dicke Elkos verabschieden.
Neben dem Knall stinkts auch noch gewaltig.


Gruss Helmi

Autor: SNT-Opfer (als Gast) (Gast)
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...und qualmt tierisch !
Kenne ich doch...da wurden auf einem Sandwich zwei Elkos verpolt 
eingebaut.
Waren die dicken, weißen von Rifa. PEH irgendwas 2200µ 630V ;-)
Der Knall war relativ gedämpft, die Schranktüren waren zu, nur die 
Dachgebläse liefen halt. War nen guter Test für die Rauchmelder :-)

Sorry wegen OT.

Autor: Erik D. (dareal)
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2,25 kW is schon ne Hausmarke ... da bräuchte man schon einiges an 
Kühlleistung um das mal flink abzuführen.
Auch einige IGBTs wären dazu nötig, um das ganze linear zu regeln.

Auch wie schon angesprochen, sind die 15V nicht gerade der ideale 
Arbeitsbereich für einen IGBT, hier wären Mosfets wirklich angebrachter.

500W bis 750W Mosfets welche dann effektiv je 250W abführen ... 10 Stück 
davon auf einem wirklich guten Kühler sollten u.U. die Lösung sein.

Möglich ist fast alles, im Endeffekt ist es jedoch nur ne Frage der 
finanziellen Mittel. Kühlkörper würdest du für Widerstände, IGBT oder 
auch Mosfets sowieso benötigen.

KK sollten sich im Bereich von ~ 200-300 Euro bewegen, je nach 
Bauform/-größe. Mosfets dieser Leistungsklasse kosten um die 10-20 Euro 
das Stück. (entspr. Typen werden aber auch teils bei EBucht in gängigen 
10er oder 20er Tüten für lau gehandelt)



grundlegende Frage wäre erstmal: was willst du damit belasten?

Autor: Stephan (Gast)
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Ich würde auf jeden fall mit Widerständen arbeiten. Die lassen sich 
durch die höhere Maximaltemperatur einfach leichter kühlen.

Kurzes Gedankenexperiment:
- Stahlblech 1x10mm, 1m lang dürfte bei Zimmertemperatur um 0,1 Ohm 
haben#
- aufrollen und kräftigen Lüfter durchblasen lassen
- fertig

Gut, die Kühlfläche reicht vermutlich noch nicht, der Widerstand erhöht 
sich merklich, aber war ja nur als Beispiel...

Bei halbem Strom müssen die Transistoren dann die maximale Last 
verbraten (2250W/4 = 563W).

Alternative:
Geh zum Recyclinghof und besorg Dir ein paar kaputte Heizlüfter. 10 
Heizwendeln parallel könnten der passende Lastwiderstand sein.

Autor: Jürgen C (Gast)
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Hallo,

nimm statt dem Stahlblech ein Stahlrohr mit entsprechendem Durchmesser 
und
Länge. Da kannst du dann Wasser durch lassen und gleich damit Duschen.
Mit 2kW wirds aber noch nicht gemütlich warm bzw. die Wassermenge wird
nicht sehr groß sein. Wenn du noch einen verschiebbaren Anschluß
vorsiehst, kanst du die Last auch einstellbar machen.

Autor: I_ H. (i_h)
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Wenn schon mit Transistoren verheizen würd ich dafür zB. TIP140 
Darlington-NPN nehmen. Kost nur 1€ und verheizt 125W.

Aber sicherlich gibt es bessere Lösungen als das direkt am Transistor zu 
verheizen.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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TO-247AC wäre etwas kompakter da schafft einer fast 500W

Autor: Erik D. (dareal)
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Muss man abwägen ...

Ich habe festgestellt, dass bei Mosfets hauptsächlich der 
Wärmewiderstand (Rthjc) eine Rolle beim Preis spielt. Je besser dieser 
je teurer die FETs in der Regel.

Der IRFP2907 ist z.B. ein sehr guter Standard-FET, der ne angegebene 
Ptot von 470 Watt hat, kostet aber auch um die 5,- Euro einer!

Richtige Power-FETs stellt z.B. IXYS her, im ISOTOP-Gehäuse mit einer 
Ptot bis >1000W, welche dann aber >50,- Euro kosten das Stück.

Das Ganze per Transistoren zu realisieren ist zwar auch möglich, aber 
dann musst eine entspr. Treiberstufe her (wobei man diese ab einer 
gewissen Zahl an Mosfets auch bräuchte).


Wäre halt erstmal gut zu wissen, welche finanziellen Möglichkeiten ihm 
zur Verfügung stehen, dann kann man weitersehen.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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;-) genau vom IRFP2907 bin ich auch ausgegangen

Autor: I_ H. (i_h)
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Riesige Treiberstufe brauchst du für Darlingtons wohl eher nicht. LM324 
sind billig.
Das nächste Problem bei den großen Power-FETs ist die Wärme schnell 
genug wegzuschaffen. Nicht die absolute Wärme ist das Problem, sondern 
Wärme/Fläche. Ordentliche Luftkühler für CPUs liegen auch mal über 1kg 
(Kupfer!) und trotzdem hast du bei 100W eine Temp. Differenz von 
20..30K. Wakü ist zwar besser, aber hauptsächlich leiser.
100W auf 0.5cm² sind halt doch was anderes als 100W/m².

Ptot ist übrigens oft auf eine Casetemp. von 25°C bezogen, das schaffst 
du bei 100W..1kW nie und nimmer.

Autor: Erik D. (dareal)
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Was für CPU-Kühler kannst du bitteschön? :D

Die 1 kg Monster waren doch gestern!

Es gibt sehr wohl Kühler, die auch solche Leistungen bewältigen, es ist 
halt nur eine Frage des Budgets.
In der Bucht gibts teilweise auch sehr nette Schmuckstücke ...

z.B. Artikel 120282848170 oder auch 230270767706, nicht zu vergessen 
310062908154

Für Mosfets gibts auch nette Angebote: 200238402809 (evtl. Fragen, ob 
der auch kleinere Mengen anbietet)



Eine Widerstandlast mag auch ne nette Sache sein, aber auch 
Hochlastwiderstände kosten viel Geld. Ein weiterer Nachteil wäre die 
Widerstandsänderung bei Temperaturerhöhung. Einen kühlkörper braucht man 
so oder so ...

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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eine last, die aus hochlastwiderstäünden besteht, die alle schaltbar 
sind, ist auch kaum billiger, als mit geregelten mosfets. ich habe 
übrigens hier 200 irfp 350, die ich zu 2/3 des reicheltpreises (also 
1,2e/stk) abtreten würde.

Autor: Erik D. (dareal)
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Naja, bei Conrad kosten 100W Widerstände 12,57 Euro, 50W gute 4,38 Euro 
und 25W 3,02 Euro.

Dann würde man zu den 50 Wattern greifen, was 8,76 Euro macht, das wäre 
schon weitaus mehr als ein guter FET, mitdem man mehr als 100W verbraten 
könnte.

2250W / 50W = 45

Zur Sicherheit nimmt man 50 Widerstände, damit nicht alle am Limit 
fahren ...

50 * 3,93 (ab 10 stück) = 196,50 Euro !!!

Dazu kämen dann noch Schalter o.ä. je Widerstand, falls man das Ganze 
auch ein wenig "regeln" will. Und den Kühlkörper braucht man ja sowieso 
;)

Autor: I_ H. (i_h)
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Nochmal: Die Verlustleistung von FETs bezieht sich auf eine case temp. 
von 25°C. Bei 200W halte ich solche Werte für unerreichbar, zumindest 
wenn kein Kompressor oder ähnliches zum Einsatz kommt.

Bei 100°C Gehäusetemperatur kann der IRFP350 zB. nur noch 76W.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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und 100°c ist eine temperatur, die auch bei guter kühlung durchaus 
erreicht werden kann. in meiner last gehe ich von temperaturen unter 
vollast von 90-100°c aus. und der kühlkörper hat einen thermischen 
widerstand im bereich 0,09k/w. da werden dann 8 irfp350 verwendet, die 
in der summe zwischen 400 und 500w abgeben können sollen

Autor: Erik D. (dareal)
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I_ H. wrote:
> Nochmal: Die Verlustleistung von FETs bezieht sich auf eine case temp.
> von 25°C. Bei 200W halte ich solche Werte für unerreichbar, zumindest
> wenn kein Kompressor oder ähnliches zum Einsatz kommt.
>
> Bei 100°C Gehäusetemperatur kann der IRFP350 zB. nur noch 76W.

Dem muss ich widersprechen ...

Ich habe selbst einen IRFP450 bei knapp 450W "auf dauer" betrieben 
(entspr. Kühlung halt eingesetzt), erst als ich das maximum ausloten 
wollte ist dann das Case geplatzt bei etwas über 480W.

Wer nun einen Blick ins Datenblatt wirft wird feststellen, dass dieser 
nur für 190W spezifiziert ist. Liegt halt an vielen Faktoren, vor allem 
der recht hohen Serienstreuung bei der Rthjc!

Anderes Beispiel wären zwei IRFP2907 (wie hier schonmal angesprochen), 
die bei gut 200W schon den Geist aufgegeben hatten..

Autor: I_ H. (i_h)
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Du hast keine Temperaturen angegeben, und warst außerdem meilenweit 
außerhalb der Spezifikationen der Bauteile. Das mag zwar kurzfristig 
funktionieren, aber es ist trotzdem Murks.

Was nutzten dir denn 450W, wenn jede Woche ein FET in Rauch aufgeht?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@I_ H. (i_h)

Gib es lieber auf und kauf Aktien von IRF. Du koenntes ein gutes 
Geschaeft damit machen bei dem Verbrauch demnaechst.

Gruss Helmi

Autor: Erik D. (dareal)
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Es war lediglich mal ein Test ... inwieweit so ein Mosfet seine specs 
einhält bzw. gar übertrifft.

Die Temperatur, welche direkt am Drain-Bein gemessen wurde lag dabei bei 
knapp 150°c !

http://dareal.info/test/elv_testaufbau.jpg
mal ne Ansicht mit Temperatur ...

http://dareal.info/test/last_1001.jpg
Extremaufbau :D

http://dareal.info/test/last_1003.jpg
So sah der IRFP nach erfolgreichem Ableben aus :)


Ich selbst habe über längeren Zeitraum schon einige IXYS-Fets 
angesammelt (Super-264 bis 890W Ptot) etc. ...
Meine eigene Last wird innerhalb jeglicher Spezifikationen arbeiten, 
sicher ist sicher ;)

Autor: I_ H. (i_h)
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Ahso, dachte das war der Vorschlag die Reserven doch auszureizen, um 
FETs zu sparen. Das mal auszutesten ist natürlich schon eine witzige 
Sache, hatte mal testweise einen TIP140 (davon hab ich noch ein paar da) 
an einen Kukö geschraubt und heizen lassen.
Nach einer Weile schmolz das Lötzinn auf dem Kühlkörper, kurz danach 
ging er hops (Gehäuse aber intakt).

War aber weit weniger Last.


@Helmut Lenzen

TIP140 schafft bei 100°C noch 50W weg. Bei Reichelt kost einer 1.2€, 
brauchen würde er 45 - macht insg. also etwas über 50€. Ist jetzt für 
die Last eigentlich nicht soooo viel.

Billiger wär zB. MJ15003, der macht bei 100°C case noch 142W und kostet 
1.6€, insg. wären's dann 25€. Bei dem bräuchte man aber einen Treiber.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@I_ H. (i_h)


50€ fuer Transistoren fuer eine 2KW Last ist doch fast geschenkt. Ich 
wuerde da einen Sack von kaufen und dann das Ding zusammenschrauben.
Wenn ich bedenke das die Last die ich mal fuer einen Servo Pruefstand 
gebaut habe locker um die 100000€ gekostet hat. Muste allerding auch so 
100KW wegschaffen b.z.w im Kreis rumlaufen lassen. Das ganze wog 
anschliessend auch 1 Tonne.

Gruss Helmi

Autor: Peter (Gast)
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ich durfte auch mal eine Lastmessung an einem Notstrom Diesel machen 
(60KW) - wir hatten uns vom Energieversorger eine Lastwiderstand 
besorgt.
Er bestand aus einen Eisenbehälter von etwas 1,5m*1,5m*1,5m und wurde 
mit wasser gefüllt - dort wurden dann über einen kleinen Motor 6 
Eisenplatten eingetaucht an die Platten wurden einfach die L1, L2, L3, 
L1, L2, L3 angeschlossen und fertig war die last - sogar regelbar.
Ich war von der Einfachheit der Lösung begeistert.

Autor: Erik D. (dareal)
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Quasi ein riesiger schnellkochtopf? :D

Bei zu vielen Mosfets muss man aber aufpassen, dass da nichts ins 
schwingen gerät. Source-Widerstände sollte man den Fets auch gönnen 
sonst könnte was schiefgehen :D

Ich glaube im Progforum war mal einer, dem sind 42 Fets hopf gegangen :D

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