Hallo! Ich habe mir eine H-Brückenschaltung mit IR2110 als Treiber für die IRFP260 Transistoren aufgebaut. Mit der Schaltung soll eine frequenzvariable Rechteckspannung im Bereich zuwischen 2-200kHz mit einer Spannung im Bereich von 2-100V und einem Tastgrad von 50% (+U/-U) erzeugt werden. Die erste Versuchsschaltung läuft erstmal. Ich möchte mit der Schaltung einen Reihenschwingkreis anregen, um mit der Spannungsüberhöhung an der Kapazität Materialuntersuchungen vornehmen zu können. Ich habe hier gerade einen Tread zum Thema Induktionsheizung gefunden. Meine Schaltung soll ja nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Der Tread ist recht lang und ich werde mich dort am Wochenende mal durcharbeiten. Da ich aber nur wenig Erfahrung mit dem Design von Schaltungen habe würde ich mich freuen, wenn jemand von euch mal die Schaltung anschaut und mir vielleicht ein paar Tipps zur Verbesserung gibt. Das größte Problem sind die starken Rückwirkungen durch die Schaltvorgänge auf die Zwischenkreisspannung. Diese entstehen ja durch die parasitäre Gesamtinduktivität im Zwischenkreis. In Grafik 1 sind die Spannungspeaks in der Zwischenkreisspannung (blau) zu sehen. Die Grafik zeigt auch die Spannung an der Kapazität im Reihenschwingkreis, die stark überhöht ist. Zum Aufbau der Schaltung: Schaltung 1 (Schaltsignalerzeugung): Ein Frequenzgenerator gibt die Schaltfrequenz vor. Mit Hilfe von CMOS-Logikbausteinen werden daraus zwei invertierte Schaltsignale erzeugt, wobei jeweils die ansteigende Flanke um zur Zeit ca. 300ns verzögert wird (Totzeit). Schaltung 2 (Brückenschaltung): Die Brückenschaltung besteht aus den Treiberbausteinen IR2110 und den Transistoren IRFP 260. Zur Verringerung der Spannungsspitzen beim Ausschalten habe ich Turn off snubber parallel zu den Transistoren eingefügt. Die Snubberschaltung ist aus Platzgründen nicht mit der H-Schaltung auf einer Platine untergebracht. Eigentlich sollte diese ja so induktivitätsarm wie möglich an die FET´s angebunden werden. Die Widerstände im Snubberkreis werden im Betreib recht warm. Die DC-Quelle besteht aus einem Spartransformator, Trenntrafo, Brückengleichrichter und Glättungselko. Über Verbesserungsvorschläge zu meiner Schaltung, insbesondere zur Minimierung der Spannungsspitzen beim Abschalten der Transistoren wäre ich sehr dankbar. Da ich nicht viel Erfahrung im Schaltungsdesign habe, könnten noch grobe Schnitzer in meinem Aufbau vorhanden sein. Vielleicht habt ihr ja ein paar Tipps zur Dimensionierung der Elemente oder zum Platinenlayout. Vielen Dank!
Michael K. schrieb: > Schaltung 1 (Schaltsignalerzeugung): > Ein Frequenzgenerator gibt die Schaltfrequenz vor. Mit Hilfe von > CMOS-Logikbausteinen werden daraus zwei invertierte Schaltsignale > erzeugt, wobei jeweils die ansteigende Flanke um zur Zeit ca. 300ns > verzögert wird (Totzeit). 300ns dürften ok sein, die Schaltung auch. > Schaltung 2 (Brückenschaltung): > Die Brückenschaltung besteht aus den Treiberbausteinen IR2110 und den > Transistoren IRFP 260. Die Gatewiderstände würde ich etwas kleiner dimensionieren: Der IRFP260 hat rund 200nC Gate Charge. Bei etwa 30 Ohm Widerstand (22 Ohm Vorwiderstand, etwa 7 Ohm im IR2110), begrenzt du den Strom auf maximal 0,4A. Das ergibt eine Anstiegs/Abfallzeit von rund 500ns und somit Überschneidungen bei der Einschaltphase. Das könnte eine Uhrsache für die Spikes sein. Etwa 5-10 Ohm sollten deutlich besser sein. Alternativ könntest du den Gatwiderstand auch mit je einer Dioden in Abschaltrichtung überbrücken, so dass das Abschalten deutlich schneller erfolgt als das Einschalten. > Zur Verringerung der Spannungsspitzen beim > Ausschalten habe ich Turn off snubber parallel zu den Transistoren > eingefügt. Die Snubberschaltung ist aus Platzgründen nicht mit der > H-Schaltung auf einer Platine untergebracht. Eigentlich sollte diese ja > so induktivitätsarm wie möglich an die FET´s angebunden werden. Die > Widerstände im Snubberkreis werden im Betreib recht warm. Der Snubber sieht merkwürdig aus. Die Widerstände dienen eher als Spannungsteiler und heizen daher immer. Die 10nF Kondensatoren werden nie entladen und sind daher nutzlos. Vermutlich wolltest du die Widerstände parallel zu den Kondensatoren schalten. Auf die Snubber kann man normalerweise auch verzichten, denn es kann sich aufgrund der Dioden sowieso nie eine Spannung größer der Betriebsspannung an den Mosfets aufbauen.
> um mit der Spannungsüberhöhung an der Kapazität Wie sollte die auftreten können, wenn Dioden um die MOSFETs die ableiten? Reicht kein Class E Verstärker (seit > 50 Jahren das Tool zur Resonanzüberhöhung), muss es Brücke sein? > In Grafik 1 sind die Spannungspeaks in der Zwischenkreisspannung (blau) zu sehen Oh Kinders, kauft euch mal ordentliche DPO Scopes, ist ja grausam was so ein Tek da hin zaubert, zugekleckste Traces. Teuer ist nicht gleich gut, Graustufen haben ihren Sinn.
>> um mit der Spannungsüberhöhung an der Kapazität
ich denke, daß das ok ist. Im Resonanzfall ist doch der Schwingkreis
ohmsch und über C und L liegen die Resonanzspannungen.
Zum Oszibild:
sehe ich das richtig mit 10V Zwischenkreisspannung?
die "Peaks" sind doch peanuts, wahrscheinlich Meßfehler. Schließe mal
den tastkopf kurz und halte ihn an Masse.
330nF als Zwischenkreiskapazität ist wohl ein biserl klein. Mach mal 1-10mF daraus.
Zunächst einmal vielen Dank für Antworten! > Die Gatewiderstände würde ich etwas kleiner dimensionieren: Der IRFP260 > hat rund 200nC Gate Charge. Bei etwa 30 Ohm Widerstand (22 Ohm > Vorwiderstand, etwa 7 Ohm im IR2110), begrenzt du den Strom auf maximal > 0,4A. Das ergibt eine Anstiegs/Abfallzeit von rund 500ns und somit > Überschneidungen bei der Einschaltphase. Das könnte eine Uhrsache für > die Spikes sein. Etwa 5-10 Ohm sollten deutlich besser sein. > Alternativ könntest du den Gatwiderstand auch mit je einer Dioden in > Abschaltrichtung überbrücken, so dass das Abschalten deutlich schneller > erfolgt als das Einschalten. Die Möglichkeit mit den Gatewiderständen zu experimentieren habe ich schon vorgesehen. Eine Diode ist schon vorhanden, aber die Drahtbrücken fehlen zur Zeit. Werde sie am Montag noch einmal einsetzen um die Widerstände beim Abschalten zu überbrücken. Kleinere Gätewiderstände hatte ich noch nicht verwendet. >Der Snubber sieht merkwürdig aus. Die Widerstände dienen eher als >Spannungsteiler und heizen daher immer. Die 10nF Kondensatoren werden >nie entladen und sind daher nutzlos. Vermutlich wolltest du die >Widerstände parallel zu den Kondensatoren schalten. >Auf die Snubber kann man normalerweise auch verzichten, denn es kann >sich aufgrund der Dioden sowieso nie eine Spannung größer der >Betriebsspannung an den Mosfets aufbauen. Sorry, die Snubberschaltung ist im Schaltplan falsch eingezeichnet. Die Snubber befinden sich ja nicht auf der gleichen Platine wie die Brücke. Daher habe ich zur Veröffentlichung hier einen extra Schaltplan erstellt und da ist mir wohl ein Fehler unterlaufen. Die Widerstände befinden sich parallel zu den Dioden, damit sich die Kondensatoren entladen können. > 330nF als Zwischenkreiskapazität ist wohl ein biserl klein. Die Zwischenkreiskapazität beträgt zur Zeit 1mF, ich werde sie aber noch erhöhen. Am Montag wenn ich wieder in der Uni bin werde ich dann weiter an der Schaltung arbeiten. Nochmal vielen Dank für die Anregungen!
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