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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IGBT H-Brücke - weggeschossen


Autor: IGBT H-Brücke - zerschossen (Gast)
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Hallo,

ich hab eine H-Brücke für DC Motoren mit 4 IGBTs und einem 
Treiberbaustein von IRF aufgebaut (IR2108).

Die IGBTs sind vom Typ IRG40C50UD, diese sind für 8-40kHz (Hard 
switching) ausgelegt.

Die Schaltung geht einwandfrei mit bis zu 50VDC.
Ich hab es dann mal mit 200VDC probiert und der Motor fuhr in beide 
Richtungen wunderbar mit 50% Leistung. PWM Frequenz 25kHz

Als ich das ein paar Sekunden lang gemacht hab, hats einen Knall gmacht 
und dem High Side IGBT fehlte ein gutes Stück vom Gehäuse.

Ich hab die Schaltung dann durchgemessen und musste feststellen, dass 
der Low-Side IGBT komplett durchschaltet. Also kein Widerstand von E zu 
C, E zu G und C zu G.
Das hat natürlich zu einem Kurzschluss geführt als der HighSide IGBT 
durchgeschaltet hat.

Ich hab den Versuch 2x gemacht. Beim ersten mal war eine superflinke 
Sicherung mit 16A vor die Versorgung geschaltet. Diese brannte nach 
mehrmaligen hin und herfahren des Motors durch. Ich dachte, dass der 
Strom einfach zu hoch war. Die Schaltung ging dann aber trotzdem nicht 
mehr.

Der LowSide IGBT war auch wieder kaputt, also komplett widerstandslos 
zwischen allen 3 Anschlüssen. Der HighSide IGBT war bei diesem Versuch 
zwar äußerlich heil, elektrisch gesehen aber auch kaputt.

Zudem war der Treiber IC auch immer defekt nach den Versuchen mit 
200VDC.

Ich habe keinen Kühler montiert, kann es sein, dass durch eine zu 
geringe Wärmeabfuhr der LowSide IGBT defekt wurde und deswegen die eine 
Seite der H-Brücke durchbrannte?

Werde heute noch einmal einen Versuch mit einem großen Kühler starten. 
Mal schaun wie es funktioniert.

Für eure Ratschläge wäre ich dennoch dankbar.

Gruß

Daniel

: Verschoben durch Admin
Autor: Carsten Wille (eagle38106)
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Reichen die internen Dioden zur Beseitigung der Spannungsspitzen?
Wie sieht es mit Feedback für den nicht lückenden PWM-Betrieb aus?

Autor: Jens (Gast)
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Du musst mal nachschauen, ob deine IGBTs wirklich die Freilaufdiode 
intern haben. Manche haben das nämlich nicht!
Wenn du keinen Kühlkörper hast, kann es sein, dass dein Transistor 
intern schon so heiss wird, dass er den Hitzetod stirbt, bevor du das 
merkst. Wenigsten ein kleines Blech solltest du anschließen. So 1mm 
stark und aus Alu oder etwas ähnliches.
Wieviel Strom fliesst denn, wenn dein Motor dreht? Du kannst die 
Verluste doch recht schnell abschätzen. Usatt * Imotor = Pwärme.

Grüße, Jens

Autor: Mine Fields (Gast)
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Reicht die vom Treiber vorgegebene Totzeit?
Freilaufdioden fehlen.
Ohne Kühlkörper brennen die Dinger schnell ab.

Autor: Uwe Nagel (ulegan)
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Sind die 1N4148 nicht ein wenig klein? Die Dioden sollen doch wohl 
bewirken, dass die Transistoren schneller aus als ein schalten. Also 
muss beim Ausschalten die Gate-Ladung über die Diode abfliessen. Da 
können aber bedeutend höhere Impulsströme fliessen, als eine 1N4148 
verträgt.
Durch die interne Totzeit der Treiber kannst du die aber auch gleich 
weglassen.
Wie hoch wird die Zwischenkreisspannung? Wenn du die Motorrichtung 
wechselst, muss die Bremsenergie irgendwo hin.
Ich hab mal 1200V IGBT's an einem 24V Trafo mit Gleichrichter und Elko 
zum platzen gebracht...

Die Transistoren heissen wohl IRG4PC50UD, IRG40C50UD findet Google nicht

Autor: IGBT H-Brücke - zerschossen (Gast)
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Ja der IGBT heißt IRG4PC40UD, hab das "P" vergessen.

Hab nun einen provisorischen Kühler auf allen 4 IGBTs montiert und noch 
einmal getestet.
Hab zur Sicherheit wieder eine 16A Sicherung eingebaut und bin wieder 
mit 50% Leistung gefahren.

Das Ergebniss war wieder das selbe wie schon zuvor. Ich kann den Motor 
3-5x hin und her drehen (mit kurzer Pause dazwischen). Dann macht es 
einen "leisen" Knall (mit Sicherung) und die Schaltung ist tot.

Die Zwischenkreisspannung beträgt ca. 235V. Der IGBT wäre ja für 600V 
ausgelegt. Wenn zurückgespeist wird sollte es im schlimmsten Fall zu 
470V führen, oder? Im Zwischenkreis ist auch ein Widerstand drin, der 
den Kondensator entlädt beim Ausschalten.

Ich hab die Schaltung aus den Application Notes von IRF, hab mir sogar 
den Kondensator ausgerechnet, obwohl das eher ein Richtwert ist. IRF 
gibt in einer Design Note an, dass der Kondensator um den Faktor 15 
höher sein soll als berechnet.

AP-Note: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf
Auf Seite 25 wäre eine Schaltung für eine DC H-Brücke.
Im 2. Schaltbild auf Seite 25 sieht man auch eine 1N4148 als Gate Diode.

Da ich einen Elko benutzt hab, hab ich nahe an den Pins parallel noch 
einen kleinen Keramikkondensator angelötet. Hat leider auch nicht 
geholfen.

Könnte es sein, dass die Spannung am Gate zu hoch wird, der LowSide IGBT 
dadurch kaputt wird, somit immer durchschaltet und dadurch dann der 
HighSide IGBT die Schaltung kurzschließt?

Besten Dank für die Antworten bis jetzt.

Gruß
Daniel

Autor: Daniel A. (insanity)
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Der IR2108 Treiber hat 540ns Totzeit. Könnte das zu wenig sein?

Der Motor selbst hängt schon an einer Achse einer CNC Maschine. Die 
Trägtheit des Rotors ist zwar relativ groß, jedoch ist die Reibung um 
einiges höher, somit wird der Motor schon durch die Achse stark 
abgebremst.

Daten des Motors der Vollständigkeit halber:
Nennstrom: 17A
Nennspannung: 200V

Zurückgespeist wird im jetztigen Fall eigentlich auch nichts, wenn ich 
nochmal so darüber nachdenke.

Denn wenn ich die Achse fahre, dann schaltet eine Seite der H-Brücke 
durch. Schaltet die Steuerung das PWM Signal ab, wird der Motor mit 
beiden LowSide IGBTs kurzgeschlossen.
Einen Umkehrbetrieb hab ich noch garnicht ausprobiert, so weit bin ich 
noch nicht gekommen.

Gruß

Daniel

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Hast du dir eigentlich mal das Datenblatt von deinen Transistoren 
richtig durchgelesen?

MfG Spess

Autor: Sven T. (svent)
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Hallo,
der geplatzte IGBT ist IMO eher die Folge des eigentlichen Fehlers :
Die Versorgung des oberen IGBTs wird dadurch bewerkstelligt, dass der 
470nF Ko über die Diode aufgeladen wird.

Bei Dir ist diese Spannung aber verdammt klein.
Von den 5V fallen da zum einen ein paar 100mV über die Diode ab und dann 
noch was über die Strecke durch den unteren IGBt wenn dieser 
durchgeschaltet hat.

Und das bisschen reicht meiner Meinung einfach nicht um den oberen IGBT 
zügig aufzumachen.

ALso entstehen dort recht große Schaltverluste und es knallt.

Sven

PS :
Der Text von vorhin war Müll...hatte nen Denkfehler

Autor: Daniel A. (insanity)
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Ich hätte vllt. gleich die ganze Schaltung online stellen sollen.
Da sieht man auch, dass Vss 15V beträgt (Steckernetzteil mit 24VDC zu 
15VDC mit 7815). Die 5V werden nur für die Optokoppler benötigt.

Mit weniger würd sich der IGBT auch nicht zufrieden geben, sonst würd 
die Schaltung bei 50V ja auch schon nicht funktionieren.

Zudem hat der IR2108 Gate Driver auch eine UnderVoltage detection.
Dem Schaltbild zufolge kann der GateDriver den IGBT also nicht zu tode 
quälen.

Im Datenblatt wär mir sonst auch nichts aufgefallen. Dieser Typ ist ja 
für H-Brücken bestimmt, steht zumindest in der allgemeinen Beschreibung.
Die Diode hält den Strom auch aus und so dermaßen bin ich ja auch nicht 
draufgefahrn, dass da gleich die Fetzen fliegen dürfen.

Die "Turnoff delay time" ist selbst bei 150°C (240ns) noch unter der 
Delay Time vom GateDriver IC (530ns), somit ist auch ein Kurzschluss im 
Betrieb auszuschließen.

Ich habe auch schon gedacht, dass vllt die GND Leiterbahn schlecht 
verlegt wurde. Hab deswegen diese mal durchtrennt und ein Kabel quer zum 
ersten IGBT Massepin gelegt. Hatte leider genau das selbe Ergebniss wie 
sonst auch.

Gruß
Daniel

Autor: Florian V. (Gast)
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MOSFETs und IGBTs kann man recht schnell und zuverlässig durch 
Überspannungen (positiv oder negativ) am Gate kaputt kriegen. Durch ein 
wenig zuviel Induktivität im Gate- oder Emitterzweig kann das schnell 
passieren. Ist der Pfad Treiber -> Gate -> Emitter -> Treiber 
niederinduktiv ausgelegt? Wie ist der Strompfad vom Emitter zurück zum 
Treiber? Sowohl beim oberen als auch beim unteren IGBT je Halbbrücke. 
Ist der Rückpfad vielleicht eine gewisse Strecke identisch mit dem 
Laststrompfad?

Die saubere Verdrahtung wäre vom Treiber Gate- und Emittersignal 
räumlich eng beieinander (niedrige Induktivität) zum IGBT. Dabei den 
Emitterpfad direkt und eigenständig an den Pin anschließen, nicht 
einfach irgendwo an den Leistungspfad von GND hängen (beim unteren 
IGBT).

Testweise kannst Du einfach mal die Gates alle mit Zehnerdioden 18V 
direkt zum Emitter schützen.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> Die "Turnoff delay time" ist selbst bei 150°C (240ns) noch unter der
> Delay Time vom GateDriver IC (530ns), somit ist auch ein Kurzschluss im
> Betrieb auszuschließen.

Nachmessen!

IGBT H-Brücke - zerschossen schrieb:
> Die Zwischenkreisspannung beträgt ca. 235V. Der IGBT wäre ja für 600V
> ausgelegt. Wenn zurückgespeist wird sollte es im schlimmsten Fall zu
> 470V führen, oder? Im Zwischenkreis ist auch ein Widerstand drin, der
> den Kondensator entlädt beim Ausschalten.

Falsch, die Spannung kann beliebig hoch werden. Allerdings auch nur wenn 
beim Bremsen entsprechend Leistung eingespeist wird.

Autor: Daniel A. (insanity)
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Stefan L. schrieb:
> Falsch, die Spannung kann beliebig hoch werden. Allerdings auch nur wenn
> beim Bremsen entsprechend Leistung eingespeist wird.

Gebremst wurde beim Testen nur durch Motorkurzschluss, also konnte auch 
nichts zurückgespeist werden.

Florian V. schrieb:
> Die saubere Verdrahtung wäre vom Treiber Gate- und Emittersignal
> räumlich eng beieinander (niedrige Induktivität) zum IGBT. Dabei den
> Emitterpfad direkt und eigenständig an den Pin anschließen, nicht
> einfach irgendwo an den Leistungspfad von GND hängen (beim unteren
> IGBT).

Ich glaub du hast vllt. den Nagel auf den Kopf getroffen. Beim Layouten 
hab ich extra darauf geachtet das Gate Signal so eng wie möglich an den 
Treiber IC zu legen und hab dabei übersehen, den HighSide Emitter an der 
richtigen Stelle abzuzapfen. Im aktuellen Layout wird das nämlich am 
Collector des LowSide IGBTs abgezweigt.

Das könnte beim Abschalten den LowSide IGBT zerstören und folglich zum 
altbekannten Kurzschluss führen.

Im DT04-4 (S. 15) wird auch die Clamp Diode erwähnt, die den Effekt auf 
der HighSide eliminieren soll. Werde morgen mal ausschau nach zwei Zener 
und HV Dioden halten und den Emitter Pfad durchtrennen und neu 
verbinden.

http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt04-4.pdf

Besten Dank für die Tips bis dahin.

gruß

Daniel

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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IGBT H-Brücke - zerschossen schrieb:
> Ich habe keinen Kühler montiert
Daniel A. schrieb:
> Nennstrom: 17A

Da wundert es mich irgendwie nicht, dass es die IGBTs zerhaut: An einem 
IGBT fallen im surchgeschalteten Zustand so 1...2V ab. Und ein Motor mit 
17A Nennstrom zieht ordentlich Anlaufstrom.
Die Verlustleistung wird wohl ein klein wenig über den ca. 2...3W 
liegen, die so ein IGBT ohne Kühlkörper abführen kann!

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

>Da wundert es mich irgendwie nicht, dass es die IGBTs zerhaut: An einem
>IGBT fallen im surchgeschalteten Zustand so 1...2V ab. Und ein Motor mit
>17A Nennstrom zieht ordentlich Anlaufstrom.
>Die Verlustleistung wird wohl ein klein wenig über den ca. 2...3W
>liegen, die so ein IGBT ohne Kühlkörper abführen kann!

Zumal der Loadcurrent bei 25kHz auf ca. 13A abfällt. Die Transistoren 
sind nicht nur leicht unterdimensioniert.

MfG Spess

Autor: Daniel A. (insanity)
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Markus Frejek schrieb:
> Die Verlustleistung wird wohl ein klein wenig über den ca. 2...3W
> liegen, die so ein IGBT ohne Kühlkörper abführen kann!

Ich hab die Schaltung schon 4x repariert und überarbeitet, beim letzten 
Versuch wurde ein riesen Kühlkörper auf alle 4 IGBTs geschraubt, 
natürlich mit Isolierung zwischen IGBT und Kühlkörper.

Die Schaltung lief außerdem schon tadellos mit 50V und einem 500W DC 
Servo. Beim Testen wurde die Endstufe mit Sinus und Rechtecksignalen von 
1Hz bis 1kHz angesteuert (25kHz PWM Trägerfrequenz). Je hochfrequenter, 
desto mehr Verlustleistung entstand und desto wärmer wurden die IGBTs 
auch. Bei diesem Versuch mit 50V lief alles einwandfrei, auch ohne 
Kühlkörper.

Bei 200V kackt mir das Ding aber nach 5x schalten einfach ab, ohne dass 
man eine Erwärmung am Kühlerkörper oder am IGBT wahrnimmt.

Den Eckdaten des IGBTs entsprechend sollte ein Anlaufstrom von 35A auch 
kein Problem darstellen. (Mehr konnte die alte Endstufe auch nicht)

Hatte schon mal jemand dass Symptom, dass C, E und G untereinander 
komplett niederohmig sind. Von einer Diode kann man garnichts mehr 
messen. Oder ist das ohnehin bei jedem defekten IGBT so?

Gruß
Daniel

Autor: Daniel A. (insanity)
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Spess53 schrieb:
> Zumal der Loadcurrent bei 25kHz auf ca. 13A abfällt. Die Transistoren
> sind nicht nur leicht unterdimensioniert

Ich werde morgen die Schaltung noch unmodifiziert an einem weitaus 
schwächeren 200V Motor (800W) testen. Wenn du recht hast dann sollte es 
an der zu hohen PWM Frequenz liegen.

Wenn das funktioniert probiere ich es beim stärkeren Motor mit einer PWM 
Frequenz von 1kHz.

Die Kurve im Datenblatt ist für 125°C angegeben. 125°C sollte ich nach 
5x anfahren und max. 5sec aktiver Laufzeit noch nicht erreich haben, 
zumal Ic mit 55A für 25°C angegeben ist.

Aber ich würde mir wünschen, dass das die Ursache ist, somit müsste ich 
nur den Bauteil tauschen und es funktioniert.

Gruß
Daniel

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> Die Kurve im Datenblatt ist für 125°C angegeben. 125°C sollte ich nach
> 5x anfahren und max. 5sec aktiver Laufzeit noch nicht erreich haben,

5 Sek sind schon weit über der thermischen Zeitkonstante der IGBT.

Daniel A. schrieb:
> Hatte schon mal jemand dass Symptom, dass C, E und G untereinander
> komplett niederohmig sind. Von einer Diode kann man garnichts mehr
> messen. Oder ist das ohnehin bei jedem defekten IGBT so?

Das ist normal, ich kenne das auf jeden Fall von thermischer Zerstörung, 
kann aber sicherlich auch bei anderen Fehlern auftreten.

Autor: eProfi (Gast)
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Hast Du jemals die real auftretenden Ströme gemessen?
Ich denke, ein 17A-Servo wird bei Kurzschluss 100A liefern, ebenso 
Anlaufstrom. DU muss dafür sorgen, dass der Strom nicht zu groß wird, 
d.h. ihn regeln.

Poste bitte das Layout + Foto.
Außerdem ist zu überlegen, ob es nicht doch FETs werden sollen.
Es gibt inzwischen < 0,1 Ohm mit 600V.

Schaue bei den Profis ab! Analysiere einen käuflichen Steller.

Autor: Daniel A. (insanity)
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eProfi schrieb:
> Poste bitte das Layout + Foto.

Das "fehlerhafte" Layout hab ich leider gerade nicht auf meinem 
Computer, kann ich morgen mal online stellen.

Endstufen für bis zu 165V gibt es ein paar. Das ist aber leider zu wenig 
Spannung für meine Motoren. Für DC Motoren gibt es nicht mehr sehr viel 
am Markt, besonders nichts mit realistischen Preisen (unter 500€). 
Deswegen gehe ich ja den steinigen Weg und versuche es selbst zu 
entwickeln.

Ich brauch das Teil immerhin in 10facher Ausführung.

Von einer Simoreg (Siemens DC Endstufe mit Drehzahlregler) hab ich den 
kompletten Schaltplan. Hier ist die H-Brücke aber genauso primitiv wie 
bei mir aufgebaut. Der einzige Unterschied ist, dass hier BUX98 (oder 
BUX48) Transistoren benutzt werden (immer 3 parallel).

Bei der 30/75er Baureihe (für 30A Dauer/75A Spitze) wären dass auch 90A 
zulässiger Dauerstrom und 240A Spitze (20µs).

Mit dem MOSFET von Fairchild sollte ich dann auch schon hinkommen, 
zumindes wenn ich 2 davon parallel schalte: 
http://www.fairchildsemi.com/ds/FC%2FFCH76N60N.pdf
Sehe ich das so richtig?

Den Regelkreis der Simoreg hab ich mir mal angesehn, da sind ein Dutzend 
OPVs drauf in Differenzier-, Addier-, Integrier-, Verstärker- und 
Schmitt-Trigger-Schaltung. Also schön komplexe alte analoge Technik.
Laut Blockschaltbild ist ein Stromregler mit Kennlinienkorrektur auch 
drauf. Den Bereich für die Drehzahlregelung und die Stromregelung konnte 
ich schon mal isolieren. D.h. ich könnte theoretisch diesen Bereich auch 
nachbauen und in meine Schaltung integriern.

Jedoch möchte ich das nicht, weil von der Steuerung schon ein PWM Signal 
kommt. Das müsste wieder in ein Analogsignal umgewandelt werden und dann 
wieder in ein PWM Signal für die H-Brücke.

Alternativ hätte ich mir gedacht eine Strommessung mit einstellbarer 
Grenze zu integriern, sodass an die Steuerung ein Signal zur 
Leistungsabschwächung gesendet wird. Die Steuerung könnte somit 
innerhalb von 500µs das PWM Signal um einen gewissen Prozentsatz 
verringern, vllt. auch Geschwindigkeitsabhängig und integrierend bis zu 
kompletten Abschaltung.

Brauche ich die Stromregelung auch wenn der Leistungsteil den 
Anfahrstrom hergibt?

Autor: Daniel A. (insanity)
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So, ich hab heute die Platine noch einmal neu aufgebaut und dabei 4 
IGBTs pro Halbbrücke verbaut.

Die Verbindung vom Emitter zum Bootstrap Eingang des Treiber ICs hab ich 
auch durchtrennt und mit einem Kabel neu verlegt. Der Verbindung führt 
nun direkt vom HighSide Emitter weg.

Das PWM Signal hab ich dann auch auf eine Grundfrequenz von 1,5kHz 
abgesenkt und mal sanft anprobiert mit 20%, aber gleich am großen Motor.

Das ging tadellos, bin dutzende male hin und hergefahren.

Dann hab ich die Schaltung 15min akklimatisieren lassen (bei 6°C), damit 
gleiche Startvoraussetzungen herrschen. Bin wieder mit 50% Leistung 
drauf gefahren und ging auch min. 8x gut, dann hats wieder die 16A 
Sicherung geholt und 2 von 8 IGBTs warn kaputt.

Der Treiber IC wurde wieder extrem heiß, auch der Spannungsregler 7815 
war schon gut auf Betriebstemperatur (der hats aber jedesmal 
ausgehalten).

Also bei 1,5kHz sollte der IGBT laut Strom/Frequenzkurve ca. 34A bei 
120°C aushalten. Ich hab 2 davon parallel verbaut somit wären das gut 
70A (440A peak).

Meine H-Brücke hatte also auf jeden Fall schon mehr Leistung als die 
Endstufe die vorher verbaut war, bin aber weitaus sanfter drauf gefahren 
als die alte Endstufe es konnte.
Des Pudels Kern war also doch der Bremsstrom, der in den 2 LowSide IGBTs 
zerbrutzelt wird. Wahrscheinlich ist zuerst die Diode durchgebrannt und 
das Schicksal nam seinen lauf...

Mit einem neuen Treiber IC von Fairchild probier ich noch einmal eine 
andere Schaltung. Benutz diesmal auch einen MOSFET, obwohl die Dinger im 
hohen Spannungsbereich schon unverschämt teuer sind.
Der neue Gate Treiber hat auch eine Strommessung mit interner 
Überstromabschaltung und DelayTime. Jedoch ist dieser Eingang für den 
Shunt auf Masse gezogen, dh. ich muss noch eine kleine Schaltung 
beifügen, die den Motorstrom auch im Kurzschlusskreis misst (Shunt 
direkt vor Motor).

Ich werde euch auf jeden Fall am laufenden halten.

MfG
Daniel

Autor: Carsten Wille (eagle38106)
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MOSFETs kann man direkt parallel schalten, IGBTs nicht.

Autor: Daniel A. (insanity)
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Carsten Wille schrieb:
> MOSFETs kann man direkt parallel schalten, IGBTs nicht.

Wieso? Transistoren kann ich ja auch parallel schalten und ein IGBT ist 
ja im Endeffekt ein Bipolartransistor mit vorgeschaltetem FET.

Die richtig dicken IGBTs bestehen ja auch aus mehreren "kleinen" IGBTs, 
steht zumindest in dieser Doktorarbeit auf Seite 61:
http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=97795542...
Ist zwar aus dem Jahre 2005, aber seither sollte sich nicht so drastisch 
was getan haben.

Bei meiner Schaltung ist der Ladekondensator um das 15 fache 
überdimensioniert (laut Design Note von IRF). Irgendwo hat jemand 
geschrieben es sollte zumindest Faktor 5-7 sein.
Wenn ich die doppelte Ladungsmenge annehme hab ich den Faktor 7 auch 
immer noch.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Man kann schon IGBT parallelschalten, aber so einfach wie bei MOSFET ist 
es nicht. Man muss zumindest wesentlich mehr Reserve einplanen. Absolut 
symmetrischer Aufbau ist natürlich auch Pflicht.

Autor: Daniel A. (insanity)
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Symmetrisch war mein Versuchsaufbau sicher, hab einfach die parallelen 
IGBTs auf der anderen Seite der Platine angelötet. Bein an Bein. Muss 
ich mal ein Foto reinstellen, sieht witzig aus. :D

Selbst wird man sicher nicht in die Situation kommen zwei IGBTs parallel 
zu schalten, die gibts ja für zehntausende Ampere.

Bei mir wars nur Versuchbedingt, wollte wissen obs am Layout Design oder 
am Schaltungskonzept liegt.

Jetz weis ichs und die IGBTs brauch ich auch nicht mehr. Irgendwer hat 
mir mal eingeredet IGBTs wären das Gelbe vom Ei, bei mir sind sie aber 
nur das schwarze im Mistkübel :D

Leider hab ich noch keinen passenden MOSFET für meine Anwendung 
gefunden. Bin seit 2 Tagen schon am durchstöbern von allen 
Herstellerseiten und vergleiche Datenblätter. Im Endeffekt überseh ich 
wahrscheinlich wieder ein kleines Detail und mach Sprengübungen.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> Selbst wird man sicher nicht in die Situation kommen zwei IGBTs parallel
> zu schalten, die gibts ja für zehntausende Ampere.

Im 100kW+ Bereicht ist Parallelschalten gängige Praxis. Jedoch mit nicht 
wenig Aufwand.

Autor: usr (Gast)
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naja  wie  wäre  es  damit
->

http://www.infineon.com/cms/en/product/channel.htm...

z.b. SPW35N60  oder  47N60   könnten   doch  passen
aber  es  gibt  auch  noch  bessere

Autor: Daniel A. (insanity)
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usr schrieb:
> naja  wie  wäre  es  damit
> ->
>
> http://www.infineon.com/cms/en/product/channel.htm...
>
> z.b. SPW35N60  oder  47N60   könnten   doch  passen
> aber  es  gibt  auch  noch  bessere

Besten Dank für den Tip. Bei Infinion hab ich die besten Typen ganz 
übersehn.
Den stärksten der CoolMOS Serie mit 70A gibts leider noch nicht zum 
kaufen, der zweitstärkste sieht garnicht so schlecht aus:

IPW60R045CP: 
http://www.infineon.com/dgdl/IPW60R045CP_rev2.2.pd...
Der hat im Vergleich zum SPW47N60 einen doppelt so hohen Peak Strom.
Zudem kostet der auch weniger bei mehr Leistung.

Der kostet mit 10USD zwar doppelt so viel wie die IGBTs, aber der sollte 
dann sicher besser funktionieren.

MOSFETs sind ja nicht so empfindlich was höhere Frequenzen (25kHz) 
angeht, oder?

Autor: usr (Gast)
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>MOSFETs sind ja nicht so empfindlich was höhere Frequenzen (25kHz)
>angeht, oder?

verglichen  mit  IGBT   doch  erheblich  schneller

Autor: Carsten Wille (eagle38106)
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Stefan L. schrieb:
> Man kann schon IGBT parallelschalten, aber so einfach wie bei MOSFET ist
> es nicht. Man muss zumindest wesentlich mehr Reserve einplanen. Absolut
> symmetrischer Aufbau ist natürlich auch Pflicht.

MOSFETs kann man aufgrund ihrer Kennlinie direkt parallel schalten.
IGBTs und bipolare Transistoren benötigen zwingend einen 
Symmetrier-Widerstand in der Kollektor-Leitung.

Das IGBTs intern aus vielen parallel geschalteten Einheiten bestehen 
funktioniert nur, weil alle Einheiten im gleichen Prozessschritt mit den 
selben elektrischen Parametern entstanden sind. Zwei IGBTs kann man 
deshalb schon lange nicht einfach parallel schalten.

Salopp formuliert:

MOSFET wird wärmer -> er leitet schlechter -> zieht weniger Strom als 
der Nachbar -> Strom teilt sich auf.

IGBT wird wärmer -> er leitet besser -> zieht mehr Strom als der Nachbar 
-> wird noch wärmer -> leitet noch besser -> ... -> BUMM!

Autor: mhh (Gast)
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Carsten Wille schrieb:
> IGBTs und bipolare Transistoren benötigen zwingend einen
> Symmetrier-Widerstand in der Kollektor-Leitung.

Emitter, nicht Kollektor.

Autor: Carsten Wille (eagle38106)
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mhh schrieb:
> Carsten Wille schrieb:
>> IGBTs und bipolare Transistoren benötigen zwingend einen
>> Symmetrier-Widerstand in der Kollektor-Leitung.
>
> Emitter, nicht Kollektor.

Oh je, ich sollte so spät nicht mehr posten.

Autor: soundso (Gast)
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kleine anmerkung am rande:

im schema von vor ein paar beiträgen hast du einen 22 Ohm Pullup an den 
Optokopplern? das schaut mir nach zu viel strom aus. dabei werden 
warscheindlich die signalflanke stark beeinflust. ob deine treiber 
nacher daraus wider brauchbare signale machen kann ich nich abschätzen, 
aber miss die Signale doch zur sicherheit mit einem KO mal nach. je 
flacher die signalflanken desto länger sind die IGBTs im verlustreichem 
zustand ...

gruss

Autor: Daniel A. (insanity)
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Heute hab ich noch einmal alle möglichen Artikel zu H-Brücken 
durchforstet. Recht viel findet man ja nicht für Endstufen mit höherer 
Spannung.
Aber nach dem eher schlecht ausgeführten Wikipedia Artikel über 
Vierquadrantensteller bin ich zum Entschluss gekommen es mit den IGBTs 
noch einmal zu versuchen. Ein Preisangebot für eine 180V Endstufe mit 
16A hat auch dazu beigetragen (kostet 400€ netto).
Zudem bekomme ich derzeit die MOSFETs meines Begehrens nicht zu einem 
realistischen Preis.

Digikey verlangt zwar nur 10 USD/Stk, die haben aber weder den 
gewünschten noch einen anderen MOSFET der passt auf Lager. Farnell hat 
sie auf Lager, will aber 34€/Stk. crazy...

Um auf den Wikipedia Artikel noch einmal zurückzukommen: Die darin 
erwähnte "Notbremse" wird bei mir andauernd geschaltet (beide LowSide 
IGBTs schalten durch).
Das ist Schaltungsbedingt. Entweder schalten bei Deaktivierung beide 
LowSide oder beide HighSide IGBTs.
Dies wurde der Schaltung der alten Endstufe nachempfunden, jedoch hab 
ich dabei missachtet, dass diese Endstufe durch den Strom-Regelkreis 
kontinuierlich geregelt wird und somit nie ein andauernder 
"Notbrems"-Zustand eintritt.

Wenn ich also theoretisch beide Halbbrücken mit nur einem einzigen PWM 
Signal ansteuere und die LowSide IGBTs entsprechend der Drehrichtung 
kontinuierlich schalte, komme ich nie in die Situation, das beide 
LowSide oder HighSide IGBTs durchgeschaltet sind.
Der Motor würde somit auslaufen wenn ich das PWM Signal zurücknehme.
(In diesem Thread wurde das auch schon besprochen: 
Beitrag "Schaltung für H-Brücke mit PWM u. Richtung")

Sehr interessant wird es dann aber im Positioniermodus, wo natürlich die 
Steuerung schön gegenregelt, sie will den Motor ja so schnell wie 
möglich zum Stehen bringen.

Läuft der Motor aus und schaltet die Steuerung nun die LowSide der 
anderen Halbbrücke wird der Motor als Generator betrieben. Er dreht sich 
also noch in die falsche Richtung. Ist der HighSide IGBT nicht 
durchgeschaltet, fließt der Strom über den LowSide IGBT und die Diode 
des zweiten LowSide IGBT und schließt den Motor somit wieder kurz.

In meiner Versorgung hängt ein Bremsmodul drin, das bei über 260V einen 
Bremswiderstand beaufschlagt.
D.h. wenn im Generatorbetrieb theoretisch mit 100% Leistung 
draufgefahren wird, dann würde der Bremswiderstand die überschüssige 
Energie abbauen und in der LowSide wäre keine Restenergie mehr da, die 
etwas zerstören könnte.

Sehe ich das so richtig, oder hab ich da einen kapitalen Denkfehler 
drin?

Hat jemand eine Ahnung wie es mit Copyright bzw. Gebrauchsmuster eines 
29 Jahr alten Schaltplans aussieht? Würde euch gerne einen Ausschnitt 
der alten Endstufe zeigen.

Autor: Daniel A. (insanity)
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soundso schrieb:
> kleine anmerkung am rande:
>
> im schema von vor ein paar beiträgen hast du einen 22 Ohm Pullup an den
> Optokopplern? das schaut mir nach zu viel strom aus. dabei werden...

In wirklichkeit hängt hier ein 1k Widerstand, hab in Eagle den 
Widerstand kopiert und vergessen den Wert zu ändern. Bei 22 Ohm würde 
der Transistor im Optokoppler in die Knie gehen.

Autor: David (Gast)
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Hallo,

wenn die VCE(sat) von IGBTs einen positiven Temperaturkoeffizienten hat 
kann man die selbstverständlich genauso problemlos parallel schalten wie 
MOSFETs.
Jedes Gate sollte aber zumindest seine eigenen Gatewiderstände haben, 
ist aber bei MOSFETs auch nicht anders.

Ich halte für die gegebene Anwendung selbst den oben erwähnten MOSFET 
IPW60R045CP für nicht gut geeignet, da bei einem Strom von ca. 20A am 
Kanalwiderstand (ca. 45mOhm) des MOSFETs ca. 1V abfallen (bei 25°C). 1V 
liegt aber schon über der Flussspannung der Bodydiode, die dann zur 
Freilaufdiode wird. Leider sind MOSFET-Bodydioden als Freilaufdioden 
meistens nicht geeignet (Sperrerholzeit, Rückstromspitze).

Ich würde hier auf jeden Fall IGBTs einsetzen. Für gut geeignet halte 
ich z.B. den IKW50N60T von Infineon oder den IRGP4063 von IRF. Kenne 
beide, sind moderne Trench-IGBTs mit niedriger VCE(sat), guter 
Freilaufdiode und gutmütigem EMV-Verhalten.

Auch den Treiber IR2108 mit >540ns DeadTime (zu lang) halte ich für 
nicht optimal. Laut Datenblatt des IRG4PC50UD wären so ca. 200ns 
sinnvoller.
Ich würde einen Treiber (z.B. IRS2186) ohne feste DeadTime nehmen, und 
die DeadTime dann im uC festlegen. Der IRS2186 mit seinen 4A 
Ausgangsstrom ist auch deutlich "kräftiger". Der IRG4PC50UD hat ja 
immerhin 4nF Gatekapazität.
Die 22 Ohm Gatewiderstand erscheinen mir auch deutlich zu hoch.

David

Autor: Daniel A. (insanity)
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David schrieb:
> Für gut geeignet halte
> ich z.B. den IKW50N60T von Infineon oder den IRGP4063 von IRF.

Danke für die Bauteil-Tips. Die Datenblätter sehen wirklich gut aus und 
vom Preis liegen sie auch deutlich unter 10€. Leider ist die 
Verfügbarkeit wieder das Problem.

David schrieb:
> Auch den Treiber IR2108 mit >540ns DeadTime (zu lang) halte ich für
> nicht optimal. Laut Datenblatt des IRG4PC50UD wären so ca. 200ns
> sinnvoller.

Wieso ist eine zu lange DeadTime nicht optimal? Die Delay-Time muss ja 
über der Turn-Off-Delay Time des IGBT liegen damit es nicht zu einem 
Shoot-Through kommt, oder?

David schrieb:
> Ich würde einen Treiber (z.B. IRS2186) ohne feste DeadTime nehmen, und
> die DeadTime dann im uC festlegen.

Das geht leider nicht. Das PWM Signal wird in einem FPGA generiert, die 
DeadTime kann daher nicht so einfach eingestellt werden.

David schrieb:
> Die 22 Ohm Gatewiderstand erscheinen mir auch deutlich zu hoch.

Je höher der Widerstand umso langsamer schaltet der IGBT durch und desto 
geringer Fallen die Spannungsspitzen aus, oder nicht? Hab den Wert aus 
einer AP-Note.

Langsam aber sicher bin ich schon ein bisschen verwirrt was die Bauteile 
anbelangt.

Die ganzen Fakten die sich im Laufe der Diskussion angesammelt haben, 
machen mir die Entscheidung auch nicht gerade leichter ob es jetzt ein 
IGBT oder MOSFET werden soll.

Bauteile von IRF gefallen mir besonders gut, da IRF gute Application 
Notes bereitstellt.
Zudem hat IRF auch eine höhere Bauteilverfügbarkeit, was ich bei den 
Distributoren so sehen konnte.

PWM Frequenz stelle ich mir schon mindestens 18kHz vor. Kühlung sollte 
auch möglichst wegfallen, die hat bei den alten Endstufen alles versaut 
(Öl+Dreck).

Spannungsmässig bin ich bei ca. 230VDC, mit Bremsmodul und Rückspeisung 
bei max. 260V. Ein bisschen Sicherheit hab ich aber eingeplant, somit 
möchte ich mindestens 400V Spannungsfestigkeit.

Was meint ihr dazu, ist ein IGBT oder MOSFET besser geeignet?

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> Das geht leider nicht. Das PWM Signal wird in einem FPGA generiert, die
> DeadTime kann daher nicht so einfach eingestellt werden.

Meiner Meinung nach ist die beste Lösung Treiber ohne feste Totzeit zu 
verwenden und diese selbst im FPGA zu erzeugen.

Daniel A. schrieb:
> Wieso ist eine zu lange DeadTime nicht optimal? Die Delay-Time muss ja
> über der Turn-Off-Delay Time des IGBT liegen damit es nicht zu einem
> Shoot-Through kommt, oder?

Ja. Das sollte man aber mit einem Oszilloskop wirklich noch einmal 
überprüfen. Zu viel ist erst einmal nicht wirklich schlimm.

Daniel A. schrieb:
> Spannungsmässig bin ich bei ca. 230VDC, mit Bremsmodul und Rückspeisung
> bei max. 260V. Ein bisschen Sicherheit hab ich aber eingeplant, somit
> möchte ich mindestens 400V Spannungsfestigkeit.
>
> Was meint ihr dazu, ist ein IGBT oder MOSFET besser geeignet?

Das ist grade der Grenzbereich, man kann beides verwenden. Ich würde da 
aber eher noch auf MOSFET setzen.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Misst du eigentlich auch mal was in der Schaltung oder willst du einfach 
nur möglichst viele Halbleiter verbraten?

Autor: Daniel A. (insanity)
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Andreas K. schrieb:
> Misst du eigentlich auch mal was in der Schaltung oder willst du einfach
> nur möglichst viele Halbleiter verbraten?

Der Fehler war Ansteuerungsbedingt, wie ich jetzt ja weiß Messen hätte 
vllt. 4 IGBTs vor dem Tot bewahrt.

Zudem war der interessante Messzeitpunkt nicht vorhersehbar und somit 
auch mit einem Speicheroszi nur schwer messbar (außerdem hab ich kein 
Speicheroszi).

Aber zu Silvester jagen die Leute noch viel mehr Geld in die Luft, da 
kann ich die 60€ an Halbleitermunition noch verschmerzen. ;-)

Stefan L. schrieb:
> Meiner Meinung nach ist die beste Lösung Treiber ohne feste Totzeit zu
> verwenden und diese selbst im FPGA zu erzeugen.

Ist die Totzeit wirklich so ausschlaggebend? Die Gate Treiber von IRF 
der 210er Serie können auch nur von 540ns bis 0,5µs eingestellt werden.
Der 2304 ist wohl der schnellste mit 100ns.

Die FPGA Firmware parametrisierbar zu machen ist zudem nicht so einfach. 
Da benutz ich lieber einen einstellbaren Gate Treiber und spiel mich mit 
den Widerstandswerten.

Stefan L. schrieb:
> Das ist grade der Grenzbereich, man kann beides verwenden. Ich würde da
> aber eher noch auf MOSFET setzen.

Bin schon wieder auf MOSFET-Jagd, aber ist schwierig was Passendes und 
ebenso Verfügbares zu finden.

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

>Bin schon wieder auf MOSFET-Jagd, aber ist schwierig was Passendes und
>ebenso Verfügbares zu finden.

Evtl. wirst du bei ST fündig.

MfG Spess

Autor: Daniel A. (insanity)
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Hab mal die Suche von hinten begonnen mit Priorität auf Verfügbarkeit, 
also gleich bei Digikey.

Dabei hab ich diesen potenten Kerl gefunden: SPW52N50C3
http://www.infineon.com/dgdl/SPW52N50C3_Rev.2.5.pd...
RDS(on)= 0.07
VDS = 560
und ganz wichtig: ID = 52 A

Die Diode sollte auch ausreichend Power haben.

Mit 9 USD/Stk liegt er noch im adäquatem Preissegment.

David schrieb:
> Leider sind MOSFET-Bodydioden als Freilaufdioden
> meistens nicht geeignet (Sperrerholzeit, Rückstromspitze).

Die Reverse Recovery Time ist mit 540ns wirklich extrem hoch, zumindest 
im Vergleich zum IGBT den ich bis jetzt hatte (50ns).
Ist das bei einer H-Brücke für DC Motoren überhaupt wichtig?

Der einzig interessante Fall wäre bei schlagartiger Drehrichtungsumkehr, 
dann würden der Motor und die Spannungsversorgung in Gegenflußrichtung 
auf die Diode geschaltet.

Sollte ich da noch eine extra Freilaufdiode einplanen, wenn ich einen 
MOSFET mit derart hoher tRR benutze?

Autor: Thorsten (Gast)
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Hallo !

Ich hatte mal ein vergleichbares Problem. Über einen IGBT wurde eine 
Kondensatorbank (bis 1000V) mit einer Küvette (in diesem Falle mit einem 
niederohmigen Widerstand zu vergleichen) parallel geschaltet. 
Schaltzeiten waren im Mikrosekunden-Bereich.

Plötzlich fing es an, dass es ab und an einen lauten Knall gab und der 
IGBT war hin und leitend!

Was war passiert  ?

Aus Gründen der Verdrahtung hatte ich zu dünne Zuleitungen zur Küvette 
verbaut. Dadurch gab es in dieser Zuleitung ab einer bestimmten Spannung 
der Kondensatorbank (500V) eine zu hohe Induktion, was eine Avalanche 
ausgelöst und den IGBT gegrillt hat.

Kurzum: versuche dickere Leitungen zum Motor - kleine Ursache aber 
GROSSE Wirkung !

Hoffe es hilft Dir !

Thorsten

Autor: Daniel A. (insanity)
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Thorsten schrieb:
> Aus Gründen der Verdrahtung hatte ich zu dünne Zuleitungen zur Küvette
> verbaut. Dadurch gab es in dieser Zuleitung ab einer bestimmten Spannung
> der Kondensatorbank (500V) eine zu hohe Induktion, was eine Avalanche
> ausgelöst und den IGBT gegrillt hat.
>
> Kurzum: versuche dickere Leitungen zum Motor - kleine Ursache aber
> GROSSE Wirkung !

Danke für den Hinweis, aber ich glaub nicht dass das auch noch zum Big 
Boom geführt hat. Die Kabel zum Motor sind zwar lang, haben aber 16mm² 
Querschnitt.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Die Kabel zum Motor sind nicht so wichtig - interessant ist die 
Zuleitung von deiner Versorgung bzw. den Kondensatoren zu deinen IGBT. 
Hast du überhaupt Kondensatoren im Einsatz?

Autor: David (Gast)
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Hallo Daniel,

> Wieso ist eine zu lange DeadTime nicht optimal?

Schaltmoment in einer Halbbrücke:

Annahme: Oberer Transistor leitet, unterer gesperrt (in der anderen 
Halbbrücke genau umgekehrt), lange DeadTime

Strom steigt im oberen Transistor auf ca. 17A + 10% Strom-Ripple -> ca. 
19A
Das Spannungspotential des Schaltpunktes zwischen den beiden 
Transistoren liegt auf V+

-oberer Transistor bekommt "Ausschaltbefehl"

Die Spannung über diesem Transistor steigt, bzw. die Spannung des 
Schaltpunktes sinkt. Die Geschwindigkeitsänderung der Spannung ist 
abhängig von: Gatetreiber, Gatewiderstand, Ausgangskapazität des 
Transistors, Strom, Temperatur, Transistoreigenschaften usw.

Strom fließt nach wie vor (induktive Last).
Strom und Spannung liegen jetzt gleichzeitig am Transistor an -> 
Schaltverluste.

Der untere Transistor (bzw seine Freilaufdiode) kann den Strom erst 
übernehmen, wenn die Spannung am Schaltpunkt unter GND abgesunken ist. 
Erst dann ist die Freilaufdiode in Durchlassrichtung. MOSFET-Bodydioden 
lassen sich mit der Stromübernahme auch mehr Zeit, als 
IGBT-Freilaufdioden.
Wie lange das dauert, ist quasi Zufall.

Wenn ich aber mit dem unteren Transistor definiert "gegenschalte", 
beschleunige ich den Vorgang. Dadurch kann ich die Schaltverluste 
eventuell verringern. Genaueres sagt Dir ein Oszilloskop.
Wenn ich zu schnell gegenschalte (DeadTime zu klein), produziere ich 
natürlich einen Querkurzschluss.

> Die Delay-Time muss ja über der Turn-Off-Delay Time des IGBT liegen damit es 
nicht zu einem Shoot-Through kommt, oder?

Du mußt von der Turn-Off-Delay Time die Turn-On-Delay Time abziehen. 
Wenn ich mir das Datenblatt des IRG4PC50UD anschaue, schätze ich ca. 
200ns DeadTime als sinnvoll ein. Müßte man aber ausprobieren, ist 
natürlich auch von der Gateansteuerung abhängig.

Ich habe z.B. mit dem IKW50N60T, 8 Ohm Gatewiderstand fürs Einschalten, 
2 Ohm Gatewiderstand fürs Ausschalten und Treiber ZXGD3004 (bipolar!, 
kein temperaturabhängigen Kanalwiderstand, sauschnell), galvanische 
Trennung ADUM1233, bei Strömen 0...40A, Frequenzen bis 35KHz und 100ns 
DeadTime sehr gute Schalt- und EMV-Performance erziehlt.

> Was meint ihr dazu, ist ein IGBT oder MOSFET besser geeignet?

Wie ich weiter oben schon schrieb, sind MOSFETs hier aufgrund der Ströme 
nicht gut geeignet.
Am Beispiel des IPW60R045CP bei 60°C lt. Datenblatt:
17A x 0,050 Ohm = 0,85 V Spannungsabfall über Kanalwiderstand des 
MOSFETs
bei 17A ca. 0,7V Flussspannung der Bodydiode
Bei höheren Strömen wird das noch schlimmer.
Das bedeutet beim MOSFET im Freilaufmoment, die Bodydiode leitet z.T den 
Freilaufstrom. Beim Umschalten der Halbbrücke sollte die Freilaufdiode 
sofort sperren. MOSFET-Bodydioden machen dies aber leider nicht.
Die antworten nämlich mit einer heftigen Rückstromspitze, die oft 
betragsmäßig sogar höher ist, als der vorher geflossene Strom. Zu allem 
Unglück dauert die dann auch noch ziemlich lange.
Damit ist der Geschwindigkeitsvorteil des MOSFETs mehr als dahin.
Du müßtest dann schon mehrere MOSFETs parallel schalten, um die Vorteile 
von MOSFETs nutzen zu können.

Bei IGBTs sind die mit eingebauten Dioden meistens für den Freilauffall 
optimiert. Siehe z.B. Datenblatt vom IPW60R045CP / IRG4PC50UD
-Reverse Recovery Time
-Reverse Recovery Charge
-Peak Reverse Recovery Current
Beim Vergleich der Werte sollte Dir dann ein Licht aufgehen.

> Kühlung sollte auch möglichst wegfallen...

Das kannst Du vergessen. Bei 17A x (1 x VCE(sat) + 1 x Flussspannung 
einer Freilaufdiode) hast Du schon ohne Schaltverluste >ca.35 Watt 
Leitverluste.
Das sieht bei MOSFETs ähnlich aus.
Am Beispiel des IPW60R045CP bei 60°C lt. Datenblatt:
17A^2 x 0,050 Ohm (Kanalwiderstand) + 17A x 0,7V (Flussspannung 
Bodydiode) -> >27 Watt nur Leitverluste!!!, also >7 Watt pro Transistor
Das macht selbst ein TO247-Gehäuse nicht ungekühlt mit.

David

Autor: David (Gast)
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Daniel A. schrieb:

> Sollte ich da noch eine extra Freilaufdiode einplanen, wenn ich einen
> MOSFET mit derart hoher tRR benutze?

Das nützt nichts, da schnelle Freilaufdioden meistens eine höhere 
Flusspannung als MOSFET-Bodydioden haben.

David

Autor: Daniel A. (insanity)
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Stefan L. schrieb:
> Hast du überhaupt Kondensatoren im Einsatz?

Jep, einen Dicken im Zwischenkreismodul (3~ Gleichrichter + 6mF 
Kondensator) und direkt auf der Endstufe gleich nach dem Eingang ca. 15 
mm vor den IGBTs (330µF).

David schrieb:
>> Kühlung sollte auch möglichst wegfallen...
>
> Das kannst Du vergessen. Bei 17A x (1 x VCE(sat) + 1 x Flussspannung
> einer Freilaufdiode) hast Du schon ohne Schaltverluste >ca.35 Watt
> Leitverluste.

Wenn ich von "keiner Kühlung" schreibe, dann meine ich, dass die 3 
Riesen Lüfter mit 200mm Durchmesser wegfallen sollten.
Dass im Betrieb ein schöner Kühlkörper draufkommen muss, ist natürlich 
klar.

Der IGBT wird doch hoffentlich weniger Verlustleistung haben als die 9 
dicken BUX48.

Nach deinen sehr hilfreichen Ausführunge oben - besten Dank noch dafür! 
- ist es fast klar, dass ich bei der schon eher hohen Spannung und dem 
mittelmässigen Strom keine Chance habe mit einem MOSFET.

Gestern hätte ich zwar noch einen MOSFET für 300V gefunden mit 200ns 
tRR, aber 40V Differenz auf 300V sind mir dann doch ein bisschen zu 
wenig Spielraum. Fall das Bremsmodul versagen sollte wäre das dann nicht 
so optimal. Der BUX48 aus der alten Endstufe ist auch für 400V...
Der besagte Kerl wäre dieser hier: 
http://ixdev.ixys.com/DataSheet/99129.pdf

Das einzige Problem was ich mit IGBTs noch habe ist das eher miserable 
Frequenzverhalten. Aber mit dem Typ (IKW50B60T) was du vorgeschlagen 
hast sieht die Welt gleich wieder anders aus, da sind 20kHz auch kein 
Problem.
Der hat zwar auch 143ns tRR, aber das bei 50A. Sollte bei weniger Strom 
auch geringer sein, oder nicht?

Zudem ist der verfügbar und auch bei Farnell garnicht mal so teuer. 
(8,2€/Stk)

Werd mir da mal ne Stange bestellen und ne neue Schaltung machen. Vom 
Treiber IC bin ich noch offen, muss mir sowieso erst überlegen wie ich 
die Stromregelung integriere.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> Jep, einen Dicken im Zwischenkreismodul (3~ Gleichrichter + 6mF
> Kondensator) und direkt auf der Endstufe gleich nach dem Eingang ca. 15
> mm vor den IGBTs (330µF).

Und kein Folienkondensator/Snubber?

Hast du dir jetzt das Schaltverhalten von deinem Teil überhaupt einmal 
an einem Oszilloskop angeschaut?

Autor: E-Gon (Gast)
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Ich würde mir ein fertiges Gerät kaufen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ich behaupte mal ganz kess, dass das Problem mit NobelMOSFETs zu 9 EUR 
das Stück nicht wirklich gelöst wird. Für eine H-Brücke mit 200V/20A 
braucht es ein "wenig" Know How. Firepower allein reicht nicht . . .
Das geht mit einer Strombegrenzung los und hört mit der Verdrahtung 
nicht auf.

Auch ist mir nicht klar, wie zuviel Totzeit beim Schalten von LOW und 
High Side schädlich sein soll. Wir reden hier über max. 500ns, nicht 
Millisekunden.

MfG
Falk

Autor: Daniel A. (insanity)
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Stefan L. schrieb:
> Und kein Folienkondensator/Snubber?
>
> Hast du dir jetzt das Schaltverhalten von deinem Teil überhaupt einmal
> an einem Oszilloskop angeschaut?

Die Schaltung wurde der ehemaligen Endstufe nachempfunden, da ist 
Ausgans- und Eingangsseitig auch kein Snubber-Net drin.

Mit einem Oszi hab ich mir die Schaltung noch nicht angesehen, hat den 
Grund, dass es bei geringer Leistung immer ging und bei größerer 
Leistung boom gemacht hat. Aber wie oben schon beschrieben war es ein 
Fehler in der Logik.

Keine Stromregelung und kurzschluss des Motors in der LowSide zerstörten 
die Schaltung beim Abbremsen.

Das wird in der nächsten Version ausgebessert und dann sollte es mit 
neuen Bauteilen auch funktionieren.

E-Gon schrieb:
> Ich würde mir ein fertiges Gerät kaufen.

Ja würde ich auch, wenn ich Geld wie Heu hätte und nicht wissen würde um 
welches Geld ich das haben kann.

Eine PWM Endstufe kostet für diesen Spannungsbereich (200VDC) und 
Leistung (bis 3kW) 550€. Selbst in China findet man nichts passendes.
Ich brauch aber nicht eine, sondern gleich 20 Stk. Sogar ein neuer AC 
Servoantrieb mit gleicher Leistung kommt mir günstiger (ist eben ein 
Massenprodukt).

Letztes Jahr hatte ich einen Leistungselektroniker engagiert, der mir 
eine solche Endstufe bauen sollte. Der hat das leider nicht auf die 
Reihe gebracht. Hat mich auch sicher 1500€ gekostet und rausgekommen ist 
dann ein 15kW Netzteil aber keine Motor Endstufe.

Dann hab ich zufällig vor 2 Monaten bei IRF einen 3 Phasen 
Leistungstreiber für 27A und 600V gefunden. Hab mir den Baustein gekauft 
und auf Anhieb eine Endstufe hingebracht, ging auch mit dem dicken Motor 
tadellos.
Ist auch nicht recht schwierig mit den paar Bauteilen was benötigt 
werden.

Als ich mit dem Layout für die Endstufe fertig war, war der Baustein 
ausverkauft und lieferzeit waren min. 4 Monate. Demotiviert hab ich nach 
anderen Leistungstreibern gesucht aber nichts brauchbares gefunden. Dann 
bin ich eben auf die Idee gekommen diese relativ "einfache" H-Brücke 
selbst zu designen. Und da steh ich jetzt...

Zu meiner Person sei noch gesagt, dass ich eigentlich Mechatroniker bin 
und mich die letzten 15 Jahre nur nebenbei mit Programmierung von 
MCUs/PCs und digitalen Schaltungen beschäftigt habe.

Die letzten paar Tage hab ich viel über diese Thematik herausgefunden, 
eine große Hilfe war auf jeden Fall dieses Forum. Somit besten Dank an 
alle die hier posten! Grund dessen glaube ich auch, dass ich das 
schaffen kann.

Meine einzige Alternative wär noch eine Firma zu beauftragen mir das 
Ding zu bauen. Doch da hab ich zuerst wieder die Arbeit (Pflichtenheft) 
und dann kann ich auch wieder Pech haben und das Ding geht genau bei 
einem Motor und beim nächsten Typ nicht mehr.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> Mit einem Oszi hab ich mir die Schaltung noch nicht angesehen, hat den
> Grund, dass es bei geringer Leistung immer ging und bei größerer
> Leistung boom gemacht hat.

Das ist kein Grund, nicht zu messen. Davon abgesehen misst man auch erst 
ohne Leistung.
Schonmal was von strukturierter/ingenieurmäßiger Vorgehensweise gehört?

Mit dieser Selbstbaulösung wirst du niemals billiger wegkommen als ein 
fertiges Gerät. Das wirst du vermutlich aber erst glauben, wenn du ein 
Jahr lang erfolglos herumgebastelt hast.

Daniel A. schrieb:
> Die Schaltung wurde der ehemaligen Endstufe nachempfunden, da ist
> Ausgans- und Eingangsseitig auch kein Snubber-Net drin.

Die Argumentation funktioniert vielleicht bei Chinesen...

Daniel A. schrieb:
> Meine einzige Alternative wär noch eine Firma zu beauftragen mir das
> Ding zu bauen. Doch da hab ich zuerst wieder die Arbeit (Pflichtenheft)
> und dann kann ich auch wieder Pech haben und das Ding geht genau bei
> einem Motor und beim nächsten Typ nicht mehr.

Hmm, wenn man nicht mal weiß was ein Pflichtenheft ist, wirds schwierig.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Daniel A. (insanity)

>bin ich eben auf die Idee gekommen diese relativ "einfache" H-Brücke
>selbst zu designen. Und da steh ich jetzt...

 . . . ich armer Tor, und bin so klug als wie zuvor. ;-)

>Zu meiner Person sei noch gesagt, dass ich eigentlich Mechatroniker bin
>und mich die letzten 15 Jahre nur nebenbei mit Programmierung von
>MCUs/PCs und digitalen Schaltungen beschäftigt habe.

Hmm, nicht gerade die besten Vorraussetzungen für diese 
"Gewichtsklasse".

Kennst du schon den Artikel Treiber? Recht informativ. Am Ende ist 
auch ein Link auf den Autor, dort kannst du ihn direkt kontaktieren, 
vielleicht kann er dir helfen.

>Die letzten paar Tage hab ich viel über diese Thematik herausgefunden,

Schön, aber in in ein paar Tagen wird man nicht zum Meister der 
Leistungselektronik.

>alle die hier posten! Grund dessen glaube ich auch, dass ich das
>schaffen kann.

Vielleicht. Aber du wirst viel Lehrgeld zahlen müssen, in Form von Zeit 
und Geld. Ich sag mal 3 Monate Minimum.

>Meine einzige Alternative wär noch eine Firma zu beauftragen mir das
>Ding zu bauen. Doch da hab ich zuerst wieder die Arbeit (Pflichtenheft)

Logisch, du musst schon wissen was du willst. Und das auch transportabel 
formulieren. Aber so eine Sonderentwicklung kostet ordentlich. Dagegen 
sind deine 550EUR geschenkt. Auch bei 20x550EUR = 11k EUR!
Und danach muss deine Endstufe auch noch gebaut werden, das geht auch 
nicht zum Nulltarif!

>und dann kann ich auch wieder Pech haben und das Ding geht genau bei
>einem Motor und beim nächsten Typ nicht mehr.

Das wäre dann wieder Murks. Eine Endstufe hält ihre Daten, wenn die Last 
im spezifizierten Bereich liegt.

Ich denke du solltest SEHR gründlich recherchieren und was passendes auf 
dem (weltweiten) Markt suchen, ein Eigenbau kostet besonders in deiner 
Situation SEHR viel Zeit und Geld. Auch wenn ich mich auf dem gebiet 
nicht wirklich auskenne, behaupte ich mal, dass man für 90% aller 
Anwendungen, und dazu zählt deine, ein Standardprodukt auf dem Markt 
findet.

Die schnellste Art etwas zu tun, ist es gleich richtig zu tun.

Und das heißt, dass man ein Produkt kauft, das ein Profi gebaut hat. 
Selber bauen wird nicht billiger und auch nicht besser, wenn man kein 
Profi in dem Fach ist.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan L. (minefields)

>> Meine einzige Alternative wär noch eine Firma zu beauftragen mir das
>> Ding zu bauen. Doch da hab ich zuerst wieder die Arbeit (Pflichtenheft)

>Hmm, wenn man nicht mal weiß was ein Pflichtenheft ist, wirds schwierig.

Er weiß es schon, hat nur keinen Bock eins zu schreiben ;-)

Autor: Mine Fields (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Er weiß es schon, hat nur keinen Bock eins zu schreiben ;-)

Das Pflichtenheft schreibt der Auftragnehmer! Wenn, dann schreibt er das 
Lastenheft.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan L. (minefields)

>> Er weiß es schon, hat nur keinen Bock eins zu schreiben ;-)

>Das Pflichtenheft schreibt der Auftragnehmer! Wenn, dann schreibt er das
>Lastenheft.

Ach so, stimmt :-0

Autor: Daniel A. (insanity)
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Stefan L. schrieb:
> Hmm, wenn man nicht mal weiß was ein Pflichtenheft ist, wirds schwierig.

Mein Gott, ich bitte um Vergebung, dass ich das Wort Lastenheft nicht 
erwähnt habe. In meiner Branche schreibt man eben nur Angebote und macht 
die Arbeit.

Stefan L. schrieb:
> Daniel A. schrieb:
>> Die Schaltung wurde der ehemaligen Endstufe nachempfunden, da ist
>> Ausgans- und Eingangsseitig auch kein Snubber-Net drin.
>
> Die Argumentation funktioniert vielleicht bei Chinesen...

Ich habe auch Endstufen mit ein bisschen weniger Spannung (165V) 
vorliegen, von denen ich mir auch einiges abgeschaut habe. Wenns da 
funktionier warum soll ich daran zweifeln?

Stefan L. schrieb:
> Schonmal was von strukturierter/ingenieurmäßiger Vorgehensweise gehört?

Tja, hab gedacht es geht so einfach wie beim ersten Mal. War dann halt 
nicht so.

Stefan L. schrieb:
> Das ist kein Grund, nicht zu messen. Davon abgesehen misst man auch erst
> ohne Leistung.

Die Logik wurde natürlich durchgemessen, auf gut Glück hab ich das erste 
Ding ja auch nicht angeschlossen und nach dem defekt hab ich auch wieder 
gemessen um zu sehen was los ist.

Man kann vorher natürlich stundenlang herummessen um einen möglichen 
Fehler zu finden, oder man kanns einfach probiern. Wenns nicht geht kann 
ich immer noch den Fehler suchen. Genauso hab ich das gemacht. Nun 
steinigt mich wenn ich ein Sünder bin.

Stefan L. schrieb:
> Mit dieser Selbstbaulösung wirst du niemals billiger wegkommen als ein
> fertiges Gerät.

Billiger als 1 fertiges Gerät mit Sicherheit nicht, diesen Rahmen hab 
ich schon vor einem Jahr überschritten. Bei 20 Stk und mehr jedoch auf 
jeden Fall.

Kurze Milchmädchenrechnung für den Laien:
Preis für 20Stk Endstufen: 550€ x 20 = 11.000€
Kosten für Eigenbau: 1000€ (Entwicklung) + 100€ x 20 = 3000€
Ersparnis: 8000€

Wobei 100€/Stk schon wieder ziemlich hoch gegriffen ist. Unter 40€ bei 
100Stk ist realistisch.

Stefan L. schrieb:
> Das wirst du vermutlich aber erst glauben, wenn du ein
> Jahr lang erfolglos herumgebastelt hast.

So lange hab ich garnicht Zeit, sonst würde ich auf den Leistungstreiber 
von IRF warten, der ja schon funktioniert hat.

Naja ich werd jetzt auf jeden Fall unstrukturiert einen unmöglichen 
Schaltplan machen und später planlos die Endstufe starten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Daniel A. (insanity)

>Man kann vorher natürlich stundenlang herummessen um einen möglichen
>Fehler zu finden, oder man kanns einfach probiern.

Genau DAS ist bei LEISTUNGSelektronik nicht sonderlich sinnvoll, wie du 
hoffentlich mittlerweile gemerkt hast.

>Kurze Milchmädchenrechnung für den Laien:

In der Tat . . .

>Preis für 20Stk Endstufen: 550€ x 20 = 11.000€

So weit, so einfach.

>Kosten für Eigenbau: 1000€ (Entwicklung) + 100€ x 20 = 3000€
>Ersparnis: 8000€

HAHAHAHA!
Der war gut!

>Wobei 100€/Stk schon wieder ziemlich hoch gegriffen ist. Unter 40€ bei
>100Stk ist realistisch.

Der war noch besser!

Warum glaubst du, dass so eine Endstufe das kostet, was sie kostet?
Es reicht bei WEITEM nicht, einfach die Kosten für die 
Leistungshalbleiter + 20 EUR für Krümelkram einzukalkulieren!

Typisches Bastler/Ingenieursproblem. Keine Ahnung von wahren Kosten und 
Kalkulation :-(

>Naja ich werd jetzt auf jeden Fall unstrukturiert einen unmöglichen
>Schaltplan machen und später planlos die Endstufe starten.

An deinem Ausdruck für Ironie musst du noch arbeiten. Genauso wie an 
deinem Verständnis für Leistungselektronik und Kalkulation.

Viel Glück
Falk

Autor: Mine Fields (Gast)
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Daniel A. schrieb:
> an kann vorher natürlich stundenlang herummessen um einen möglichen
> Fehler zu finden, oder man kanns einfach probiern.

Man misst nicht, um Fehler zu finden. Man misst, um zu schauen, ob es so 
funktioniert wie es sein soll. Wenn man nicht weiß, wie es sein soll, 
hat man natürlich ein Problem.

Daniel A. schrieb:
> Ich habe auch Endstufen mit ein bisschen weniger Spannung (165V)
> vorliegen, von denen ich mir auch einiges abgeschaut habe. Wenns da
> funktionier warum soll ich daran zweifeln?

Hilft dir nichts, wenn du du nicht die Prinzpien dahinter verstehst. Den 
niederinduktive Aufbau sieht man keiner Endstufe auf dem ersten Blick 
an. Genauso ungefähr 100 andere Faktoren, die man nur als erfahrener 
Leistungselektroniker kennt.

Autor: David (Gast)
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Hallo Daniel,

hier noch eine Lesequelle:

http://www.semikron.com/skcompub/de/application_ma...

David

Autor: Daniel A. (insanity)
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Hy David,

besten Dank für die gute Quelle.
Werd mich die nächsten Tage da durcharbeiten und auch den 
Leistungselektroniker meines Vetrauens zu rate ziehen.

Falk Brunner schrieb:
> Typisches Bastler/Ingenieursproblem. Keine Ahnung von wahren Kosten und
> Kalkulation :-(

Ich entwickle, produziere und verkaufe Serien-Produkte aus dem nicht 
elektronischen Sektor für den Endverbraucher und den Handel. Habe also 
sehr wohl eine Ahnung von Kostenrechnung, zudem führe ich auch eine 
mechanische Fertigung. Hier entstehen ganz andere Kostenpunkte die 
Material, Maschinen und Werkzeugabhängig sind, somit ist das ganze nicht 
so einfach zu berechnen wie bei einer elektronischen Schaltung.

Falk Brunner schrieb:
> Warum glaubst du, dass so eine Endstufe das kostet, was sie kostet?

Wenn du im Industriebereich arbeitest wirst du vllt. wissen warum. Nicht 
umsonst fährt der Siemens Techniker mit einem BMW X5 vor.
Oder findest du 2000€ für eine 25 Jahre alte Endstufe oder 1000€ für 
einen 10" Röhrenmonitor gerechtfertigt?

Frag mal einen Inhaber eines Klein- oder Mittelbetriebs mit CNC 
Maschinen was die von Bosch, Siemens, Heidenhain, Fanuc, usw halten. Im 
erste Satz wirst du sicherlich schon die ersten Schimpfwörter hören.

Falk Brunner schrieb:
> Es reicht bei WEITEM nicht, einfach die Kosten für die
> Leistungshalbleiter + 20 EUR für Krümelkram einzukalkulieren!

Wenn ich es selbst mache, dann stimmt diese Kalkulation. Und selbst wenn 
ein Arbeiter 2 Tage daran sitzt mir 20 Endstufen zu löten/testen und ich 
ihm 100€ die Stunde zahle, dann bin ich immer noch billiger als wenn ich 
das Ding fertig kaufe. Zudem habe ich dann den Schaltplan und kann das 
Produkt nach belieben vervielfältigen und verbessern. Von welchem 
käuflichem Produkt kann man das schon behaupten?

Autor: Andreas K. (derandi)
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Verbessern? Bis jetzt läuft es nicht mal.

Autor: SE (Gast)
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Hallo Daniel
wie geht den Projekt voran? Habe auch einen Motor (230VDC / 12A) den ich 
Drehzahlregeln muss. Das Ganze soll auch über PWM erfolgen. Eine 
Positionierung ist nicht erforderlich. Da ich reiner Maschinenbauer bin, 
ist für mich eine Entwicklung einer Schaltung ein Lebenswerk. Also wenn 
ich von dir einen Schaltplan bekommen könnte, wäre das natürlich super.

Autor: Daniel A. (insanity)
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Hallo SE,

ich hatte selbst nicht mehr die Zeit mich damit zu beschäftigen, habe es 
deswegen in Entwicklung gegeben.

Die Kosten für die Entwicklung und eine Vorserie liegen deutlich unter 
meiner oben genannten Vorstellung von 3000€. Auch mit dem Stückpreis hab 
ich mich nicht verschätzt.

Ein wenig hab ich noch probiert meine Schaltung zu verbessern. Ich habe 
noch eine Strommessung integriert und ein wenig damit experimentiert, 
hatte aber schlussendlich keine Zeit mehr.

Im Dateianhang findest du Eagle Dateien zu einer PDM/PWM Endstufe die 
ich im Netz gefunden habe. Mir gefällt an dieser Schaltung aber die 
Strommessung nicht, da nur der Versorgungsstrom gemessen wird. Der Strom 
in der Motorleitung wird nicht gemessen, somit kann beim Kurzschluss und 
Generatorbetrieb die Schaltung abrauchen.

Falls du Interesse an einer fertigen Endstufe hast, kann ich dir 
bescheid geben sobald die Entwicklung abgeschlossen ist.

Hier noch ein Video zur Endstufe: 
Youtube-Video "Servo h-bridge running with emc2"

MfG
Daniel

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