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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Flusswandler-Trafo 10kHz, 5kW


Autor: Daniel (Gast)
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Ich suche einen Trafo mit folgenden Daten:

-Übersetzung:  Ca. 3:1 (evtl. mit Anzapfungen 2:1, 3:1, 4:1)
-Primärspannung: ca. 250Veff Rechteck
-Primärstrom: bis ca. 20Aeff
-Arbeitsfrequenz: 5...25kHz
-Ansteuerung: IGBT-Halbbrücke gegen kapazitiv erzeugte, virtuelle Masse
-Luftkühlung
-Magnetisierungsstrom: max. ca. 2A
-Kurzschlusspannung: max. ca. 10%
-Kompakte Bauform, Gehäuse nicht erforderlich

Gibt es sowas fertig zu kaufen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ob bei 5kW eine Halbbrücke noch sinnvoll ist?

Autor: ArnoR (Gast)
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PM 87/70: AL=6300, Prim: 20Wdg, Bmax=370mT, Imag=2A
PM 114/93 AL=16000, Prim: 12,5Wdg, Bmax=290mT, Imag=2A

Autor: ArnoR (Gast)
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Ach vergessen: alle Werte für 25 KHz, bei niedrigeren Frequenzen werden 
die Kernquerschnitte entsprechend größer.

Autor: Daniel (Gast)
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Die Halbbrücke ist durch die Schaltung gegeben und bis ca. 20kW 
skalierbar.

Wenn beim 114er Kern die Windungszahl auf ca. 30 erhöht würde, sollte 
auch die geringe Frequenz machbar sein. Allerdings wird dann das Kupfer 
nur schwer hineinpassen.

Gibt es fertige Übertrager oder Rechenprogramme zur Auslegung? Ich habe 
an der Elektronik noch ein paar dringliche Baustellen und würde das 
Trafothema erstmal abschieben.

Autor: ArnoR (Gast)
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PM 114/93 f=5KHz, AL=6300 Bmax=407mT, Prim:44,5Wdg, Imag=2A

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Daniel schrieb:
> Gibt es fertige Übertrager oder Rechenprogramme zur Auslegung?

Du kennst diese Seite schon?

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html

Autor: U. B. (pasewalker)
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Bei dem notwendigen Querschnitt "HF-Litze", d.h. mehrere parallele 
Drähte nehmen, sonst wird's zu warm.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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5 oder 10 kHz bei 5kw leistung? das willst du nicht. das gibt einen 
dermaßen ekligen pfeifton, daß du davon zuverlässig ohrenkrebs bekommst 
und weinend aus dem raum läufst. plane mal lieber mit 20-25kHz. nicht 
toll für hunde und fledermäuse, aber der mensch hört's zumindest nicht 
mehr.

Autor: Johannes (Gast)
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> -Primärspannung: ca. 250Veff Rechteck

Bei einer Rechteckspannung ist es nicht wirklich sinnvoll, einen 
Effektivwert anzugeben. Sag lieber, wie die DC-Eingangsspannung ist.

> Arbeitsfrequenz: 5...25kHz

Das ist aber ein sehr großer Bereich. Kannst Du den nicht etwas enger 
festlegen? Als Kernmaterial würde ich einen einen nanokristallinen Kern 
empfehlen, das geht ganz gut bis ca. 30 kHz.

Die Berechnung solltest Du am besten jemand machen lassen, der da 
Erfahrung hat; in dieser Leistungsklasse ist es schon ziemlich komplex, 
die Verluste im Kern und in der Wicklung und die Wärmeabfuhr über die 
Oberfläche zu berechnen.

> Gibt es sowas fertig zu kaufen?

Den wirst Du sicher nicht in einem Katalog finden. Es gibt aber viele 
Trafo-Wickler, die so etwas auslegen und auch bauen können. Einfach mal 
nach "Wickelgüter" googeln, da findest du bestimmt jemand.

Autor: Daniel (Gast)
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Besten Dank schonmal. Ich habe für die Fertigung zwei Firmen 
angeschrieben. Sekundär kommen da bis zu 80A zusammen, das wird schon 
eine gewisse Herausforderung. Zudem muss die Serienfertigung ohnehin 
extern erfolgen. Maximal ein oder zwei Stück könnte ich von Hand 
basteln.

Ist Ferrit das Mittel der Wahl? Bis 20kHz müsste auch 0,05er Blech 
gehen, welches nicht so schnell in Sättigung fahren würde.

In Bezug auf Sättigung gibt es ein weiteres Problem:

-Die Halbbrücke wird mit PWM angefahren, dabei ist im bisherigen Konzept 
ist immer min. ein IGBT eingeschaltet (wie beim Tiefsetzsteller mit 
Synchrongleichrichter).

-Ein Auskoppelkondensator blockt den entstehenden Gleichanteil ab.

-Im Ruhezustand sind beide IGBT aus

-Beim Anlauf wird die Pulsweite des High-Side IGBT erhöht und die des 
Low-Side IGBT verringert.

-Stationär ist die Pulsweite 1:1.

Die Regelung funktioniert einwandfrei, jedoch verschiebt sich hierbei 
der Gleichanteil am Auskoppelkondensator. Das Abschalten ist kein 
Problem, weil bei ausgeschalteten IGBT sich der Kreis über die Dioden 
schnell und ohne Stromspitze entmagnetisiert. Beim Einschalten fließt 
jedoch je nach Ladezustand ein recht hoher Strom durch den Kondensator.

Dies muss der Trafo aushalten, ohne in Sättigung zu fahren.

Autor: Johannes (Gast)
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> Ist Ferrit das Mittel der Wahl?

Bei so niedrigen Frequenzen ist Ferrit nicht sinnvoll, siehe mein 
anderer Beitrag.

> Bis 20kHz müsste auch 0,05er Blech gehen, welches nicht so schnell in
> Sättigung fahren würde.

Ja, die Blechqualität ist hier sehr entscheidend. Aber das wird dir dein 
Lieferant dann auch erklären können.

> Die Halbbrücke wird mit PWM angefahren, dabei ist im bisherigen Konzept
> ist immer min. ein IGBT eingeschaltet (wie beim Tiefsetzsteller mit
> Synchrongleichrichter).

Wie meinst du das? Wenn immer min. ein IGBT an ist, dann sind ja 
manchmal auch beide gleichzeitig an. Oder meinst du, das immer min. ein 
IGBT aus ist.

> Ein Auskoppelkondensator blockt den entstehenden Gleichanteil ab.

Wieso hast du links und rechts vom Übertrager einen Kondensator? Der 
linke ist unnötig!

Autor: Fralla (Gast)
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10kHz für nur 5kW Leistung? Für den Bereich gibts IGBTs die 100kHz sogar 
hart schalten (was du scheinbar machen willst) können. Aber heute nehm 
ich für soetwas Mosfets, und alle anderen die High Efficiency Telecom 
Rectifier entwickeln.

-Primärspannung: ca. 250Veff Rechteck
Eingangsspannung müsste dann 500VDC sein...
Wobei Veff bei Rechtecken??

5kW Halbrücke, die Kondensatoren werden sich freuen....

Autor: Fralla (Gast)
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Wie schon gesagt einen Kondensator zum DC Blocken ist in einer 
Halbbrücke "etwas" unnötig.
Wie Regelst du die Brücke? Voltage Mode Control?

Autor: Hauspapa (Gast)
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Die 20A auf den Kondensatoren hast Du in Sachen Rippelstromfestigkeit 
bei gegebener Frequenz und Lebensdauer hoffentlich richtig 
dimensioniert.

In welchen Stückzahlen soll das denn mal produziert werden?

schönen Abend
Hauspapa

Autor: Daniel (Gast)
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Abgesehen von der Totzeit (2µs) ist immer ein IGBT an. Ich schalte also 
nicht wie z.B. ein PC-Netzteil beide um T/2 versetzt, aber mit der 
selben Pulsweite an, sondern fahre wie ein Tiefsetzsteller mit 
Synchrongleichrichter. Damit ist die Ausgangsspannung festgeklemmt 
zwischen 0V oder 520V. Leider habe ich so keine Möglichkeit, aktiv 0V 
anzulegen, nur +250V oder -250V. Damit verschiebt sich als störender 
Nebeneffekt der Gleichanteil mit der Pulsweite.

Es sind leider beide Kondensatoren nötig, weil an dem Zwischenkreis noch 
weitere Verbraucher hängen. Würde ich den linken Koppelkondensator 
entfallen lassen, könnte Gleichstrom zwischen den einzeln Halbbrücken 
fließen. Zudem wäre der Zwischenkreis so hochkapazitiv, dass der 
Ausgleich beim Regeln der Pulsweite zu lange dauern würde. Die 
Kondensatoren können dies bisher gut ab, das sind Hochstrom-Folientypen, 
die 50Aeff vertragen. Die 10kHz sind von der angetriebenen Last her 
erforderlich. Das wurde früher mal so ausgelegt, weil die IGBT zu 
langsam waren. Und jetzt kann vorne nicht viel geändert werden, weil es 
dann hinten nicht mehr passen würde.

Könnte mir jemand einen Halbbrüpcken-IGBT-Typ mit hartem Schalten bei 
100kHz nennen, der bei sattem Kurzschluss mit Desat-Schutz noch zu 
retten ist? Concept empfiehlt Mitsubishi-Module, die jedoch nicht 
kurzschlussfest sind (auf Schaltzeit optimiert, wegen Chipfläche und 
Prozess nicht sehr robust). Bei den normalen Typen empfiehlt Concept 
max. ca. 50...60kHz. Bisher ist übrigens ein 7MBR25SA-120-50 im Einsatz. 
Im synchronen Modus ist der Phasenwinkel 0°, beim Anlauf sind jedoch 
fast 90° üblich. Ich habe noch nicht getestet, wo beim 7MBR25SA-120-50 
die Grenze ist.

Autor: Johannes (Gast)
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> Abgesehen von der Totzeit (2µs) ist immer ein IGBT an.

Man könnte das auch so formulieren, dass die IGBTs immer abwechselnd 
eingeschaltet werden.

> Es sind leider beide Kondensatoren nötig, weil an dem Zwischenkreis
> noch weitere Verbraucher hängen.

Das hat doch mit dem Zwischenkreis nichts zu tun. Der linke Kondensator 
ist in Reihe zur Primärwicklung und dann in Reihe zu den rechten 
Kondensatoren.

Oder meinst Du mit "Zwischenkreis" den Mittelabgriff zwischen den beiden 
rechten Kondensatoren?

> Könnte mir jemand einen Halbbrüpcken-IGBT-Typ mit hartem Schalten bei
> 100kHz nennen...

IGBT bei 100 kHz hart schalten würde ich nicht machen; selbst die sehr 
schnellen "Warp Speed" IGBTs, die bis 150 kHz beworben werden, haben bei 
hartem Schalten sehr hohe Verluste, so dass man nur noch einen sehr 
niedrigen Strom schalten kann.

> ... der bei sattem Kurzschluss mit Desat-Schutz noch zu retten ist

Ein Desat-Schutz hat doch auch eine bestimmte Ansprechzeit. Ich kann mir 
nicht vorstellen, dass das bei 100 kHz überhaupt noch funktioniert; 
unabhängig davon, ob der IGBT das aushält.

Bei so hohen Frequenzen macht man entweder eine Current-Mode Regelung, 
die von sich aus Kurzschlussfest ist oder man muss die (parasitäre) 
Ausgangsinduktivität so groß machen, dass der Kurzschluss nicht wirklich 
ein "harter" Kurzschluss ist. Wenn zwischen IGBT-Halbbrücke und 
Kurzschluss eine 10 cm Leitung sind, dann ist die Impedanz bei der hohen 
Frequenz in der Regel groß genug, damit die Regelung rechtzeitig 
abschalten kann, bevor der IGBT kaputt geht.

Beschreib doch mal die Anwendung, also was du damit machen möchtest.

Autor: Daniel (Gast)
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Jau, die IGBT werden mit geringer Totzeit abwechseln eingeschaltet.

Beide Kondensatoren rechts im Bild sind die Zwischenkreiskondensatoren. 
Je 15.000µF, hier herrschen also stabile Verhältnisse mit 0V, 260V und 
520V. In der Mitte wird die virtuelle Masse für die Halbbrücken 
abgegriffen, es hängen aber auch andere Netzteile und Motorantriebe 
dran.

Die Regelung macht ein DSP über einen Software-Regelkreis, der den 
Effektivstrom am Inverterausgang nachregelt. Dieser Regelkreis ist 
langsam, jedoch erfasst eine Analogschaltung die Augenblickswerte der 
Endstufe und schaltet dann spontan die IGBT Ansteuerung ab. 
Ausgangsseitig treibt die Schaltung eine Spule zum Heizen einer 
mächtigen Druckwalze. Hier sitzt auch in Reihe ein Resonanzkondensator. 
Da die Last recht hohe Ströme bei kleinerer Spannung benötigt, ist der 
Trafo erforderlich.

Autor: Johannes (Gast)
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OK, ich denke, dass ich so langsam deine Schaltung verstehe.

Du schaltest also die IGBTs mit einer PWM-Frequenz von 100 kHz und 
erzeugst damit im Übertrager einen sinusförmigen Wechselstrom im Bereich 
5 bis 25 kHz. Dieser Strom wird dann im Übertrager auf eine niedrigere 
Ausgangsspannung transformiert.

Hab ich das so richtig verstanden? Das hat dann aber nicht viel mit 
einem Flusswandler zu tun...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Daniel (Gast)

>angeschrieben. Sekundär kommen da bis zu 80A zusammen, das wird schon
>eine gewisse Herausforderung.

Das kannst du laut sagen.

>Ist Ferrit das Mittel der Wahl? Bis 20kHz müsste auch 0,05er Blech
>gehen, welches nicht so schnell in Sättigung fahren würde.

???
Schon mal was von Magnetisierungsverlusten gehört? Lies mal was über 
Transformatoren und Spulen. Schaltnetzteile kommen nicht an die 
Sättigungsgrenze des Materials, die Ummagnetisierungsverluste setzen da 
viel eher Grenzen.

>-Die Halbbrücke wird mit PWM angefahren, dabei ist im bisherigen Konzept
>ist immer min. ein IGBT eingeschaltet (wie beim Tiefsetzsteller mit
>Synchrongleichrichter).

Was mit IGBTs schon mal nicht geht, die sind ausgangsseitig wie ein 
Bipolartransistor und können NICHT Strom invers leiten. Also nix 
Synchrongelichrichter. Siehe

http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor...

>-Ein Auskoppelkondensator blockt den entstehenden Gleichanteil ab.

In einem Push-Pull Verstärker/Schaltnetzteil geht es auch ohne.

>-Im Ruhezustand sind beide IGBT aus

Ach was?

>-Stationär ist die Pulsweite 1:1.

1:1 ist ein Fußballergebnis, ein Tastverhältnis ist ein Zahl zwischen 0 
und 1 bzw 100%.

>Die Regelung funktioniert einwandfrei,

In deiner Theorie, oder hast du das schon mal aufgebaut?

>der Gleichanteil am Auskoppelkondensator. Das Abschalten ist kein
>Problem, weil bei ausgeschalteten IGBT sich der Kreis über die Dioden
>schnell und ohne Stromspitze entmagnetisiert. Beim Einschalten fließt
>jedoch je nach Ladezustand ein recht hoher Strom durch den Kondensator.

Naja, deine Beträge zeigen klar, dass du noch lange nicht ansatzweise 
das Wissen und Können hast, um einen 5kW DC-DC Wandler zu bauen. Ist 
keine Schande, ich könnte das auch nicht ;-)

MFG
Falk

P S Wenn du das WIRKLICH brauchst, kauf es fertig von Profis. Ist 
billiger und geht schneller. Und funktioniert vor allem.

Autor: Fralla (Gast)
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>Bei so hohen Frequenzen macht man entweder eine Current-Mode Regelung,

Eine konventionelle Halbbrücke kann man nicht mit "Current Mode" alleine 
Regeln.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Daniel schrieb:
> Gibt es fertige Übertrager oder Rechenprogramme zur Auslegung? Ich habe
> an der Elektronik noch ein paar dringliche Baustellen und würde das
> Trafothema erstmal abschieben.

...sprich mal mit http://www.tauscher-transformatoren.de/

Autor: Falk Brunner (falk)
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http://www.tauscher-transformatoren.de/html/hftrafo7.html

Die Tabelle ist interessant. Das wird eher nix mit PM114, 5kW und 5kHz.

Autor: Daniel (Gast)
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Die anregende Spannung ist rechteckförmig und es entsteht ein weitgehend 
sinusförmiger Strom. Es wird sich zeigen, wie klein ein solcher Trafo 
ohne Flüssigkeitskühlung gebaut werden kann. Die Magnetisierungsverluste 
sind zwar nicht zu vernachlässigen, jedoch in der Größenordnung der 
Kupferverluste. Es bestehen hierbei Erfahrungen mit 50kVA 
Ringkerntransformatoren und wassergekühlter Sekundärwicklung.

Inversbetrieb ist mit den IGBTs kein Problem, da die eingesetzten Module 
ausnahmslos mit Dioden ausgestattet sind. Schaltet der High-Side IGBT 
ab, kommutiert der Strom auf die Low-Side-Diode. Gleichzeitig ist der 
Low-Side-IGBT eingeschaltet. Beim Stromnulldurchgang der Sinusschwingung 
sperrt dann die Diode und der Low-Side-IGBT wird leitend. Dieser 
schaltet dann ab und der Strom kommutiert auf die High-Side-Diode, nach 
Nulldurchgang der Schwingung wieder auf den High-Side-IGBT usw.

Push-Pull würde den Gleichanteil zwar vermeiden, hätte jedoch einen 
elementaren Nachteil: in der Phase, wo beide IGBT ausgeschaltet sind, 
würde der sekundäre Schwingstrom über die Dioden generatorisch gegen den 
Zwischenkreis arbeiten und dabei natürlich schnell abklingen. Da hierbei 
durch den Oberwellengehalt massive EMV Probleme auftreten, wurde dieses 
Steuerkonzept schnell verworfen. Allerdings wäre es evtl. lohnend, 
wieder darauf zurückzugreifen.

Für das fehlende "Wissen und Können" funktioniert die -seit 2007 im 
Einsatz befindliche- Schaltung erschreckend gut! Es geht also nicht 
darum, es zum Laufen zu bringen, sondern darum, ein funktionsfähiges 
(trafoloses) Design für gestiegende Anforderungsprofile zu ertüchtigen. 
Sollte dies wegen des Gleichanteils zu Problemen führen, wären diese mit 
einer Vollbrücke lösbar. Zukauf ist daher keine Alternative, zumal wir 
auf das Gesamtsystem ein Patent haben.

Autor: Johannes (Gast)
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> Die anregende Spannung ist rechteckförmig und es entsteht ein weitgehend
> sinusförmiger Strom.

Also ein resonanter Betrieb; warum sagst du das nicht gleich? Die 
anregende Spannung ist dann aber nur an der Halbbrücke rechteckförmig, 
am Übertrager nicht mehr. Und in diesem Fall müssen die IGBTs auch nicht 
hart schalten, wenn man die Regelung richtig macht.

> Push-Pull würde den Gleichanteil zwar vermeiden, hätte jedoch einen
> elementaren Nachteil: in der Phase, wo beide IGBT ausgeschaltet sind,
> würde der sekundäre Schwingstrom über die Dioden generatorisch gegen den
> Zwischenkreis arbeiten und dabei natürlich schnell abklingen.

Das ist bei der Halbbrücke auch so. Du kannst entweder eine positive 
oder eine negative Spannung anlegen, der Strom fließt dann auch manchmal 
in den Zwischenkreis zurück. Bei der Vollbrücke muss natürlich die 
primäre Windungszahl des Übertragers doppelt so groß sein.
Und warum willst du in einer Phase beide IGBTs ausschalten? Du kannst 
auch hier abwechselnd high/low schalten, die beiden Phasen invers 
zueinander. Dann bleibt der Spannungs-/Stromverlauf am Übertrager vom 
Prinzip her gleich wie bei der Halbbrücke, allerdings verdoppelt sich 
die Spannung und der Strom halbiert sich, ohne dass man dafür die 
Spannungsfestigkeit der IGBTs erhöhen muss.

> Da hierbei durch den Oberwellengehalt massive EMV Probleme auftreten,
> wurde dieses Steuerkonzept schnell verworfen.

Das sehe ich nicht so, der Oberwellengehalt ändert sich dadurch nicht. 
Die EMV-probleme sollten hier eher geringer als bei der Halbbrücke sein.

> Allerdings wäre es evtl. lohnend, wieder darauf zurückzugreifen.

Ja, vermutlich schon.

Ich versteh jetzt aber immer noch nicht, warum im Trafo die Frequenz 
5-25 kHz ist und die IGBTs mit 100 kHz schalten. Oder sind das zwei 
unterschiedliche Projekte?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Daniel (Gast)

>Kupferverluste. Es bestehen hierbei Erfahrungen mit 50kVA
>Ringkerntransformatoren und wassergekühlter Sekundärwicklung.

Vielleicht bei deinen Kollegen, aber nicht bei dir.

>Inversbetrieb ist mit den IGBTs kein Problem, da die eingesetzten Module
>ausnahmslos mit Dioden ausgestattet sind.

[ ] Du hast den Inversbetrieb verstanden.

Inversbetrieb heißt, dass der Strom im wesentlichen NICHT durch die 
antiparallele Diode fließt, sondern durch den MOSFET. Und das kann nur 
der MOSFET, kein IGBT. Sperrschichten, Ladungsträger und so. Ausserdem 
ist Inversbetrieb nur bei kleinen Betriebsspannungen von Bedeutung, ich 
sag mal 24V und weniger, denn nur dort hat der MOSFET nennenswert 
geringere Leitungsverluste als eine Diode.

> Schaltet der High-Side IGBT
>ab, kommutiert der Strom auf die Low-Side-Diode. Gleichzeitig ist der
>Low-Side-IGBT eingeschaltet.

Das interessiert den Strom aber nicht, der fließt AUSSCHLIEßLICH duch 
die Diode.

>Push-Pull würde den Gleichanteil zwar vermeiden, hätte jedoch einen
>elementaren Nachteil: in der Phase, wo beide IGBT ausgeschaltet sind,
>würde der sekundäre Schwingstrom über die Dioden generatorisch gegen den
>Zwischenkreis arbeiten und dabei natürlich schnell abklingen.

Komisch, beim simplen Royer Converter ist das kein Problem. Warum 
nur?

>Für das fehlende "Wissen und Können" funktioniert die -seit 2007 im
>Einsatz befindliche- Schaltung erschreckend gut!

Garantiert nicht von dir entwickelt und gebaut. Bestenfalls mit einer 
gehörigen Portion Glück nachgebaut.

>einer Vollbrücke lösbar. Zukauf ist daher keine Alternative, zumal wir
>auf das Gesamtsystem ein Patent haben.

Deine Kollegen . . . ;-)

Mfg
Falk

P S Erinnert mich an den Thread vom Maschinenbauer, der mal locker für 
100 Euro einen 1kW? Wechselrichter nebenbei selber stricken wollte. 
Finde ich den wieder? Mal suchen.

Ahhhh, hier isser. Wie hab ich ihn gefunden? Mit dem Schlüsselwort 
"Milchmädchenrechnung", sehr bezeichnend.

Beitrag "Re: IGBT H-Brücke - weggeschossen"

Njoy ;-)

Autor: Daniel (Gast)
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Es ist ziemlich anmaßend, nach ein paar Beiträgen im Forum die Kompetenz 
eines Ingenieurs anzweifeln zu wollen. Ebenso ist die Schlussfolgerung, 
wer die Schaltung entwickelt haben soll oder wer nicht. Im Gegenzug wird 
inkompetenter Unsinn erzählt z.B. dass Blech nicht geeignet sei wegen 
der Ummagnetisierungsverluste.

Grundsätzlich ging es mir um den Zukauf eines Kleintransformators, weil 
die flüssigkeitsgekühlten Ringkerntypen kostenmäßig und konstruktiv 
nicht auf diesen Leistungsbereich gebracht werden können. Das ist der 
Grund und nicht dass wir zu blöde wären, einen 50kVA Trafo auf 5KVA zu 
reduzieren.

Den Inversbetrieb des MOSFET habe ich verstanden, immerhin habe ich 
schon als Studienarbeit ein 25A Niederspannungsnetzteil gebaut. Dabei 
kommutierte der Strom auf die Diode im Low-Side-MOSFET und zur Reduktion 
der Verlustleistung wurde dann noch der MOSFET eingeschaltet. Das war 
aber eine Niederspannungsanwendung. In dieser Anwendung hier ist es 
absolut irrelevant, ob der Strom im IGBT-Modul durch die Diode oder den 
IGBT fließt. Wichtig ist alleine, dass die Spannung definiert anliegt - 
und das tut sie, weil in die eine Richtung die Diode leitet und in die 
andere Richtung der IGBT. Das kommt nach außen hin genau auf's Gleiche 
raus.

Das Prinzip hatte ich oben beschrieben (Stromnulldurchgang). Lies es 
nochmals und verstehe!

Der Royer-Konverter ist eine völlig andere Grundlage und für unsere 
Anwendung nicht zu gebrauchen. Hier geht es darum, den Oszillatorstrom 
mit PWM zu kontrollieren. Und dies nicht nur im Resonanzpunkt. 
Zugegebnermaßen ist es nicht leicht dies zu verstehen, weil ich hier die 
Applikation nicht ganz offenlegen kann und darf. Dann wäre vieles sicher 
etwas klarer.

Mitte dieses Jahres wird das überarbeitete Produkt aktiv beworben 
werden, dann wird sich schon zeigen, dass es funktioniert.

P.S.: Ein 1kW Inverter für 100 EUR ist in Serienproduktion problemlos 
umsetzbar. Im Selbstbau würde ich es auf ca. 300 EUR Material rechnen.

Autor: Michael O. (mischu)
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Warum willst Du IGBTs nehmen?
Wir haben mal eine serienresonante dreiphasige Brücke zum Übertragen von 
40kW bei ca 12kHz aufgebaut. Das zwitscherte trotz vergossener Trafos 
ganz gut rum. Die IGBTs haben auch gut Verluste prodzuiert. Aufgrund 
einer hohen Zwischenkreisspannung brauchten wir 1200V Bauteile - da 
schieden MOSFETs aus.

Aber in deinem Fall wüde ich doch eher über MOSFETs nachdenken!!
Die können deutlich schneller schalten und bei z.B. 100kHz kämest Du mit 
einem Bruchteil des Kernvolumens aus....

Autor: Johannes (Gast)
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> Aber in deinem Fall wüde ich doch eher über MOSFETs nachdenken!!
> Die können deutlich schneller schalten und bei z.B. 100kHz kämest Du mit
> einem Bruchteil des Kernvolumens aus....

Er will die Transistoren aber hart schalten, so dass die Schaltverluste 
in den Dioden deutlich größer sind als die Schaltverluste des 
Transistors.

Bei den Mosfets sind die Body-Dioden deutlich schlechter die Dioden, die 
zu dem IGBT parallelgeschaltet sind. Deswegen würde ich schon sagen, 
dass IGBT hier die richtige Entscheidung sind.

Autor: Daniel (Gast)
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MOSFET werden nur bei HF Invertern eingesetzt und hier auch nur ungern. 
Hochspannungs-FETs altern und sterben nach wenigen Jahren scheinbar ohne 
Grund. Der Effekt wurde zusammen mit den Herstellern untersucht und auf 
ungleiche Stromdichten innerhalb der einzelnen Zellen zurückgefüht. Es 
ist mit ein Grund, warum heute kaum noch MOSFET mit hohen Spannungen 
hergestellt werden. Sämtliche Typen sind abgekündigt und es existieren 
keine vergleichbaren Nachfolger. Eine Alternative sind IGBT, die 
alternierend geschaltet werden (Eldec).

Eine Frequenz von 100kHz würde zwar den Trafo verkleinern, jedoch 
anderweitig Probleme schaffen. Die Verkabelung wird viel aufwendiger 
(Skineffekt, parasitäre Induktivitäten), die Steuerung müsste auf FPGA 
umgestellt werden...

Autor: Fralla (Gast)
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>MOSFET werden nur bei HF Invertern eingesetzt und hier auch nur ungern.
>Hochspannungs-FETs altern und sterben nach wenigen Jahren scheinbar ohne
>Grund.
Haha, gerade bei Mosfets im Spannungsbereich bis 600V gab es extreme 
Fortschritte. Stichwort CoolMos, Superjunction, MDmesh.
Ich setz in meinen Wandlern(bis ca 20kW) ausschließlich Mosfets ein. Der 
letzte hatte zwei "geinterleavte" 6kW Phase Shift Brücken getaktet mit 
~125kHz (definitiv kein HF, oder?).  Pimär arbeiteten bekannte 
IPW60R045CP und weil Stückzahl den Preis mach auch auf der PFC.
Da rinnt Prinzibbedingt der Strom verkehrt rum, Mosfet kann man ja 
trotzdem einschalten.

Warum bei diesem merwürdigen Serienresonanzwanlder IGBTs eingesetzt 
werden weis ich nicht. Man kennt ja den Rest nicht.

Und alter tun Mosfets nicht wie du es beschreibst.
Hab 600V fets seit 2004 im Einsatz, und diese PFC läuft seit dem 
365d/24h. Keine Mofet ausfälle. Da werden vorher Elkos steben, was auch 
gut ist zu lange darf das Gerät auch nicht funktioniern.

Bald gibts 600V 22mOhm in TO-247....

Für Spannugen über 600V siehts anders aus da gibts keine ordenlichen 
Fets.

MFG

Autor: Michael O. (mischu)
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Johannes schrieb:
> Er will die Transistoren aber hart schalten, so dass die Schaltverluste
> in den Dioden deutlich größer sind als die Schaltverluste des
> Transistors.

Öhem, weiter oben ist von einem sinusförmigen Strom die Rede und einem 
weichschaltenden Betrieb...
Parallel zu den MOSFETs kann man auch gute Dioden schalten, wenn die 
Bodydioden nicht gut genug sein sollten.

Bei IGBTs hat man ja noch zusätzlich den Tailstrom der einen 
höherfrequenten Betrieb begrenzt.

Daniel schrieb:
> Eine Frequenz von 100kHz würde zwar den Trafo verkleinern, jedoch
> anderweitig Probleme schaffen. Die Verkabelung wird viel aufwendiger
> (Skineffekt, parasitäre Induktivitäten), die Steuerung müsste auf FPGA
> umgestellt werden...

Welche Verkabelung?? Das hört sich nach einem fliegenden Aufbau an!

Skin-Effekt - ja aber das ist doch eigentlich nur in den Trafowicklungen 
ein Problem. Dafür gibt es Kupferlitze oder Flachkupferwicklungen.
Auf der Platine sind die Leiterbahnen eh recht dünn, also kein Problem.

Bei 10 kHz gegenüber 100kHz Schaltfrequenz ist der Stromripple auch mal 
geschmeidige Faktor 10 größer! Der Trafo sollte laut obiger Spek 
"kompakt" sein, was er bei 10kHz eher nicht ist.

FPGA: 100kHz wäre auch nur die Schaltfrequenz, da muss nicht gleich ein 
FPGA her. Typischerweise muss die Regelungsbandbreite um den Faktor 5-10 
kleiner als die Schaltfrequenz sein. Also könnte auch nach wie vor ein 
uC (oder was Du hast) die Schaltsignale erzeugen.

Autor: Johannes (Gast)
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> Öhem, weiter oben ist von einem sinusförmigen Strom die Rede und einem
> weichschaltenden Betrieb...

Ja, er hat aber auch explizit nach IGBTs für hartes schalten gefragt, 
deshalb hab ich das so verstanden.

> Parallel zu den MOSFETs kann man auch gute Dioden schalten, wenn die
> Bodydioden nicht gut genug sein sollten.

Das hilft aber nicht wirklich; wenn die schlechte Body-Diode parallel 
zur externen Diode liegt, hat man trotzdem die vollen Verluste durch die 
"reverse recovery charge" der Body-Diode. Man muss dann noch eine 
weitere Diode in Reihe zum Mosfet schalten, was dann aber ziemlich 
aufwendig wird.

Autor: Fralla (Gast)
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Es ist von einem Sinus mit 10kHz die Rede, dann Taktfrquenz 100kHz....

Wiso sollte man etwas über die Bodydiode laufen lassen? Wie bei 
Synchrongleichrichter kann oder besser sollte man dies verhhindern indem 
man den Kanal einschaltet. Irgendwann leitet die Diode trotzdem, wenn 
der SPannungsabfall höher wird. Bei weichem Schalten wäre es nicht 
störend, da der Strom mit kontrolliertem di/dt runtergefahren wird.

Autor: Daniel (Gast)
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Ja, bis 600V gab es Fortschritte, aber 600V sind in dieser Anwendung 
nicht ausreichend. Bei 480V Netzeingang ist die Zwischenkreisspannung zu 
hoch. Mit etwas Reserve sind 900V die unterste Grenze, üblicherweise 
kommen 1200V Typen zum Einsatz. 1200V MOSFET sind nahezu vollständig 
abgekündigt - bis auf einen Siliziumcarbid-Spezialtyp, der unbezahlbar 
ist. Bei Gegentakt-Flusswandlern oder PFC Schaltungen am 230V Stromnetz 
gibt es keine Probleme, da reichen die 600V Typen aus. Und die 
funktionieren auch zuverlässig. Eine Alternative wäre, den Zwischenkreis 
in der Spannung abzusenken (gesteuerter Gleichrichter oder 
Vorschalttrafo), das macht man ber bei Kleingeräten mit 
Spannungszwischenkreis nicht.

Beim IGBT kann ein gute Diode parallelgeschaltet werden (ist im Modul 
der Fall), und diese nimmt dann praktisch 100% des Stroms auf, weil der 
IGBT selbst invers bei dieser Spannung kaum leitet. Beim MOSFET ist die 
Bodydiode dahgegen nennenswert stromführend, wenn nicht eine 
Schottkydiode mit geringer Durchlaßspannung parallelliegt. Und das geht 
bei mehreren 100V nicht mehr. Die Verkabelung vom Inverter hin zu der 
Anbwendung kann schonmal 10m betragen. Der Skineffekt spielt da ein 
Rolle, das ist beim Berühren der Kabel spürbar. Am Inverter ist 
sichtbar, ob ein Leiterpaar oder ein bifilares Leiterquartett zum 
Einsatz kommt.

Mit dem Controller könnte ich mühelos 500kHz erzeugen, die True-RMS 
Messwertaufnahme klappt dann aber nicht mehr. Ca. 100kHz werden die 
Grenze sein und die gehen von der Anwendung her schon  nicht mehr 
(Stromeindringtiefe in Schweißnaht).

Das harte Schalten ist nicht zu vermeiden, je nach Anwendung. Der Strom 
ist ein recht saubrer Sinus, der Phasenwinkel kann jedoch zwischen 0 und 
ca. 65 Grad liegen.

Autor: Fralla (Gast)
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> Bei 480V Netzeingang ist die
Wäre das früher erwähnt worden, hätte man sich die Mosfet Diskussion 
schenken können...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fralla (Gast)

>> Bei 480V Netzeingang ist die
>Wäre das früher erwähnt worden, hätte man sich die Mosfet Diskussion
>schenken können...

Ach was, wer will den schon sachlich und kompakt diskutieren . . .
Netiquette? Fehlanzeige.

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