Guten Tag liebes Forum, ich soll für ein Forschungsprojekt ein Hochspannungsschalter bauen. Bei diesem sollen 55 JFETs (1200V) in Reihe und gleichzeitig geschaltet werden, um 60kV am Ende zu erhalten. Den Anfang bildet ein Niederspannungsmosfet, der 30V halten soll. Zum Schutz vor Überspannung werden parallel zu diesen Bauteilen Transorbdioden geschaltet. Links von den Bauteilen werden jeweils parallel Widerstände und Kondensatoren platziert. Hier stellt sich die Frage wie schnell die Schaltgeschwindigkeit sein soll und welche Toleranzen man annehmen kann. Der Einschaltvorgang soll dabei unter 10ns bleiben. Zunächst soll aber das RC-Glied so dimensioniert werden, dass dieses mit den parasitären Kapazitäten der JFETs symmetrisch runterkommen. Da die Frequenzgänge proportional sein müssen, gilt: R1/R2 = C1/C2. Die Gate Charge der JFETs muss hier umgeladen werden. Mein Betreuer meint C2 soll gegenüber C1 groß gewählt werden. 18A fließt durch die gesamte Schaltung. Nun meine Frage: Wie berechne ich die Werte für die RC Glieder? Habe im Internet leider nichts hilfreiches gefunden und stehe auf dem Schlauch. Um hifreiche Kommentare und Anregungen wäre ich sehr dankbar. P.S.: Im Anhang habe ich die bisherige Simulation angehängt.
Gast
#6324045
60 kV und 18 A in 10 ns, und das vor dem Mittagessen... Und nicht in der Lage ein RC zu berechnen. Wie naiv (um nicht zu sagen wie blöd) kann man eigentlich kurz vor einem Hochschulabschluss sein? Jedenfalls überrascht mich dieses Forum jeden Tag auf neue :-) Ich würde mal deinen Betreuer fragen, und ohne brauchbare Antwort die Weiterarbeit verweigern.
Hallo, bei knapp 1,1 MW geschalteter Leistung sollte in den 10 ns nicht zu viel Verlustleistung in den J-FETs entstehen. https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://www.researchgate.net/publication/3340901_Fast_high_voltage_switching_using_stacked_MOSFETs&ved=2ahUKEwihwNHpw67qAhXNeZoKHQ9pBrU4ChAWMAJ6BAgGEAI&usg=AOvVaw0b9CIQ3f8WRKSEgr81NpsY MfG
Habe noch einen Fehler in der Simulation entdeckt, so müsste es passen. Aus dem oberen Teil soll ein frequenzkompensierter Spannungsteiler entstehen, der dimensioniert werden muss. Und bitte nur ernsthafte Antworten, ansonsten kann man sich die Zeit auch schenken.
Gast
#6324230
Sibille S. schrieb: > Und bitte nur ernsthafte Antworten, Dann locke die Leute nicht mit einer falschen Überschrift. ;) https://de.wikipedia.org/wiki/Kaskadierung https://de.wikipedia.org/wiki/Kaskode LG old.
O. schrieb: > Dann locke die Leute nicht mit einer falschen Überschrift. Genau, bin auch drauf reingefallen. Kaskode ist auch nicht so einfach zu verstehen. Daher jede ausführliche Erklärung willkommen bei mir. BTW. Kann zip asc file nicht öffnen. Bitte ein Format wählen, dass man auch ohne Installation von Fremdsoftware zumindest angucken kann. Sonst wird das hier nichts. ciao gustav
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Beitrag #6324392 wurde von einem Moderator gelöscht.
da ist es
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Hallo, schon mal bei Behlke unter www.behlke.com geschaut? Da gibt es das fix und fertig.
Die Schaltung? Die Simulation an sich bedarf nicht weiterer Bauteile. Mein Problem liegt eher im Berechnen der RC Glieder, sodass die Frequenzgänge proportional werden
Nee, fertiges Modul, auf Wunsch bis 120 KV
Gast
#6324426
> Kaskode ist auch nicht so einfach zu verstehen. > Daher jede ausführliche Erklärung willkommen bei mir. https://www.youtube.com/watch?v=Op_I3Ke7px0
das nützt mir leider nichts, soll eine eigene schaltung aufbauen :/
Tip: Behlke hat Patente auf die Module angemeldet. Frank Behlke assignee. Sind aus den Achtzigern, der macht es etwas anders.
Gast
#6324481
... unter Tool in LTspice 6 Zeile 1 Spalte [Copy to Bitmap to Cipboard] verhindert, daß Teile des Bildscirms mit angezeigt werden .... Danach z.b. mit Gimp auf . jpg wechseln In der zip Datei kann .raw .log und .net eingespart werden spart Datenspace auf dem Laptop Thanks zum Thema ... 55 JFETs (1200V) ...sportlich, da wünscht man sich doch zuerst einmal eine korrekte CO2 neutrale Simulation ;-) ?? https://www.mouser.de/pdfDocs/USCi_AN0004-Cascode-Configuration-Eases-Challenges-of-Applying-SiC-JFETs.pdf https://www.mouser.de/new/unitedsic/unitedsic-sic-cascodes/ ?? https://www.hpe.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/06058660_01.pdf und für LTspice .meas und https://core.ac.uk/reader/33499378
Gast
#6324501
Was fällt Euch ein? Antwortet gefälligst anständig! Das ist doch wurscht, ob es ein Cascode-Amplifier, eine Vervielfacher-Hochspannungskaskade, oder gar eine kaskadierte Reihenschaltung von Leistungshalbleitern ist. Ihr habt gefälligst zu liefern, ansonsten kann man sich das auch "schenken". Sagt sie...
Nichtverzweifelter schrieb: > Ihr habt gefälligst zu liefern, ansonsten kann man sich das auch > "schenken". Sagt sie... Jahwoll. Man sollte nicht so herumeiern, sondern gerade stehen und liefern. Nennt sich auch Zielorientierung. mfG.
Gast
#6325100
Oder auch: Einfach seine Diplomarbeit selber machen.
Vielen Dank erstmal für die Links, einige waren hilfreich. Im Internet habe ich leider nichts darüber gefunden, wie man die Werte berechnen könnte..hat jemand vielleicht ein Tipp oder Ideen wie man da am besten vorgeht? Ich beschäftige mich erst seit kurzem mit Elektrotechnik :/
Im Internet findet man nur dann etwas, wenn es ein freundlicher Mensch mal hineingestellt hat. Fast alles ist in Büchern oder Scripten zu finden (auch in "veralteten"). Die Unibibliothek ist da eine wahre Fundgrube, Suchen kostet halt Zeit. Ältere Semester fragen, notfalls Assis oder Dozenten. Mit "hemmungslosem" Fragen hatte ich viel erreichen können; Manche sind froh, wenn sie Interesse verspüren und ihre Kenntnisse einmal preisgeben können. Im schlimmsten Fall bekommt man nur eine Absage, ohne weitere Folgen.
Sibille S. schrieb: > um 60kV am Ende zu erhalten. Sibille S. schrieb: > 18A fließt durch die gesamte Schaltung. Hast Du denn entsprechende Ausbildungen und dicke Schutzanzüge, die Arbeiten an 1MW erlauben? https://youtu.be/xFnq1AzHfrQ?t=197
Gast
#6325506
zuerst einmal nur in Formeln auf dem Papier und Simulation .... Wird später vielleicht mal so ein großer aber mit mehr Infos zum Projekt, steigt die Wahrscheinlichkeit besserer Infos
60kV, 18A bei schneller Schaltzeit. Ist das nicht so in dem Größenbereich, wo Schaltröhren in der Größe einer Mülltonne eingesetzt werden?
Gast
#6325613
.. gibt auch andere die solche Leistungen benötigen http://www.cestems.org/uploads/20170928/15065665552075.pdf https://www.electropages.com/blog/2020/07/mitsubishi-launch-n-series-1200v-sic-mosfet
Gast
#6325621
Nehmen wir mal an, am Ausgang hängt ein 10cm langes Stück Draht, also ~10pF. Nun rechne einfach mal aus, welcher Impulsstrom nur in diesen Draht alleine fließen muß, um ihn in den geforderten 10ns auf 60kV aufzuladen.
Immer die gleichen Deppen, die sich als weiblich ausgeben und keine Ahnung haben. Scheint zu korrelieren. Junge, Tiefpass wird an jeder Wald und Wiesen Hochschule im ersten Semester in Mathe1 behandelt aber wir sind ja hier im Hausaufgabenforum für Bedepperte, ich vergaß! Also alle mit Helfersyndrom: Auf gehts.
Gast
#6325812
Max H. schrieb: > 60kV, 18A bei schneller Schaltzeit. > > Ist das nicht so in dem Größenbereich, wo Schaltröhren in der Größe > einer Mülltonne eingesetzt werden? https://indico.cern.ch/event/656491/contributions/2947267/attachments/1628338/2600446/Barnes_FCC_Marx_generators_InjectionKckers.pdf
Erst seit kurzem E-Technik und dann gleich so ein Projekt?? Ist wohl wieder Freitag...
Gast
#6325826
Abdul K. schrieb: > Erst seit kurzem E-Technik und dann gleich so ein Projekt?? > > Ist wohl wieder Freitag... 3. Juli und Corona-Distanc-Euducation-Time at Highscools ... doch ganz normal, zuerst werden die max-Forderungen vom Prof gestellt und mit der Zeit adaptiert es sich ...
Gibt es nicht einfach eine simple Formel mit der ich die Werte berechnen kann?
Sibille S. schrieb: > Gibt es nicht einfach eine simple Formel mit der ich die Werte berechnen > kann? 1 fg = ------------------- 2 x PI R C
Gast
#6328950
> Ich beschäftige mich erst seit kurzem mit Elektrotechnik :/ > .. um 60kV am Ende zu erhalten.. > ..18A fließt durch die gesamte Schaltung.. > ..soll dabei unter 10ns bleiben Sportlich unterwegs die jungen Leute heutzutage. Ja, es ist machbar mit etwas Erfahrung. Da die fehlt und der Betreuer auch nix kann wird es ein spannendes Stueck Arbeit. Also diese 1200V Fet gleich in der 1000er Packung kaufen. Und erst mal mit einem, dann zwei, drei vortasten. Nach ein paar Versuchen siehst du, dass die FETs steckbar sein sollten. Also am Besten einen Stecker pro Stufe, wie auf den angehaengten Bild, dann geht das Wechseln schneller. Immer dran denken, du hast nur ein Leben. Also Sicherheitsmassnahmen einhalten. In der Zwischenzeit - lass knallen.
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20200706_112320r.jpg
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Gast
#6329118
Wurde an "triggered spark gaps" gedacht?
Bei 60kV muß man auch an die Feldstärke denken. Spitzen sollte man vermeiden, alle Lötstellen schön kugelförmig machen.
Wenn's nicht so eine Schweinerei waere.. unter Oel.
Gast
#6329338
Diese Schaltung wird egal nicht funktionieren. Es braucht da mindestens noch ein R0 gegen Erde, da sonst R1, R2 die Transistoren J1, J2 immer aufziehen und am Ende nur M1 wirklich sperrt. Die C's genau auf die Transistoren abstimmen geht gar nicht, da die Kapazität sehr spannungsabhängig ist. Aber die Gateladung ist so etwa 100 nC, und bei 1000V am Transistor kommt man in der Größenordnung von 100 pF raus. 100n wie in der Schaltung ist weit daneben. Wichtig bei der Schaltung wäre es, sich einen tauglichen Schutz für die Gates zu überlegen, damit bekommt man die Dinger sonst klar. Die Dioden D1-D6 kann man raushauen, SiC-Transistoren haben allgemein selbst ein gutes Avalance-Verhalten. 10 ns Schaltzeiten sind auch komplett unrealistisch, dazu ist die Impedanz der Schaltung Z=60kV/18A=3.3 kOhm viel zu hoch. 500 ns sind vielleicht drin. Behlke steuert seine Transistoren alle parallel über einen Pulstrafo an. Wenn man sich Mühe gibt, dann funzt das. Kaskode habe ich selbst auch mal mit MOSFETs probiert, das Projekt aber aus Gründen mangelnder Zuverlässigkeit in die Ecke geworfen. Einen Versuch wäre es mit den SiC-N-On-JFETS aber wert. Interessant wäre an dem Ansatz die prinzipielle Skalierbarkeit und die fehlende Notwendigkeit für Gatetrafoisolation. Mein Tipp wäre es, die zeitverschwendenden Simulationen zu unterlassen und einfach mal mit 3 Transistoren so etwas aufzubauen. Sibille S. schrieb: > Dateien: > Schalter.png > > 113 KB, 236 Downloads
Gast
#6329361
Jörg Brutscher schrieb: > Diese Schaltung wird egal nicht funktionieren. > Sibille S. schrieb: >> Dateien: >> Schalter.png Baker, R. J. and Johnson, B. P., "Stacking power MOSFETs for use in high speed instrumentation," Review of Scientific Instruments 63(12), 5799-5801 http://cmosedu.com/jbaker/papers/1992/RSI631992.pdf http://cmosedu.com/jbaker/papers/papers.htm
Die Schaltung im Baker-Paper wird funktionieren, denn da sind die C's an Masse bzw. an Source vom untersten Transistor angebunden. Und mit einer Impedanz von 50 Ohm ist auch Geschwindigkeit möglich. Allerdings wird das maximal Pulsbreiten im zweistelligen Mikrosekundenbereich geben und auch nur bei Nennspannung gescheit funktionieren. Das ganze mit JFETs zu probieren ist insofern interessant, als man auch unbegrenzte Pulslängen so realisieren können sollte. Man braucht aber Widerstände, die im Zustand "Schalter offen" die Gates auf -20V ziehen, Zenerdioden, die die Spannung auf -20V begrenzen, und der Strom durch die Widerstände muß größer als die Leckströme am Gate sein. 100M sollte die Größenordnung treffen. Es wäre schon interessant zu sehen, wie zuverlässig das ganze funktioniert. Insbesondere noch: -Bekommt man noch eine ultraschnelle Überstromabschaltung hin, falls die Last einen Kurzschluss hat? -Was passiert, wenn die offene Schaltstrecke, mit voller Spannung extern kurzgeschlossen wird? -Was passiert, wenn man mit kleinerer Spannung als Nennspannung betreibt?
resi schrieb: > Baker, R. J. and Johnson, B. P., "Stacking power MOSFETs for use in high > speed instrumentation," Review of Scientific Instruments 63(12), > 5799-5801 > > http://cmosedu.com/jbaker/papers/1992/RSI631992.pdf Auweia, ganz ohne Schutzdioden. Eine solche Schaltung wird nicht lange leben. Und nen 40V Transistor mal eben mit 1,5kV zu füttern, ist auch nicht die feine Art. Solche Edelbastlerschaltungen wird man daher in realen Anwendungen nicht finden.
Gast
#6330278
Peter D. schrieb: > resi schrieb: >> Baker, R. J. and Johnson, B. P., "Stacking power MOSFETs for use in high >> speed instrumentation," Review of Scientific Instruments 63(12), >> 5799-5801 >> >> http://cmosedu.com/jbaker/papers/1992/RSI631992.pdf > > Auweia, ganz ohne Schutzdioden. Eine solche Schaltung wird nicht lange > leben. Und nen 40V Transistor mal eben mit 1,5kV zu füttern, ist auch > nicht die feine Art. > Solche Edelbastlerschaltungen wird man daher in realen Anwendungen nicht > finden. Der Trigger arbeitet im avalanche-mode u. mit 15meg an 1,5kv sind das 100μA die der sieht, bei ~120V die hängen bleiben am 2904 sind das 12mW im Transistor. Von Motorola gabs auch Bücher zu der Betriebsart, ~ ende der 60er ;) Egal gibt ja noch weitere Publikationen. http://cmosedu.com/jbaker/papers/1993/RSI641993.pdf Da gibts auch deine Zener und einen Vorschlag zum Problem der nötigen Spg.festigkeit der Kondensatoren. Habe keinen Schimmer wie man 60kV handhaben will. :/
Vielen Dank erstmal für die hilfreichen Tipps (speziell Jörg Brutscher und Jörg B.)!! Habe die Schaltung weiter simuliert und mit 4 JFETs schaltet er auch schon in 30ns. Bei 6 JFETs in Reihe meckert er allerdings und gibt die Fehlermeldung Analysis: Time step too small; time = 4.02122e-06, timestep = 1.25e-19: trouble with j1:j1:jfet_1200-instance j:j1:1:1. Hat jemand eine Ahnung was das Problem ist? Habe bereits den Serienwiderstand der Kondensatoren auf 10mOhm gesetzt,ändert jedoch nichts an der Fehlermeldung.
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TEST.png
(18 KB)
Bei der Schaltung im Baker-Paper kann man auf Schutzdioden verzichten. Wenn man da innerhalb von 2 ns schaltet, dann hat man vorher schon genau dimensioniert, denn die Schutzbeschaltung ist sowieso viel zu langsam. Mit einem Avalance-Transistor auf das Gate des IRF840 einzuprügeln ist schon heftig. Aber wenn man aus einem Transistor, der normal in 20-30 ns schaltet, 2 ns herausholen will, muss man wohl so vorgehen. Auch auf die 10M-Symmetrierwiderstände könnte man verzichten. Auch die IRF840 hatten schon brauchbares Avalanceverhalten. Generell kann man alle Si-MOSFET auch als Zenerdiode betreiben, solange man es mit dem Strom nicht übertreibt. 60 kV bekommt man durchaus noch auf einer Platine unter. Die Abstände muss man halt großzügig auslegen, vielleicht wird das dann 50 cm lang. @ Sibille: Lass doch erst mal die P6KE weg, die tragen zur Funktion der Schaltung nicht bei. Dafür noch 10 Ohm oder wenigstens 1 Ohm vor die Gates, und vielleicht dann eher noch eine kleine TVS-Diode zwischen Source und Gate, die verhindert, das UGS < -20V wird.
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