Der Titel sagt eigentlich alles.
Die Schaltung in push_pull_opto.png soll zum isolierten Ansteuern eines
solid-state-relay benutzt werden. Die Schaltung besteht aus einem 4N25
Optokoppler der an einer Push-Pull Stufe zieht. Wenn ich die Schaltung
in LTSpice simuliere bekomme ich das gewünschte Resultat, e.g. die
Spannung an der Last R3 steigt/fällt auf VCC (+10V) bzw. VEE (-10V).
Wenn ich die Schaltung auf dem Breadboard aufbaue und die push-pull
Stufe weglasse funktioniert sie, d.h. der Emitter des Phototransistors
bewegt sich zwischen VCC und VEE.
Wenn ich allerdings die Push-Pull Stufe hinzufüge funtkioniert es nicht
mehr. Wenn ich 5V auf den Eingang gebe sinkt die Spannung an der Last
auf VEE (-10V). Wenn ich aber 0V auf den Eingang gebe steigt die
Spannung an der Last nur auf ca. -2.8V (anstatt auf VCC=+10V).
Habe leider nicht all zu viele Erfahrungen mit push-pull stages. Ich
habe die current gains (hFE) der beiden Bipolartransistoren auf ca. 500
gemessen.
Bin mir auch nicht sicher ob es ok ist, das gate des Phototransistor
floating zu lassen in der Breadboardschaltung?
Könnte mir vorstellen, dass der Pullup an den Basen zu schwach ist. Du
hast da ja nur 100k verbaut. Versuch doch mal 10k.
Außerdem wäre ein Widerstand direkt an jeder Basis noch ganz gut, damit
der Basis-Strom nicht zu hoch werden kann.
Und was ist im realen Aufbau für eine Last dran?
Habe den Pull-Up im Breadboard mit einem 10kOhm Pull-Up ersetzt ohne
Erfolg.
In der Realität hängen als Last die Gates zweier IGBTs dran. Ich habe
die Schaltung auch bereits mit korrekter Last (also IGBT
Gate-Kapazitäten) simuliert und die Simulation hat gut funktioniert.
Rückblickend kommt mir das jetzt allerdings etwa suspekt vor. Kann man
eine kapazitive Last überhaupt mittels einer bipolaren push-pull Stufe
ansteuern?
Scheint zumindest in der Simulation zu klappen...
Muss wohl morgen den Aufbau nochmals überprüfen und den Thread hier
updaten...
Hallo,
ok, und hast Du die Schaltung auf dem Steckbrett mal ohne die IGBTs
getestet? Kann es sein, dass Du die Transistoren falsch eingebaut hast?
(Pins vertauscht?).
Ja, ein Foto vom Aufbau wäre tatsächlich ganz gut.
osterhase schrieb:> Der Aufbau ist im Bild im Anhang gezeigt.
Leider ist die Verschaltung der Transistoren nicht brauchbar zu
erkennen. Mir gibt aber sehr zu bedenken, dass wie die eingesteckt sind
und dass die flachen Seiten in die selbe Richtung zeigen. Da ist wohl
ein Transistor verdreht herum drin...
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Da ist wohl ein Transistor verdreht herum drin...> ... und zwar der obere von beiden...
Volle Zustimmung.
War sowieso mein erster Verdacht deshalb die bitte um Bild.
osterhase schrieb:> Die Schaltung in push_pull_opto.png soll zum isolierten Ansteuern> eines solid-state-relay benutzt werden
Ähem. Wenn wir man annehmen, daß das sinnvoll wäre, dann ist R2 mit
100KΩ ein bißchen sehr hochohmig. ABER:
Was will man bei einem Solid-State Relais mit einer Push-Pull Stufe? Was
will man bei einem Solid-State Relais mit einem extra Optokoppler? Ein
Solid-State Relais ist doch selber bereits ein Optokoppler. Dessen
Steuereingang geht mehr oder weniger direkt auf eine LED. Manchmal noch
mit einem Vorwiderstand oder sonst einer Strombegrenzung (für einen
weiten Bereich der Steuerspannung).
Die ganze Schaltung ist vollkommener Unsinn. Das Solid-State Relais
schließt man einfach an Stelle der LED im Optokoppler U1 an und fertig.
Ob man R1 braucht oder ob der bereits im Solid-State Relais eingebaut
ist, entnimmt man dem Datenblatt.
Ja. Aber von SSR war später dann plötzlich nicht mehr die Rede:
osterhase (Gast) schrieb am/um 07.12.2020 21:22
>In der Realität hängen als Last die Gates zweier IGBTs dran. Ich habe>die Schaltung auch bereits mit korrekter Last (also IGBT>Gate-Kapazitäten) simuliert und die Simulation hat gut funktioniert.
Hallo
Ich habe die Schaltung jetzt mit gedrehtem Transistor getestet und sie
hat funktioniert.
Bezügl. des SSR: Ich muss auf einem PCB einen Schaltmechanismus
implementieren der ca. 800V isolieren kann. Dafür schalte ich zwei 1.2kV
IGBTs "back-to-back" die dann als Solid-State-Relay funktionieren.
Die Gates dieser beiden IGBTs steuere ich isoliert über den Optokoppler
an. Ich habe nach SSRs für PCBs geschaut konnte allerdings nichts finden
für 800V/10A.
osterhase schrieb:> Habe leider nicht all zu viele Erfahrungen mit ...
LTSpice???
Du hast da einen Optokoppler der das Potential trennt. Vor allem GND.
Das mag LTSpice und auch andere Simulationsprogramme nicht.
Also die Masse, GND, ist rechts bei V1 vorhanden. Und links hast Du B1
mit Masse. Aber out_iso hat keine elektrische Verbindung mit der linken
Seite. Das LTSpice nicht einen Fehler meldet wundert mich sehr. Kann
sein das der Optokoppler keine unendliche Isolation hat.
Verbinde fgnd mit einem sehr hohen Widerstand zu GND, die Masse. 10 -
100 MEG dürften nicht stören.
Ein Tipp: Immer das asc-File mit dabei anhängen.
mfg Klaus
osterhase schrieb:> Bezügl. des SSR: Ich muss auf einem PCB einen Schaltmechanismus> implementieren der ca. 800V isolieren kann.
Unklar. Brauchst du 800V Isolation zwischen Steuerseite und Lastseite
oder tritt im (offenen) Lastkreis eine Spannung von 800V auf, die das
SSR trennen können muß?
> Dafür schalte ich zwei 1.2kV IGBTs "back-to-back" die dann als> Solid-State-Relay funktionieren. Die Gates dieser beiden IGBTs> steuere ich isoliert über den Optokoppler an.
Mit anderen Worten: du baust dein eigenes SSR. Kann man natürlich
machen. Ist aber nicht unaufwendig. Und es sieht so aus, als würdest du
mit 800V im Lastkreis rechnen.
> Ich habe nach SSRs für PCBs geschaut konnte allerdings nichts finden> für 800V/10A.
SSR für 600V AC sind handelsüblich. Die sperren dann auch typisch bis
1200V Spitzenspannung. Die Bauform trägt der Tatsache Rechnung, daß die
ca. 3V Spannungsabfall zu ordentlichen Leitverlusten führen. Bei deinen
10A immerhin 30W. Da braucht man einen Kühlkörper; direkte Montage auf
der Platine bringt da eher nichts. Obwohl man natürlich ein Sandwich aus
Kühlkörper, Platine und SSR bauen kann.
Mit deinen IGBT änderst du die Physik nicht. Weniger als 3V
Durchlaßspannung wirst du nicht erreichen. Von der Baugröße wirst du
nichts gewinnen. Die dominiert sowieso der Kühlkörper.
Axel S. schrieb:> SSR für 600V AC sind handelsüblich. Die sperren dann auch typisch bis> 1200V Spitzenspannung. Die Bauform trägt der Tatsache Rechnung, daß die> ca. 3V Spannungsabfall zu ordentlichen Leitverlusten führen. Bei deinen> 10A immerhin 30W. Da braucht man einen Kühlkörper; direkte Montage auf> der Platine bringt da eher nichts. Obwohl man natürlich ein Sandwich aus> Kühlkörper, Platine und SSR bauen kann.>> Mit deinen IGBT änderst du die Physik nicht. Weniger als 3V> Durchlaßspannung wirst du nicht erreichen. Von der Baugröße wirst du> nichts gewinnen. Die dominiert sowieso der Kühlkörper.
Die Schaltung habe ich nun mit einigen 600V IGBTs getestet, die bei mir
rumlagen und sie funktioniert soweit wie erwartet. Mit den Leitverlusten
in den IGBTs hast du natürlich recht. Das SSR kommt allerdings auf eine
Platine drauf wo sowieso schon ein Kühlkörper mit Fan draufmontiert ist,
ich mache den Kühlkörper dann etwas länger und schraube noch die IGBTs
(mit Isopad) dran.
Durch das SSR soll ein Kondensator resonant in Serie zur einer Spule
geschaltet werden. Dadurch wird in meinem Versuchsaufbau ein Magnetfeld
von ca. 100kHz erzeugt werden. Magnetfelder sollen aber auch closed-loop
vorgegeben werden können mit einer Regelbandbreite von ca. 1kHz. Dazu
wird der Kondensator über das SSR kurzgeschlossen (zuvor wird die
Energie die im Resonanzkreis gespeichert wird durch einen Bremschopper
absorbiert). Wenn das SSR allerdings offen ist muss es die resonante
Spannung an der Kapazität blockieren und das werden ca. 800V bis 2kV
sein. (Kann die Spannung nicht genau vorhersagen. Eigtl. sollte es mit
800V funktionieren, falls meine Versuche nicht funktionieren müsste ich
die Resonanzfrequenz erhöhen was zu einer höheren
Sperrspannungsbeanspruchung des SSR führen würde bis ca. 2kV).
Für die Applikation dachte ich sei ein diskretes SSR nicht schlecht
geeignet. Falls ich eine höhere Sperrspannung brauche kann ich einen
IGBT mit höherer Sperrspannung nehmen (die gibt es bis ca. 3.5kV mit
weniger als 3V Spannungsabfall).
>Dadurch wird in meinem Versuchsaufbau ein Magnetfeld>von ca. 100kHz erzeugt werden.
Ein Optokoppler 4N25 ist bestimmt nicht das richtige für solch hohe
Frequenzen, wenn die Schaltflanken noch einigermaßen erkennbar sein
sollen.
Und wie es mit Deinen IGBT dabei aussieht, musste halt mal in deren
Datenblättern schauen ...
Jens G. schrieb:> Ein Optokoppler 4N25 ist bestimmt nicht das richtige für solch hohe> Frequenzen, wenn die Schaltflanken noch einigermaßen erkennbar sein> sollen.> Und wie es mit Deinen IGBT dabei aussieht, musste halt mal in deren> Datenblättern schauen ...
Das SSR bzw. der Optokoppler muss nur geschaltet werden wenn die
Schaltung vom Resonanzmodus (L und C schwingen) in den closed-loop modus
(nur L wird mit Vollbrücke angesteuert) wechseln muss. Das geschieht mit
einer Frequenz von max. 50Hz.
push_pull_opto.PNG
(19 KB)
simres.PNG
(16 KB)
