Hallo,
ich möchte als Zündtreiber den ISL9V3040 verwenden und ich hätte zur
Ansteuerung ein paar Fragen:
- ich würde gerne eine Ansteuerung direkt vom µC aus machen, also mit
+3V3. Im Daten blatt sind alle typischen Angaben mit Vge=5V und aus dem
dazupassenden Diagramm (Figure 14) werd ich auch nicht ganz schlau.
- da der IGBT ja ein Gate hat erfolgt die Ansteuerung fast leistungslos.
Wie hoch soll der Vorwiderstand zur Strombegrenzung sein bzw. wo im
Datenblatt finde ich einen typischen Eingangsstrom für das
Gate/Ansteuerung?
lg mille
> da der IGBT ja ein Gate hat erfolgt die Ansteuerung fast leistungslos
Mit Betonung auf FAST.
Je nachdem, wie oft du schalten willst, brauchst du nämlich ordentlich
Saft, um das Gate richtig anzusteuern, denn ein IGBT-Gate hat bereits
eine recht grosse Kapazität.
Ich habe zwar dein angehängtes PDF nicht angeschaut; aber ich denke dass
dein Vorhaben machbar sein sollte. Bedenke aber:
- wenn du grössere Ströme schalten willst, könnte dein IGBT evtl. in
einen linearen Bereich kommen, und zur Heizung werden, wenn du ihn
wirklich nur mit 3V3 ansteuerst.
- wenn du grössere Schaltfrequenzen planst, dann wird der IGBT evtl.
nicht richtig schalten. Dann solltest du mindestens einen Treiber
vorsehen. Diese laden nämlich mit grossen Strömen (oft im
Ampere-Bereich!) das Gate schnell um, sodass der IGBT schneller
schaltet.
Die Ansteuerung eines IGBT ist identisch mit der eines MOSFET.
IGBTs und MOSFETs sind spannungsgesteuert während Bipolartransistoren
stromgesteuert sind.
Wenn du nun deinen IGBT umschaltest fließt also nur solange ein
(Gatelade)strom bis das Gate ge- oder entladen ist.
Wie hoch der Strom ist hängt davon ab wie schnell du umladen willst.
Um den Strom berechnen zu können wird im Datenblatt die Gateladung (Qg)
angegeben. Das ist die benötigte Ladung, die in das Gate herein oder
herausgeflossen sein muss um den IGBT zu schalten.
Strom ist nun bekanntlich Ladung pro Zeit. Damit kannst du nun den
Gateladestrom ausrechnen.
Beispiel:
Du möchtest deinen IGBT mit Qg=17nC in 100us umschalten.
Ig=Qg/100us = 170uA
Wenn du nun in 1ns umschalten wolltest wären es schon 17A...
Alles klar?
Gruß
Mandrake
Also meine Schaltfrequenz ist nicht sonderlich hoch: ~ max. 100Hz
(Zündanlage für Auto; Annahme: max 10.000 U/min).
Laut "Figure 14" habe ich bei Vce=12V und einer Vge=3,3V eine Qon von
ungefähr 10nC --> P= ~1,5µW (P=Q*U*f). Also leistungsmäßig ist die
Ansteuerung nahezu verlustlos.
Jetzt weiß ich nur nicht wie ich auf den erforderlichen Strom zu
Ansteurung des Gates komme?
Der IGBT hat einen seriellen Gate-Widerstand von 70 Ohm, was mir bei
3,3V eine Strompeak von 47mA verursacht... der µC kann sicher nicht mehr
als 1mA Ausgangsstrom liefern.
Wenn ich den Vorwiderstand so dimensioniere, dass der Strom auf 1mA
begrenzt ist, schalte ich dann zu langsam?
lg mille
Jetzt doch noch ne Frage:
- der µC hat eine Ausgangsspannung von 3,3V um somit ergibt sich eine
Qg=10nC. Was sagt diese "Gate to Emitter Plateau Voltage"-Spannung von
3V bei einer Vce=12V aus? Bin ich da mit einer Ansteuerungsspannung von
3,3V schon an der unteren Grenze?
lg mille
Während dieses Plateaus wird die Millerkapazität des internen MOSFET
umgeladen. Erst wenn dieses Plateau durchfahren wurde ist richtig
eingeschaltet. Deine 3,3V sind da schon ein wenig knapp. Wenn man noch
bedenkt, dass die internen Widerstände deinen Ladevorgang noch
zusätzlich verlangsamen ist davon auzugehen, dass du dir einiges an
Schaltverlusten durch das langsame anschalten einhandelst.
Vielleicht hast du noch irgendwo 5V zur Verfügung dann würde ich die zum
Schalten nehmen. Einfach eine Bipolarstufe mit BC337 dazwischen schalten
dann ist es sauber.
Gruß
Mandrake
Ok danke, das werde ich machen!
Nach deinem Vorschlag und einer nötigen Schaltfrequenz bei meiner
Anwendung von ca. 100Hz bräuchte ich "nur" einen Strom im µA-Bereich.
Ich möchte aber schnell schalten, aber nur eher selten (max. 100x in der
Minute --> Zündung).
Wie kann ich ermitteln, wie hoch der Strom sein muss, damit der IGBT
schnell genug schaltet? Es hilft mir ja nix, wenn die Ladung (~17nC)
mehrere Millisekunden braucht. Dann habe ich ja eine große
Verlustleistung an der Kollektor-Emitter-Strecke oder?
lg mille
Ok. Laut Datenblatt ist die schnellste Umschaltzeit 2.1us die der IGBT
überhaupt erreichen kann. Es macht also keinen Sinn scheller die Ladung
ins Gate zu bringen, weil es schneller nicht wird.
Nun ist das Ganze ein Kondensator der geladen wird. Ein Kondensator ist
nach 5Tau geladen (Exp-Funktion). Tau ist hier die Zeitkonstante. Das
bedeutet für dich 5Tau=2.1us
Bei Qg=17nC und t=2.1us/5 ergibt sich ein Strom von 40.5mA.
Da dein Aufbau sowieso nicht ideal sein wird, würde ich mal auf 40mA
abrunden.
Dein Kollektorwiderstand (für die Bipolarinverterstufe) müsste dann bei
5V Betriebsspannung 5V/40mA - 70 Ohm = 55 Ohm sein.
55 Ohm gibt es so nicht also nimmst du 56 Ohm.
Schauen wir nochmal ob wir damit hinkommen...
56 Ohm + 70 Ohm = 126 Ohm bei 5V ergibt das einen Strom von 39.7mA ->
passt.
Verlustleistung beim Abschalten Pv = 5V² / 56 Ohm = 446mW -> Passt auch
bei bedrahtetem Widerstand.
Deine Ansteuerung steuerst du dann mit 1mA an (nochmal ins Datenblatt
des uC sehen!). Bedeutet du schaltest einen Basisvorwiderstand von
3.3kOhm zwischen Ausgangspin und Basis des BCxxx.
Gruß
Mandrake
10.000 Umdrehungen/min ergibt schon mal grob eine Frequenz von 167 Hz.
Wenn Du annnimmst, daß Du 1/167 sec. Zeit hast zum schalten, so ist das
nicht richtig. Der Zündimpuls wird in einer kurzen Zeitspanne durch
Abschalten des Stromes der Zündspule erzeugt. Einfach mal am bestehenden
Auto messen, wie kurz die Zeit ist.
Eine Frage noch zum Schutz der IGBT's:
Ich verwende den IGBT als Zündtreiber (induktiv), also sozusagen als
Low-Side-Switch. Wie schütze ich den IGBT am besten vor falschem
Anschluss. Am Kollektor ist die Zündspule angeschlossen - theoretisch
könnte es passieren, dass jemand fälschlicherweise +12V direkt am
Kollektor anschließt. Wenn der IGBT nun durchschaltet, wird entweder der
IGBT oder vielleicht sogar vorher die Leiterbahn thermisch zerstört
werden.
Gibt es irgendwelche Standard-Schutzmaßnahmen für diesen Fall?
Möchte nicht unbedingt einen Shunt-Widerstand zwischen Emitter und Masse
hängen um den Strom zu messen, da der Strom kurzzeitig Größen über 10A
annimmt...
lg mille
