Impulsbelastung von IGBTs -> Parallelschaltung -> Ausgleichswiderstände

5 ms ist doch schon ewig lang (wenn auch noch ein ganzes Stück unter der 
Zeitkonstante der IGBT-Chips) - Impulsbelastung würde ich das nicht mehr 
nennen. Von welcher Wiederholrate sprechen wir da?

Ich würde mir lieber den Widerstandskram sparen und 2 IGBT mehr nehmen. 
Das sollten die dann schon abkönnen.

Also genauer geht es um 16 Impulse die aber in der Gesamtlänge nicht 
länger als 5ms sein dürften. Wohl eher kürzer. Und danach ist definitiv 
erstmal ruhe für die IGBTs.. Es geht immerhin um 5kA.

Also wenn du den Widerstandskram sparen würdest, dann macht es das nur 
besser, dass er überhaupt da ist :-) Mehr Ausgleich is besser als kein 
Ausgleich.
Ein weiter Vorteil ist, wenn ich irgendwo an einer gut zugänglichen 
Stelle einfach 2mOhm einbauen, kann ich den IGBT bestimmen der bei 
Fehlfunktion/überlast kaputtgeht.

Dennoch hätte ich gerne Infos über die Dimensionierung...

So ein unfug. Falsch gerechnet. Wenn dieser Fall eintritt 
vernachlässigst du die anderen IGBTs. Auf einer Stecke teilt sich der 
Strom auf. Also was soll diese sinnlose Rechnung. Hauptsache Beitrag 
schreiben.. grml

Dem Thema dienliche Hinweise wären wünschenswert :-)

DerAlbi schrieb:
> Ich möchte mehrere IGTBs (16 Stück) parallelschalten um deren maximalen
> Impulsstrom zu erhöhen. Jeder von ihnen "kann" 700A für 1ms.

Der Chip. Und das Gehäuse mit Anschlüssen hat welches Limit?
Jeder IGTB braucht seinen Widerstand ohne weitere Verknotung, und Du 
brauchst mehr Transistoren. Dann hast Du nur noch das Problem der 
synchronen und sehr schnellen Ansteuerung.

3mOhm ist der Widerstand der jeder IGBT alleine vpr sich hat. Auch das 
sind bei 500A schon 1,5V.. was mehr ist, als thermische differenz 
Verursachen könnte.

Therminal Current Limit ist 160A. Ich bezweifle aber sehr stark, das 
dies auch für Impulsbelastung zutrifft. Was würde es für einen Sinn 
machen, einen IGBT herzustellen, dessen Die mehr kann als die Anschlüsse 
hergeben. Ich bezweifle, dass bei 700A die 6 Bonddrähte unter 1ms 
wegbrennen.

Aber interesanter Beitrag: nach welchen Gesichtspunkten würdest du denn 
die Anzahl der Transistoren festsetzen und wie groß würdest Du denn die 
Widerstande machen? :-)

Bei so kurzen Pulsen braucht man sich um das Package Limit wohl kaum 
Gedanken zu machen.

Die Ansteuerung muss aber natürlich einigermaßen symmetrisch sein.

Außerdem sollte man auf jeden Fall mal sich Gedanken über die 
Induktivität der Zuleitung und evtl. auftretende Überspannungen Gedanken 
machen.

Ich habe noch einmal über das Problem nachgedacht. Man kann ja relativ 
leicht die Verlustleistung eines Transistors bestimmen. Bei 16 Pulsen in 
5 ms sollte man allerdings auch die Schaltverluste beachten. Die 
thermische Impedanz sollte man im Datenblatt finden; daraus kann man 
dann die Chiptemperatur bei der maximal gewünschten Umgebungstemperatur 
bestimmen. Zur Sicherheit schlägt man eben noch 20% auf die 
Verlustleistung für die asymmetrische Verteilung drauf. Wenn man unter 
125 Grad Chiptemperatur bleibt, braucht man nichts mehr tun.

Datenblatt im Anhang.
Also meine 500A mit denen ich rechne sind ja schon sozusagen das was du 
die 20% nennst :-)
Bei 500A kann man von 2V Vcesat ausgehen. was genau 1kW macht. 1KW * 5ms 
sind nichtig. Da sollten die Schaltverluste wesentlich mehr ausmachen.

Überspannungen werden durch Dioden abgeführt. Die sind mit dem gleichen 
Widerstandsaufbau ausgeglichen. Diese hab ich bis 10kA geprüft, bis die 
Opferdiode kommt. (die mit nem extra kleineren Widerstand halt)

Aber wenn man schonmal von Thermischer Impedanz redet: bei 1ms Puls kann 
man 0.02 °C/W  im Diagram ablesen. 0.02 * 1kW (oder lassen wir es mal 
2kW sein) also 0.02*2kW = 40K die sich das Die erwärmt. warum um himmels 
willen ist das dann der maximale Strom?

Ich hab andere IGBT datenblätter angesehen und dort nachgerechnet.. Dort 
kam immer fein und lieb 150-180K raus, wenn man den Maximalstrom über 
die Zeit anlegt. Diese Temeraturerhöhung entsprach IMMER der zulässigen 
DieTemperatur beim Löten über 15sec. Was auch sinn macht...
Aber dieses Datenblatt ist da etwas anders.. wenn das nebenbei jemand 
erklären kann, wäre ich dankbar.

Die Ansteuerung machen 4x TC4422 mit 9A und 18V aufm Gate. Es wird 
syncron geschaltet. Falls dies nicht reicht sind die Gates untereinander 
nocheinmal mit 1Ohm verbunden. Ein 4er Block hat 90nF (das ist die Last 
am TC4422). Das ist laut Testaufbau hier in 400ns an. Hauptproblem ist 
die Induktivität der Gateleitung, die bei mir leider recht lang ist.

DerAlbi schrieb:
> Überspannungen werden durch Dioden abgeführt. Die sind mit dem gleichen
> Widerstandsaufbau ausgeglichen.

Eher nicht. Du meinst vermutlich etwas anderes. Da ich deinen Aufbau 
nicht kenne kann ich es aber auch nicht richtig erklären.

DerAlbi schrieb:
> Die Ansteuerung machen 4x TC4422 mit 9A und 18V aufm Gate. Es wird
> syncron geschaltet. Falls dies nicht reicht sind die Gates untereinander
> nocheinmal mit 1Ohm verbunden. Ein 4er Block hat 90nF (das ist die Last
> am TC4422). Das ist laut Testaufbau hier in 400ns an. Hauptproblem ist
> die Induktivität der Gateleitung, die bei mir leider recht lang ist.

Wichtig ist der symmetrische Aufbau.

DerAlbi schrieb:
> Aber wenn man schonmal von Thermischer Impedanz redet: bei 1ms Puls kann
> man 0.02 °C/W  im Diagram ablesen. 0.02 * 1kW (oder lassen wir es mal
> 2kW sein) also 0.02*2kW = 40K die sich das Die erwärmt. warum um himmels
> willen ist das dann der maximale Strom?

Könnte dann vielleicht doch am Package/an den Bonddrähten liegen.

DerAlbi schrieb:
> Aber interesanter Beitrag: nach welchen Gesichtspunkten würdest du denn
> die Anzahl der Transistoren festsetzen und wie groß würdest Du denn die
> Widerstande machen? :-)

30 Transistoren, 1 mOhm, +15V/-5V für ein/aus

@mhh: WIESO
1) 30 Stück
2) 1mOhm
3) -5V zum ausschalten. Das wäre eine Symetrische Spannung von +/-10V um 
die Schwellspannung herum, aber 0V reichen zum perren auch aus und 
werden eigentlich ebenso schnell erreicht wie die 0V, wenn man 
eigentlich zu -5V hinwill.

Der Aufbau is eine sym. Halbbrücke. Überspannungen werden auf die 
Versorgungsspannung zurückgeführt und laden die Pufferkondensatoren 
wieder auf.
Was bezeichnest du als symetrischnen Aufbau? Kannst du das näher 
erklären? Bis jetzt hab ich nur 4 parallele Treiber vorgesehen, die 
jeweils 4 parallele Gates ansteuern. Alle 4 Treiber werden vom gleichen 
Signal angesteuert. Die Gateleitungen werden alle gleich lang und die 
Masserückführung zum Emitter ist nah an jeder Gateleitung.

Es kann auch noch sein, dass das Datenblatt in der Richtung mist ist, da 
die Gatespannung ja "nur" 15V ist. Es kann ja sein, das man damit keine 
700A  durchgesteuert bekommt und deswegen Vcesat wesentlich höher ist... 
Vielleicht sieht es mit 18V anders aus..

Die Transistoren müssen auch gleichzeitig abgeschaltet werden, das 
klappt mit negativer Gatespannung besser und sicherer.

DerAlbi schrieb:
> Was bezeichnest du als symetrischnen Aufbau?

Das war von Stefan L. (minefields). Was er sicher meint und womit er 
recht hat: Alle Kabel müssen zu den Transistoren gleich lang sein. Nicht 
mal 5cm zu einem Transistor und 20cm zu einem anderen.


Schmink Dir die 700A ab. Den Die machen sie belastungsfähiger, damit für 
den Normalbetrieb gute Werte erzielt werden. Ist keine Verarsche, aber 
auch kein praktischer Anhaltspunkt für Deine Berechnungen.

Für dich war eigentlich nur das numerierte ;-) Aber danke soweit. Mit 
den 700A rechne ich nicht, wie du merkst, wenn man 5000/16 Teilt. Dann 
sind das nur 300A und ich denke das sollte dann in Ordnung gehen. Mit 
der Induktivität der Gatekabel habe ich noch meine Probleme :-( 
Eigentlich müssten die Treiber ab vonn der platine und direkt auf die 
IGBTs. Ansonsten hatt ich noch an abgeschirmtes Kabel gedacht.. aber da 
ist die Mittelleitung immer so dünn..allerdings teste ich auch gerade 
mit 20cm leitungen.. und später wreden es 5cm sein.

Das mit den -5V kann ich bestätigen; die negative Abschaltspannung 
sollte man bei IGBT schon beachten. Das hängt aber auch ein bisschen 
davon ab, was du machen willst.

Vielleicht wäre es wirklich mal an der Zeit, dass du mal eine genaue 
Beschreibung deines Aufbau lieferst?

mhh schrieb:
> DerAlbi schrieb:
>> Was bezeichnest du als symetrischnen Aufbau?
>
> Das war von Stefan L. (minefields). Was er sicher meint und womit er
> recht hat: Alle Kabel müssen zu den Transistoren gleich lang sein. Nicht
> mal 5cm zu einem Transistor und 20cm zu einem anderen.

Genau das meinte ich.

DerAlbi schrieb:
> Der Aufbau is eine sym. Halbbrücke. Überspannungen werden auf die
> Versorgungsspannung zurückgeführt und laden die Pufferkondensatoren
> wieder auf.

Es geht mir um Überspannungen, die bei hohem Strom im Abschaltmoment 
durch die Induktivitäten in der Versorgung entstehen. Dadurch kann je 
nach Höhe der Versorgungsspannung recht schnell die Sperrspannung der 
IGBT überschritten werden. Das ist auch ein Grund, wieso man möglichst 
langsam schalten soll (wenn es die Verlustleistung hergibt).

DerAlbi schrieb:
> Dann
> sind das nur 300A und ich denke das sollte dann in Ordnung gehen.

Das wird nichts.
http://www.heise.de/imagine/dYmHrev53r1lqZaRXrTUAXtl2iQ/gallery/Rauch.jpg

Die Induktivitten versuche ich zu minimieren, daran habe ich gedacht. 
Zustzlich werden an der Halbbrücke extra Stützkondensatoren angebracht, 
sodass sich höchstens ein LCR-Tiefpass ergibt, aber das sollte eh 
minimal sein.
Warum 300A nichts werden, obwohl das noch unter dem Nennstrom liegt, 
verstehe ich nicht. Zur Max. Impulslast sind das mehr als 50% 
Sicherheit.

Das ganze wird eine CoilGun mit 3x 18mF 350V Kondensatoren und 16 
Beschleunigungsspulen. nach hinten hin werden die Impulse also immer 
kürzer.
Anschaltströme fließen nicht durch die IGBTs. Da vor jeder Spule 
nochmals ein Thyristor sitzt, der leicht später gezündet wird. Somit 
werden Anschaltverluste verhindert. Ausschaltverluste hingegen sind dann 
doch noch (enorm?) vorhanden. Durch die induktive Last steigen die 
Ströme auch nicht sonderlich Schnell und der Sptzenstrom ist höchsten 
5kA pro Impuls, das Mittel ist jedoch geringer. Durch die asym. 
Halbbrücke fällt der Strom exakt gleich schnell wie er sich aufgebaut 
hat.

DerAlbi schrieb:
> Warum 300A nichts werden, obwohl das noch unter dem Nennstrom liegt,
> verstehe ich nicht.

Weil der Nennstrom vom Die nicht der Nennstrom des Bauteiles in der 
Gesamtheit ist. Aber das wurde schon ein- bis zweimal erwähnt glaube 
ich...

DerAlbi schrieb:
> Die Induktivitten versuche ich zu minimieren, daran habe ich gedacht.
> Zustzlich werden an der Halbbrücke extra Stützkondensatoren angebracht,
> sodass sich höchstens ein LCR-Tiefpass ergibt, aber das sollte eh
> minimal sein.

Das darf man nicht unterschätzen. Bei solchen Strömen können schon ein 
paar nH enorme Spannungsspitzen verursachen. Das muss man auf jeden Fall 
messen!

Ja, aber bei induktiver Last deren Induktivität wesentlich höher ist als 
die der Zuleitung ist es ja praktisch so, dass der Strom für 
nennenswerte Induktion nicht schnell genug fällt bzw ansteigt. Dafür ist 
dann die Induktivität der Zuleitungen zu gering :-) Simulation gibt mir 
da recht schon bei 100nH der Zuleitung (was echt gigtantisch wäre :-D, 
steigt die Spannung mit 200uF direkt an der Brücke nicht über 420V, was 
völlig OK ist :-)

Ich werde durch die Widerstände einen Opfer IGBT einbauen. Ich denke 
damit werd ich sehen ob 300A wirklich unrealistisch sind. Es ist ja nun 
wirklich keine Dauerbelastung...

DerAlbi schrieb:
> Ja, aber bei induktiver Last deren Induktivität wesentlich höher ist als
> die der Zuleitung ist es ja praktisch so, dass der Strom für
> nennenswerte Induktion nicht schnell genug fällt bzw ansteigt. Dafür ist
> dann die Induktivität der Zuleitungen zu gering :-) Simulation gibt mir
> da recht schon bei 100nH der Zuleitung (was echt gigtantisch wäre :-D,
> steigt die Spannung mit 200uF direkt an der Brücke nicht über 420V, was
> völlig OK ist :-)

420V bei welcher Versorgungsspannung?

600V IGBT? Da hast du natürlich schon etwas Luft.

ESR/ESL deines C beachtet? 200u werden wohl ein Elko sein, da wird das 
nicht zu vernachlässigen sein. Ein Folienkondensator direkt an den IGBT 
ist sinnvoll.

Ich sehe keine Schienen, also gehe ich von Freiluftverdrahtung aus.

Wie gesagt: nur durch Nachmessen kannst du sicher sein.

Mit den 300A hätte ich jetzt auch weniger Probleme. Bei einer Coilgun 
muss man jetzt auch keine X Millionen Zyklen abkönnen.

DerAlbi schrieb:
> Ich denke
> damit werd ich sehen ob 300A wirklich unrealistisch sind. Es ist ja nun
> wirklich keine Dauerbelastung...

Willst oder kannst Du es nicht verstehen?

Schau in Datenblätter beliebiger Transistoren. Sobald Du Dich an den 
Grenzwerten bewegst, werden entscheidende Daten schlecht. Bewegst Du 
Dich in der Mitte, ist alles gut. Deshalb ist dieser IGBT 
überdimensioniert vom Die her, um für den gewünschtem Anwendungsfall 
sehr gute Werte zu haben. Hätte der Hersteller einen 320A Transistor 
bauen wollen, hätte er ein anderes Gehäuse verwendet.

Da Du nur hören willst was Dir gefällt, klinke ich mich nun aus.

Es tut mir wirklich Leid, aber ein anderes Gehuse verändert die 
Wärmeabfurht und eventuell das Bonding. Beides ist bei Impulsbelastung 
nicht von Relevanz, da alles von der Wärmekapazitrt des Chips gefressen 
wird..
Es ist wie mit dem verwendeten Konstantandraht bei meinen Diodenpacks. 
Spezifiziert bis 5A. Ha! Bei 10kA platzt dennoch zuerst die Diode. Wobei 
ich sicher bin, dass bei Dauerbelastung des Konstantandrahtes durch 
Hotspots durchaus schon bei geringen Strömen Probleme entstehen.
Ein Gehäuse das dauerhaft für 160A da ist verhindert doch nicht die 
Möglichkeiten der Impulsbelastung.
Und nebenbei... Mosfets die 200A können gibts auch im TO220AB-Gehäuse. 
Und das hier ist ne Nummer größer..

Also versteh mich nicht falsch, ich verstehe was du sagst, ich bezweifle 
aber an der Relevanz :-)


Es ist in der Tat Freiluftverdrahtung, aber die Zuleitungen sind extrem 
kurz. Weniger als 7cm vom Kondensator aus.  Der verwendete Draht ist 
extrem dick. (0.8mOhm/m) Viel Freiraum für Induktivität ist nicht :-)

Muhaaaaaaa
So. Nun hab ichs gelernt. Grml. Auch kurze Zuleitungen induzieren heftig 
:-O
Und das schon bei "niedrigen" Strömen.
Jetziger Aufbau: 300Hz, 13µs Impuls aufm Gate. 18mF @30V mit kurzen 
dicken Litzen verdrahtet.  Zieht bei dem Dutycycle 4A. Gibt ungefähr 1kA 
für die 13µs. Das hab ich nur gemacht um mal die Schaltverluste zu 
überprüfen. Dabei hab ich den Gatewiderstand zwischen 0.33 bis 4 Ohm 
variaiert und die Temperatur der IGBTs erhöhrt sich, je höher der 
Gatewiderstand ist. Den Treiber direkt aufs Gate hauen lassen ist das 
beste.

Da das alles wunderbar funktioniert hat, habe ich die Schaltung 
erweitert. Am Kollektor der IGBTs hängt in der Kurzschlusstrecke nun 
noch ein Dicker Thyristor. Dieser wird gleichzeitig bzw leicht verspätet 
gezündet.
Also
1) IGBT an
2) Thyritor an
3) IGBT aus.

Seitdem der Thyristor im Kabel ist hab ich unheimlich große Induktive 
Spannungsspitzen die aber auch schon vor dem Thyristor wirken. 100µF 
werden porblemlos über ein Diodenpack auf 240V geladen. Wobei die 
Spannung dort bleibt. Zusätzlich spielen alle elektischen Geräte im 
Umkreis von 2m verrückt. :-D

Ich frage mich nun wirklich, was der blöde Thyristor ausmacht. Irgendwie 
verstehe ich das nicht. Wenn nur die IGBTs schalten, hlt sich alles in 
Grenzen.

DerAlbi schrieb:
> So. Nun hab ichs gelernt. Grml. Auch kurze Zuleitungen induzieren heftig
> :-O

Naja mehr wie vorher warnen kann man nicht ^^

In diesem Strombereich braucht man schon spezielle, extrem 
niederinduktive Stromschienen und Snubberkondensatoren direkt auf den 
IGBT. Aber das habe ich ja vorhre schon gesagt :)

OK, als es wird ja so, dass alle Kabel durch wesentlich dickere ersetzt 
werden. Wenn du ein Blick aufs Foto wirfst, siehst du die Emitter, die 
mit soner fetten Kupferlitze zusammengeopappt sind. (dort wo bei den 
unteren IGBTs die gelben Gatekabel rauskommen) Dicke Kabel sind meiner 
Erfahrung nach weniger induktiv.
Desweiteren ist nicht die ganze Schaltung aktiv Normalerweise werden die 
von den Spulen zurückgeschickten Ströme wieder zurück in die 
Kondensatoren geleitet. Hier geht das leider nur sehr eingeschränkt Da 
die Schaltung ja quasi Murks ist.
Diese 100uF die sich hier aufladen sind ja quasi eigentlich an der 
Versorgungsspannung angeschlossen.

Aber dennoch: warum ist der Unterschied zwischen Thyristor und Ohne 
Thyristor so groß? Ich geb zu, dass das Kalel, das am Thyristor hängt, 
durchaus lang ist, aber würde es direkt am IGBT hängen gäbe es auch dort 
nicht derartige Störungen...

DerAlbi schrieb:
> Dicke Kabel sind meiner
> Erfahrung nach weniger induktiv.

Richtig. Meiner Erfahrung nach reicht das nicht. Zumindest die 
Kondensatoren sind vorzusehen.


Was passiert, wenn du mit einem Puls dein Kondensator vollständig 
entlädst?

Wie sieht es mit Freilaufdioden aus? Du hast leider immer noch kein 
komplettes Schaltbild geliefert...

DerAlbi schrieb:
> warum ist der Unterschied zwischen Thyristor und Ohne
> Thyristor so groß?

Thyristor ermöglicht schnellere Stromanstiegsgeschwindigkeit (schon fast 
Lawinendurchbruch), deshalb mehr Störungen.

Danke, das passt ins Bild! Durch die sehr kleinen Induktivitäten ist der 
Strom sozusagen extrem schnell da. Deswegen gibt hochfrequentere 
störungen und die kleine Induktivität wird zur Bösartigkeit.

Soweit ich das sehe beruhigt mich das jetzt aber. In der späteren 
Anwendung werden ja wesentlich größere Induktivitäten zum Einsatz 
kommten bei denen die Stromänderungen bei weitem nicht so rapide sind.
Das bedeutet, dass spätere Stromflanken nicht allzuscharf sind, sodass 
sie von den Dioden Abgefangen werden können.

Da ich jetzt keinen konkreten Schaltplan habe, hab ich mal fix ne 
Simulation erstellt.

Ich hoffe LTSpice ist vorhanden... :-)

Die Version mit der 2 hintendran ist der jetzige aufbau...

MFG