Hallo zusammen! Irgendwie habe ich es jetzt hinbekommen das IGBT-Modul meines selbstentwickelten Frequenzumrichters zu töten. Alle drei defekten IGBTs haben einen Kurzschluß zwischen Gate und Emitter als auch zwischen Kollektor und Emitter. Der links ist nach mehrstündigem Betrieb ohne Voranmeldung gestorben, die beiden rechts bei dem Versuch die (zusätzliche) Massenklemme des Scopes an einem anderen Punkt anzuschließen. Der Fu wurde aus einem Trenntrafo mit 2A-Absicherung betrieben und die Leistungsaufnahme war unter 20W. Am Dauerstrom oder der Temperatur kann es also nicht liegen. Die Gates werden aus HCPL3120 mit 18V-Betriesspannung angesteuert. Z-Dioden am Gate sind vorhanden. Hat jemand eine Idee? Grüße Michael
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Überspannung(sspitzen)?
Ja, vermutlich. Nur woher und zwischen welchen Anschlüssen? Ich hatte gehofft, daß jemand aus den Fotos erkennen kann, was da eigentlich passiert ist. Die Brandflecken befinden sich jeweils neben den Emitterdrähtchen und immer ganz am Rand der Chips.
Sind die Dinger vom Kollektor zum Emitter (oder umgekehrt) durchlegiert? Hast Du Snubber verwendet?
>Die Gates werden aus HCPL3120 mit 18V-Betriesspannung angesteuert.
Wieviel vertragen die denn lt. Datenblatt?
Überspannung am Gate... hast du brav ESD Kleidung getragen? 50V ans Gate und es war mal ein Modul.... Grüße
Das sind ganz klar Überspannungsschäden. Die Ursache kannst aber nur du suchen, da dafür sehr viele Informationen fehlen, die du erst bereitstellen müsstest. 18V ist schon etwas viel, sollte aber nicht das Problem sein. Dass du IGBT mit einer negativen Spannung abschalten sollst, weißt du ja sicher auch. Die Spannung beim Schalten hast du dir sicherlich auch angeschaut. Je nach Induktivität im Gleichstromkreis können da enorme Spannungssptizen auftreten. Selbst bei gutem Aufbau ist da fast immer ein Snubbernetzwerk notwendig.
>Das sind ganz klar Überspannungsschäden.
Würde ich auch sagen. Gibt ja nur èberstpannung oder Überstrom. Und
letzteren riecht man gewöhnlich immer.
Matthias Lipinsky schrieb: > Würde ich auch sagen. Gibt ja nur èberstpannung oder Überstrom. Und > letzteren riecht man gewöhnlich immer. Thermische Zerstörung gibt es noch. Das Fehlerbild ist aber eindeutig Überspannung. Bei Überstrom ist Chip großflächig schwarz und bei thermischen Schäden lösen sich eher die Bonddrähte. Bei Überspannung gibt es lokale Durchschläge, wie man auf den Bildern sehr schön sieht.
Ich würd eher sagen die Größe der schwarzen Flecken richtet sich nach der Ladung der Zwischenkreiskondensatoren, die sich nach dem eigentlichen Schaden durch den defekten Zweig der Brückenschaltung entladen.
Ben _ schrieb: > Ich würd eher sagen die Größe der schwarzen Flecken richtet sich nach > der Ladung der Zwischenkreiskondensatoren, die sich nach dem > eigentlichen Schaden durch den defekten Zweig der Brückenschaltung > entladen. Wenn die Energie zu niedrig ist, geht entweder nichts kaputt oder man sieht gar nichts.
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Hallo, bin wieder zurück. Danke für die vielen Tips! Das Modul ist ein Fuji 6MBI50S-120, 1200V, 50A. Zul. Gatespg. +/-20V. Am Gate ist eine Reihenschaltung von zwei 18V-Z-Dioden und parallel ein 10k-Widerstand sowie ein 3,3nF-Kondensator am oberen IGBT. Die Ansteuerung geschieht mit +18V und dem Gatevorwiderstand (24 Ohm) gemäß Herstellervorgabe. Abschalten tue ich mit 0V und einem halb so großen Widerstand (zweiter Widerstand + Diode parallel zum Ersten). Die Erzeugung einer negativen Steuerspannung war mir zu aufwändig. Es sieht so aus, als ob C-E durchgeschlagen ist. Ich hatte die Kollektor-Spannung schon sehr genau beobachtet, da waren nicht die geringsten Spitzen zu sehen, maximal 570V. Am Ausgang war ein Motor mit zwei Meter Zuleitung angeschlossen. Betriebsspannung kommt aus 2*470µF in Reihe + 2 * 0,22µF-Folie parallel. Naja, die Energie wird wohl gereicht haben. Ich glaube ich habe hier ein Masse-Problem. Im Moment habe ich meinen geerdeten Sternpunkt und Bezug für die Messungen am Minusanschluß des Moduls. Vor lauter Gleichtaktstörungen sieht man auch kaum die Signale die man sucht. Anbei noch ein Foto der Platine.
Michael schrieb: > Die > Erzeugung einer negativen Steuerspannung war mir zu aufwändig. Dann bring das doch erst einmal in Ordnung. Michael schrieb: > Ich glaube ich habe hier ein Masse-Problem. Im Moment habe ich meinen > geerdeten Sternpunkt und Bezug für die Messungen am Minusanschluß des > Moduls. Vor lauter Gleichtaktstörungen sieht man auch kaum die Signale > die man sucht. Anbei noch ein Foto der Platine. Was ist bei dir der geerdete Sternpunkt und wie soll er auf die Gleichspannung bezogen sein? Die Messungen macht man mit einem Hochspannungsdifferenztastkopf.
Hallo Mine Fields, eine negative Gatespannung soll es nicht geben (Kosten). Wie ich das sehe liegt da auch nicht das Problem. Z.Zt. liegt der Sternpunkt auf dem negativen Pol der Zwischenkreisspannung. Das ist auch das Massepotential der Controllers. Auf dem Foto unten, da wo die Drähte angelötet sind. Ich messe mit einem Differentialtastkopf (Testek SI-51). Leider sind trotzdem Gleichtakt und Meßspannung in der gleichen Größenordnung. Grüße Michael
Michael schrieb: > eine negative Gatespannung soll es nicht geben (Kosten). Wie ich das > sehe liegt da auch nicht das Problem. Nunja, wenn man wegen ein paar Cent auf Zuverlässigkeit verzichten möchte. Mein Problem ist es nicht. Michael schrieb: > Z.Zt. liegt der Sternpunkt auf dem negativen Pol der > Zwischenkreisspannung. Noch einmal die Frage: Was ist für dich "der Sternpunkt"? Meinst du damit Erdpotential? Michael schrieb: > Ich messe mit einem Differentialtastkopf (Testek SI-51). Leider sind > trotzdem Gleichtakt und Meßspannung in der gleichen Größenordnung. Das deutet irgendwo auf einen sehr schlechten Aufbau hin. Das Oszi hängt aber schon noch auf Erde oder?
Überspannung am Zwischenkreis kann es auch geben wenn ein Motor am FU kurz als Generator betrieben wird (rekuperiert, elektrisch gebremst) wird. Die Schwungmasse des Rotors selbst reicht dafür mehr als aus, nur die Frequenz muss fallen. Habe ein 400V Netzteil von FUG mit Bremsen eines Asynchronmotors mal versehentlich auf knapp über 600V hochgetrieben, das ging ganz ganz schnell. Zerstöhrt wurde nichts weil eine Überspannungsabschaltung die Gateansteuerung weggenommen hat. hast mein Beileid Hauspapa
6MBI50S-120 @ Farnell = 140.-/Stück Michael schrieb: > eine negative Gatespannung soll es nicht geben (Kosten) Perfekt logisch :D
Wenn man jetzt > Überspannung am Zwischenkreis kann es auch geben wenn ein Motor am FU > kurz als Generator betrieben wird (rekuperiert, elektrisch gebremst) > wird. Die Schwungmasse des Rotors selbst reicht dafür mehr als aus, nur > die Frequenz muss fallen. Habe ein 400V Netzteil von FUG mit Bremsen > eines Asynchronmotors mal versehentlich auf knapp über 600V > hochgetrieben, das ging ganz ganz schnell. Zerstöhrt wurde nichts weil > eine Überspannungsabschaltung die Gateansteuerung weggenommen hat. > > hast mein Beileid > Hauspapa mit > Der Fu wurde aus einem Trenntrafo mit 2A-Absicherung betrieben und die > Leistungsaufnahme war unter 20W. Am Dauerstrom oder der Temperatur kann > es also nicht liegen. kombiniert, wird die (eine mögliche) Lösung klar...
Danke für Beileid! Zu der negativen Gatespannung: Im Moment hole ich die Spannung für die Treiber aus einem Netzteil mit Trafo. Die Highside-Treiber bekommen die Spannung über drei Dioden aus der gleichen Spannung. Der Mehraufwand für eine symmetrische Betriebsspannung ist m.E. ziemlich groß. Ich bräuchte vier Schaltungen mit spannungsfestem R-C-Glied, zwei Gleichrichterdioden und zwei Z-Dioden. Nach meinen Messungen klappt das "zuhalten" auch so ganz gut. Der Sternpunkt ist der Punkt an meiner Schaltung, an der alle Masseleitungen zusammenlaufen. Also Controller, IGBT-Treiber eingangsseitig, -Pol der ZK-Spannung, DC-Netzteil und -Pol der IGBTs (genauer der Shuntwiderstand 4mOhm smd). Der Punkt ist erstmal potentialfrei, weil ich den Zwischenkreis aus einem Trenntrafo speise und der Motor isoliert ist. Ich habe ihn aber mit dem Schutzleiter verbunden, um defierte Verhältnisse zu schaffen. Später wird dieser Punkt etwa bei -325V gegen Schutzleiter liegen. Wie gesagt die IGBTs sind jeweils gestorben, wenn ich irgend etwas mit dem (zweiten) Masseanschluß vom Tastkopf angestellt habe. Das es da generell ein Problem gibt, weil das eine Masseschleife darstellt weis ich auch. Der Motor drehte übrigends gar nicht, die Ausgangsfrequenz und -spannung stand gerade auf Null. D.h. die Ausgänge hüpften im Gleichtakt vor sich hin. Späße Michael
Die Einspeiseleistung hat nichts damit zu tun, wieviel der Motor beim Bremsen auch in den Zwischenkreis zurückspeisen kann. Die Energie in deinem Trägheitsmoment kann bei der mickrigen Zwischenkreiskapazität völlig ausreichen, um deinen Zwischenkreis über 1000V zu heben. Ein Bremschopper oder ein Abschalten der Endstufe bei Überspannung ist daher Pflicht.
Michael schrieb: > Zu der negativen Gatespannung: Im Moment hole ich die Spannung für die > Treiber aus einem Netzteil mit Trafo. Die Highside-Treiber bekommen die > Spannung über drei Dioden aus der gleichen Spannung. Das klingt ziemlich abenteuerlich. Zeige mal die Schaltung. Michael schrieb: > Der Mehraufwand für > eine symmetrische Betriebsspannung ist m.E. ziemlich groß. Gerade mit Trafo hat man ziemlich schnell eine symmetrische Spannungsversorgung. Michael schrieb: > Der Sternpunkt ist der Punkt an meiner Schaltung, an der alle > Masseleitungen zusammenlaufen. Gut, also der Massepunkt. Der Begriff "Sternpunkt" ist dafür etwas ungewöhnlich. Michael schrieb: > Der Punkt ist erstmal > potentialfrei, weil ich den Zwischenkreis aus einem Trenntrafo speise > und der Motor isoliert ist. Ich habe ihn aber mit dem Schutzleiter > verbunden, um defierte Verhältnisse zu schaffen. Später wird dieser > Punkt etwa bei -325V gegen Schutzleiter liegen. Was jetzt, geerdet oder potentialfrei? Beides geht nicht. Davon abgesehen dass der Betrieb eines Frequenzumrichters an einem Trenntrafo keine besonders gute Idee ist. Michael schrieb: > Wie gesagt die IGBTs sind jeweils gestorben, wenn ich irgend etwas mit > dem (zweiten) Masseanschluß vom Tastkopf angestellt habe. Das es da > generell ein Problem gibt, weil das eine Masseschleife darstellt weis > ich auch. Sag bloß du hast an einer laufenden Schaltung rumgepfuscht? Kein Wunder, dass dir die Kiste um die Ohren fliegt. Kannst froh sein, dass du dabei nicht drauf gehst.
Ich schreib zu lange...
> kombiniert, wird die (eine mögliche) Lösung klar...
Ähh, mir nicht. Kannste das mal erläutern? Wie gesagt der Motor drehte
nicht, war sozusagen nur kapazitive Last.
Das IGBT-Modul kostet in Stückzahlen vielleicht noch 45,- Euro. Vier
Folienkondensatoren 150nF, 1200V kosten ca. 10% davon. Nicht so ganz
eindeutig.
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@Mine Fields Drück ich mich so unklar aus? Minuspol der Zwischenkreisspannung liegt wärend der Entwicklung auch Schutzleiterpotential. So zusagen zum Messen. Mach ich die Klemme ab ist das Ganze potentialfrei. Wenn das Gerät dann mal gebaut wird, im normalen Betrieb liegt dieser Punkt, so wie immer, bei -325V. Das ich meinen Kunden keinen 7,5kW-Trenntrafo dazustelle versteht sich ja von selbst. Der Betrieb eines Frequenzumrichters -ohne- einem Trenntrafo ist keine gute Idee, wenn man daran messen will. Wenn ich die Motordrehzahl schlagartig reduziere geht die Zwischenkreisspannung um etwa 20V rauf. Das Trägheitsmoment in meinem Aufbau ist sehr klein. Außerdem schaltet der Controller bei 600V ab. Die Erzeugung einer symmetrischen Betriebsspannung für die highside-Treiber mittels Trafo sehe ich noch nicht so richtig. Die Schaltung, die ich jetzt verwende ist eigentlich Standard.
Michael schrieb: > Drück ich mich so unklar aus? Ja, das tust du. Michael schrieb: > enn das Gerät dann mal gebaut wird, im normalen Betrieb liegt dieser > Punkt, so wie immer, bei -325V. Falsch. Schau dir das noch einmal genauer an. Michael schrieb: > Der Betrieb eines Frequenzumrichters -ohne- einem Trenntrafo ist keine > gute Idee, wenn man daran messen will. Falsch. Die Messung erfolgt mit potentialfreien Tastköpfen und man fummelt nicht in der laufenden Schaltung rum. Dann braucht man keinen Trenntrafo, der im Betrieb nur Probleme macht. Michael schrieb: > Die Schaltung, die ich jetzt verwende ist eigentlich Standard. Wer hat dir diese Schaltung als Standard verkauft? Michael schrieb: > Die Erzeugung einer symmetrischen Betriebsspannung für die > highside-Treiber mittels Trafo sehe ich noch nicht so richtig. Indem man für jede Phase einen eigenen Trafo verwendet. Standard ist hier ein Schaltnetzteil.
Kannst Du mir bitte mal erklären, wie Du die Zwischenkreisspannung erzeugst? Bei mir ist eine Diodenbrücke für Drehstrom im Einsatz. Wenn Du mal einen chinesischen FU aufmachst, siehst Du Standard. Das Siemens das in irgendwelchen Hochleistungsumrichtern anders macht kann sein. Die Schaltung stammt von Avago.
Was soll'n der 3,3nF Kondensator an den Gates? Mag sein, daß es einen guten Grund dafür gibt, den ich nicht kenne... Ich würd die Gatekapazität doch eher so gering wie möglich halten.
Michael schrieb: > Kannst Du mir bitte mal erklären, wie Du die Zwischenkreisspannung > erzeugst? Bei mir ist eine Diodenbrücke für Drehstrom im Einsatz. Standard ist eine B6-Brücke. Und bei der liegt die DC-Spannung nicht fest auf -325V. Michael schrieb: > Wenn Du mal einen chinesischen FU aufmachst, siehst Du Standard. Bei den Chinesen sind auch exorbitante Ausfallquoten Standard. Wenn du das auch kopieren willst, gratuliere ich dir zu deiner zielführenden Schaltung. Selbst bei den Chinesen wird ein Schaltnetzteil verwendet, auch wenn die Treiberstufen über eine Bootstrapschaltung versorgt werden.
Na ja, bei der AN steht aber was von wegen Widerstand in parallel zu dem zusätzlichen C am Gate, wenn der IGBT intern kein R hat. Auf die schnelle zumindest habe ich kein R bei dem IGBT Datenblatt sehen können. Ich würde die weglassen. 24Ohm kommt mir auch recht hoch vor - aber gut, hab jetzt im Thread nicht gesehen, wie schnell Du die schaltest. Und dann lt. Schaltplan einmal 24Ohm hin über Diode, und dann 24Ohm zurück ohne Diode, das bringt aber kaum einen Unterschied, oder? Wenn schon, dann 10 Ohm zum Ausschalten o.ä. Ob es aber nun daran liegen kann, dass er bei 20V stirbt, weiss ich nicht. Wie ist denn die Frequenz?
Hallo, ich schalte mit 8kHz. Am Gate liegt ein Widerstand. Der Kondensator ist nur oben (high-Side) eingelötet. Ich habe die Gatespannung beobachtet und dann etwas probiert bis es gut aussah. Die Aufgabe liegt darin, daß die Gatespannung klein bleibt und der IGBT sperrt, wenn der zweite IGBT der Halbbrücke einschaltet. So klappt das ganz gut. Die 24Ohm sind aus dem Datenblatt. Bin jetzt mal weg...
Folgendes fällt bei der Schaltung gegenüberder Beschreibung von Infineon auf. Der Widerstand Roff hinter der Diode sollte < Ron sein. Bei deiner Schaltung hat er den gleichen Wert. Gefühlt bedeutet < eher Faktor 10, schließlich hat man an der Diode auch noch ein Spannungsabfall. Der zweite Aspekt ist der zusätzliche Kondensator zwischen Gate und Emitter. Dort gibt es ohne Dämfungswiderstand Schwingungen, welche Probleme bereiten können. Also den beschriebenen Dämpfungswiderstand einbauen. Da ich mit der Leistungselektronik nichts zu tun habe, sind das nur theoretische Tips ;-)
Die ursprüngliche Frage ist schon lange und von mehreren beantwortet: Überspannungsschaden. Alles folgende ist freundliche Zugabe. Ich würde keinen Treiber ohne Desat-Überwachung verwenden. Wenn Dein Controller mist baut ist das die letzte Rettung für den IGBT. 2.Baustelle: Aufstartverhalten des Controllers beachten. Manche wackeln dabei gerne mal mit dem einen oder anderen Pin. TI DSPs zum Beispiel. Finden Endstufen evtl. garnicht lustig. Ron=24 Ohm und Roff=12 Ohm ist für den Anfang i.O. Anhand der Schaltflanken und Schaltverluste siehst Du ob es niederohmiger werden muss. Boostrapspeisung hat für den oberen Schalter noch einen netten Fallstrick: Die Diodenspannung Deiner UF4007 vergisst niemand. Den Spannungsabfall am IGBT dafür die meisten. Ja nach Lastpunkt (Stromrichtung) ist der Brückenpunkt eine Diodenspannung (1.5-2V) unter der negativen Versorgung (Strom aus dem Brückenpunkt hinaus, Freilaufdiode des unteren IGBT) oder 3V-4V positiv (Strom in dem Brückenpunkt hinein, unterer IGBT arbeitet) Spannungen sind für Dein wohl 1200V IGBT Modul geschätzt Der UVLO sollte also etwas Reserve haben wenn die Versorgungsspannung bis 5V schwanken darf. Auf die Delay- und Schaltzeiten hat das dann auch noch etwas Einfluss... Für Messungen in der Leistungselektronik bieten die potentialgetrennten Sonden von Testec eigentlich alles was man braucht. Mit der SI51 hab ich noch nicht gearbeitet. Die TT-SI 9101 kenn ich dafür umso besser und wenn die nicht mehr tut dann ist die EMV sowas von daneben das eh keine Norm mehr gehalten wird. Auf einen Trenntrafo kann man dann allerdings wirklich verzichten. gute Nacht Hauspapa
Hinweis Differential Tastkopf: Ich habe hier zwei aktive Tastköpfe von Testec im Einsatz (TT-SI9010A und TT-SI9002). Je nach Modell unterscheidet sich die Common mode Rejection teils erheblich. SI9002: CMRR (typisch): -80dB @ 50Hz, -60dB @ 20kHz SI51:CMRR (typisch): -90dB @60Hz, -55dB @1MHz SI9101: CMRR (typisch): -85dB@50Hz, -50dB@1MHz Daher ist der SI51 wahrscheinlich ähnlich gut geeignet wie der SI9101, er hat zwar nur die halbe Bandbreite dafür aber eine etwas bessere Störunterdrückung.
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