Hallo, ich bin ziemlich ratlos. Ich habe einen Halbbrückengegentaktwandler entwickelt und mich an Standardschaltungen orientiert. Zuvor habe ich erfolgreich eine PFC zum Laufen gebracht. Die macht mir keine Probleme. Da ich so einige Erfahrungen gemacht habe, testete ich erst einmal die Steuerung und danach wurden 33V anlegt. Gut, es gab ein paar Probleme die ich dann verbessert habe. Danach habe ich 50V ohne Probleme angelegt. Die Ausgangsspannung entsprach auch den Erwartungen. Ich habe sogar die Steuerimpulse an den Gates mit einen Hameg HM 806 überprüft. Die Impulse sehen gut aus, die Lücke beträgt bei voller Pulsbreite ca. 230 ns. Das müsste ein guter Wert sein. Der Wirkungsgrad bei UB=50V und 5W Last lag so bei 67%. Das dürfte für diese niedrige Spannung ebenfalls in Ordnung sein. Im Leerlauf, die sekundären Ladeelkos geladen, ohne Last, zogen die MOSFET ca. 28 mA. Leider konnte ich mit den Testspannungen nicht weiter hoch gehen. Also habe ich die PFC angeschlossen. Zuerst ohne Versorgung der Steuerung. Es lagen an dem MOSFET jetzt ca. 340V an, keine Probleme. Dann habe ich den ersten Betrieb gewagt und die Sicherung flog heraus. Die MOSFET waren defekt. Nach dem Ausbau habe ich folgende Werte gemessen. Beide IRFP240A haben zwischen Drain und Source 0 Ohm. Der highside MOSFET hat zwischen Gate und Source, sowie Gate und Drain 3,8 Ohm. Der lowside MOSFET hat jeweils 28 Ohm. Der IR2110S wurde ordnungsgemäss angesteuert. Der lowside Ausgangsimpuls war in Ordnung, die Highside lag jedoch konstant auf ca. 12 V, war also voll ausgesteuert, keine Pulse. Ich vermute das zuerst beim IR2110S der highside Treiber hochgegangen ist und dem MOSFET dauernd voll ausgesteuert hat. Danach ist der lowside MOSFET hochgegangen, da er die 340V durchschalten musste. Die Schaltung müsste doch eigentlich in Ordnung sein. Woran könnte es liegen? Gruss Klaus.
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Die ES23A ist eine 200V-Diode die fliegt da ab. > Ich vermute das zuerst beim IR2110S der highside Treiber hochgegangen > ist und dem MOSFET dauernd voll ausgesteuert hat. Meine Erfahrung ist genau umgekehrt: die zerschossene Endstufe nimmt dann den Treiber mit.
Sehe gerade es ist wohl eine andere Diode drin, kanns auf dem Display kaum erkennen.
Was soll die Dämpfungsperle im Drain hat wenig Sinn, schieb die besser über die Gate Beine. Wenn das ein starker Wandler ist glüht es die Perle weg. Die Diode über dem Mosfet kannst du weglassen, hart auf die Bodydiode darf nicht geschaltetet werden. Abgesehen davon passt, wie schon gesagt, die Spannung nicht. Versuch doch einen Abschuss zu Triggern. Drain des unteren Mosfets und auf Dropout Triggern, gleichzeitig beide Gatesignale. Oder Strom in der Brücke. Einen Stromwandler hast du ja für den Trafostrom. Layout muss auch passen, also niederinduktive Anbindung an einen Stützkondensator der DC-Eingangsspannung, und das rechtliche Layout bla bla. Denn Treiber würde ich schnell verdächtigen. Ich hatte nur Probleme mit den Dignern, vor allem wenns mal eiskalt wird.. MFG Fralla
Achso, die diode kann eh 600V, hab ES2D gelesen....
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Hallo, ja, die ES2JA hält 600V aus (35ns/2A). Die Dioden sind alle OK. Die Dämpfungsperle im Drain werde ich herausnehmen. Die hatte Unitrode, bzw. TI, 2001 in einer Schaltung noch vorgesehen. Meine Simulationen mit LTSpice zeigten auch das sie sinnvoll sei. Das beigefügte Bild zeigt UB=50V und den Spannungsfall über die Dämpfungsperle//10Ohm. Die mittlere Pulsbreite beträgt ca. 25ns, negative Spitze = 15V. Den Strom konnte ich so leider nicht ermitteln. Aber Du, Fralla, wirst schon recht haben. > Versuch doch einen Abschuss zu Triggern. Meinst Du damit, ich soll den Kurzschluss wiederholen? > Drain des unteren Mosfets und auf Dropout Triggern, Ist damit die fallende Flanke von U(Drain) gemeint? Gruss Klaus.
>Die hatte Unitrode, bzw. TI, 2001 in einer Schaltung noch vorgesehen. >Meine Simulationen mit LTSpice zeigten auch das sie sinnvoll sei. Wie hat dies Simulation das gezeigt? Das recovery Verhalten von Fets ist in der Regel sehr bescheiden modeliert, ich trau dem nicht. Wenn das Teil funktioniert kannst du sie ja mit und ohne versuchen. Die Perlen erhöhen auch die Induktivität (und dämpfen natürlich auch). Aber hatt man schwigungen im Drain durch Layout, und die Perle wirkt, so muss diese die gesammte Energie in den parasitären Induktivitäten "Fressen". Mag sein das es bei schwachen Wandlern geht. Aber bei hohen Leistungen (kW bis viele kW) geht das so nicht mehr, die glühen weg. >> Drain des unteren Mosfets und auf Dropout Triggern, >Ist damit die fallende Flanke von U(Drain) gemeint? Oje, du hast ein Analog Oszi, das hab ich nicht gedacht. Mit Dropout wäre gemeint, das das Oszi Triggert wenn nach einer Zeit keine Flanke am Drain mehr kommt, denn dann ist die Brücke Zerstört oder abgeschaltet. Danach kann man sich in ruhe die gespeicherten Waveforms ansehen und die Ursache feststellen. Analog geht das nicht. Du kannst versuchen langsam die Spannung raufzudrehen (Trenntrafo oder PFC runterdrehen), und dabei die beiden Gates (auch das Floatende) und den Schaltknoten beobachten. Ich muss ehrlich sagen, dass Schaltregler noch nie ohne Digital Oszi (sei es ein billiges Rigol) analysiert habe und analog Oszis nur beim Studium und privat verwendet habe. Eine Sicherung (SMD) im oberen Fet kann helfen das Testen billiger zu machen. Tatsache ist, dass man den Abschuss herausfordern muss um der Ursache auf den Grund zu gehen. Und check den Treiber (beschaltung, Signale), der kann ein Mistvieh sein. MFG Fralla
Hallo Fralla, vielen Dank. Ja mein Oszi ist noch analog. Ich habe ihn noch vor ein paar Monaten bei eBay ersteigert. Es ist gar nicht schlecht. Klar, Dropouts kann ich damit nicht erfassen. Ich werde mal die Versorgungsspannung von 50V weiter in Stufen erhöhen. Dafür habe ich noch einen passenden Trafo. Das wird aber noch etwas dauern. Gruss Klaus.
>Beide IRFP240A haben zwischen Drain und Source 0 Ohm. Tatsächlich ein IRFP240A? Jetzt kommts mir erst, das ist doch ein recht beliebter für Audio-Verstäker denk ich. Du hast dich verschrieben oder? Denn sonst ist es kein Wunder, dass es die Fets knallt und die externen Dioden leben.... MFG Fralla
Klaus Ra. schrieb: > ja, verschrieben. Es sind IRFP460A. > Sind die OK? Die haben eine TurnOff Zeit von 110 nS, bei hohen Strömen evtl. noch mehr. Das wird mit der Totzeit recht knapp. Du solltest die mal auf 500nS erhöhen.
>Es sind IRFP460A. Sind die OK?
Ja sind ok, wenn auch nicht das modernste. Muss aber trotzdem
funktionieren.
Und wie gesagt, die Gatesignale beobachten wenn du die Spannung bzw Last
hochdrehst, dann siehst du obs an der Totzeit liegt...
MFG
Hallo Matthias, auf die Turnoff - Zeit hatte ich gar nicht so geachtet. Es gab ja auch genügend Vorlagen für die Schaltung. Ich arbeite mit 200KHz, also 2,5µs je Puls. Bei 0,5µs Totzeit käme ich so auf ein maximales Tastverhältnis von 90%. Das ginge vielleicht gerade noch so. Zumindest wäre das ein Ansatz. Ich könnte auch noch etwas mit der Frequenz heruntergehen um das maximale Tastverhältnis zu verbessern. Hallo Fralla, kann man an Hand der Gatesignale überhaupt etwas zur Totzeit sagen? Spielt die Last da keine Rolle? > Layout muss auch passen, also niederinduktive Anbindung an einen > Stützkondensator der DC-Eingangsspannung, und das rechtliche Layout Ich habe den IR2110 ziemlich nah an den MOSFETs platziert und auf kurze Wege geachtet. COM, die Masse für die Ausgangsstufe des IR2110, habe ich auch sehr kurz zum Low-MOSFET angebunden. Allerdings habe ich VSS, die Masse für die Eingangsseite des IR2110 über die ganze Platinenbreite direkt am Anschluss der Betriebsspannungen verbunden. Das sollte ich bestimmt noch ändern. Meine Frage: ich habe eine 15V und 240V Versorgung. Der COM Anschluss sollte direkt auf kurzem Wege zum dazugehörigen MOSFET geführt sein. Dies ist gegeben. Jetzt hätte ich noch den VSS der mit 0V, bzw. Masse, des 15V - Kreises verbunden ist. Wo sollten beide Massen der beiden Stromkreise verbunden werden? Ich vermute mal, an der Source des Low-MOSFET. Richtig? Dann wäre dies noch zu ändern. Weiter gibt es noch einen Punkt. Die highside Source geht direkt nach L8 und von da wieder zurück über L7//10Ohm zum lowside Drain. Das sind gut 4cm, 1,5cm liegen davon direkt übereinander. Das dürfte ein kleiner Trafo sein. Das Hin und Zurück werde ich direkt an den MOSFET kurzschliessen. Gruss Klaus.
Klaus Ra. schrieb: > Ich arbeite mit 200KHz, also 2,5µs > je Puls. Ist es dir möglich, die Frequenz zu senken? Diese hohe Frequenz in Verbindung mit den älteren MOSFets ist ein Garant für unnötig hohe Verluste. Die halbe Frequenz wär schon mal gut, evtl. sogar nur 40-60 kHz. Klaus Ra. schrieb: > Jetzt hätte ich noch den VSS der mit 0V, bzw. Masse, > des 15V - Kreises verbunden ist. Wo sollten beide Massen der beiden > Stromkreise verbunden werden? Beim IR2110 verbinde ich die beiden Massepunkte dicht am Treiber IC selber, um Potentialdifferenzen über dem IR möglichst auszuschliessen. Da sich die Pins direkt gegenüber liegen, erlaubt das eine dicke Brücke unter dem IC.
Hallo Matthias, so weit kann ich die Frequenz sicher nicht senken. Dann würde ich lieber bessere MOSFETs einsetzen. Kannst Du mir welche empfehlen? Ich denke auch das die beiden Massepunkte dicht am Treiber IC verbunden werden sollten. Mal eine Frage zu Snubbern. Ich habe einen primärseitig am Trafo vorgesehen. Jetzt sehe ich jedoch Spitzen zwischen Drain und Source. Sollte ich den Snubber am Trafo weglassen und besser an Drain und Source gehen? Gruss Klaus.
Klaus Ra. schrieb: > Dann würde ich lieber > bessere MOSFETs einsetzen. Kannst Du mir welche empfehlen? Nein, ich hab mal kurz bei IRF nachgeblättert, aber mit 500 Volt Typen siehts da nicht so gut aus. Vllt. sind IGBTs eine Option. Es sollte aber auch mit den IRFP460 gehen, aber die Frequenz muss ein wenig runter, oder eben die Totzeit hoch. Das ist aber leicht zu prüfen. Lege in Reihe zum 330 Volt Kreis einen Shunt oder halt eine Glühlampe und messe, ob über diesem Widerstand grosse Spitzen erscheinen im Takt des Umschaltens. (Netztrennung beachten!) Dann gehe mit der Totzeit hoch, bis diese grossen Spitzen verschwinden und nur die Halbbrückenpulse bleiben. Früher oder später solltest du allerdings eine Stromüberwachung realisieren, spätestens, wenn du Last am Ausgang hast. Klaus Ra. schrieb: > Sollte ich den Snubber am Trafo weglassen Gute Frage. Snubber kosten Energie, aber können Halbleiter retten. Vllt. kennt sich jemand hier besser aus. Die GegenEMK des Trafos ist jedenfalls nicht zu unterschätzen und der Snubber könnte wenigstens die erste kurze Spitze killen, bevor die Recoverydiode reagiert.
Nim infineon fets, aber c6 typen. IGBT is hier unsinn. Und ja am gate kann man sehen wie weit man mit der totzeit gehen kann. Auch kurze querströme sieht man am gate(spannung). Mfg
Hallo Matthias, hallo Fralla, inzwischen habe ich die Schaltung wieder repariert. Ich habe schon wieder einige Tests mit UB=50V unternommen und schon ein paar Probleme entdeckt denen ich noch genauer auf den Grund gehen muss. Die PFC ist das SNT sind auf getrennten Platinen untergebracht. Es hat sich gezeigt, dass selbst 10cm Zuleitung schon Probleme bereiten. Allerdings dachte ich, die beiden in Reihe geschalteten 2,2µF MKP10 Kondensatoren würden sämtliche Überschwinger verhindern. Dem war aber nicht so. Bei UB=50V hatte ich Spitzen die die Spannung bis auf 80V brachten. Ein 0,1µF MKP10 über +UB und 0V genügt um hier die Spitzen verschwinden zu lassen. Und dann wären noch Spitzen über Source-Drain. Die müsste man wohl mit Snubber beseitigen. Gruss Klaus.
Klaus Ra. schrieb: > die beiden in Reihe geschalteten 2,2µF MKP10 > Kondensatoren würden sämtliche Überschwinger verhindern. Die können auch genau das Gegenteil bewirken, wenn sie mit dem Trafo einen Schwingkreis bilden, der von der Halbbrücke angestossen wird. Behalte das mal im Auge mittels Oszi.
Hallo Matthias, ich habe wohl die Ursache des Durchbruchs der MOSFET entdeckt. Einer der 2,2µF MKP10 und zwar der mit Verbindung zu 0V, hatte dort keine Verbindung zu 0V. Die Durchkontaktierung war nicht gegeben. Deshalb kam es zu starken Überschwingern. Mit wundert es im zurückblickend ein wenig warum es bis UB=50V überhaupt noch einiger maßen lief. Ich habe daraufhin die PFC als Spannungsquelle genutzt aber erst einmal mit 60W Glühbirnen als Spannungsteiler. Ich bin schrittweise von 79V, 145V bis auf 266V gegangen. Allerdings habe ich noch ein Elko an UB geschaltet damit Nebeneffekte unterdrückt wurden. Die Last betrug bis zu 18W Eigentlich waren die Tests erfolgreich. Mir macht aber der IR2110 Probleme. Die Schaltfrequenz liegt bei 200KHz, es sind eher 209KHz. Bis UB=50V stieg die Temperatur des IR2110 bis auf 65°C. Jetzt bei UB=266V steigt sie auf 85°C. Mit einem IC-Kühlkörper geht sie auf ca. 70C herunter. Ich finde, die Betriebstemperatur ist deutlich zu hoch. Hinzu kommt, die MOSFET (Kühlkörper R(th) 4 K/W) waren bei UB=50V bei Lasten von 0-16W gerade mal 29°C warm geworden. Jetzt gehen sie bis auf 53°C hoch. Du hattest mir ja geraten die Frequenz zu halbieren. Wie warm dürfen denn die IR2110 in der Regel im "quasi Leerlauf" werden? Gruss Klaus.
Klaus Ra. schrieb: > Wie warm dürfen > denn die IR2110 in der Regel im "quasi Leerlauf" werden? Ob Leerlauf oder Vollast sollte den IRs ziemlich egal sein, die entscheidende Wärmequelle ist die Endstufe, die die Gates umladen muss. Das Datenblatt gibt 150°C als absolutes Maximum an, das würde ich an deiner Stelle aber nicht ausprobieren. Die resultierende Last berechnet sich also aus der Gateladung, dem Gatewiderstand und der Anstiegs- und Abfallzeit. Logisch, das bei fallender Frequenz seltener umgeladen werden muss und damit die Leistung sinkt. Evtl. kannst du an den Gatewiderständen was machen, allerdings je höher, desto langsamer wird umgeladen. Je niedriger, desto mehr Strom fliesst im IR.
Hallo Matthias, ja, in der Simulation sieht alles gut aus. Die Stromspitzen gehen simuliert bei 3,9Ohm bis auf 0,8A hoch, gemessen mit einem 80MHz Oszi sind es 1,0A. Allerdings sind es am IR2110 simuliert bei 200KHz (nur) 0,28W, bei 100KHz (nur) 0,15W, was ich nicht ganz glaube. Der IR2110 (SOIC16) hat ein Wärmewiderstand Junction/Umgebung von 100 °C/W. Vergleiche mit anderen SOIC16 haben gezeigt, dass Junction/Case bei 75°C liegen muss. Mein IC-Kühlkörper hat ebenfalls ein R(th) von 75K/W. Gemessen habe ich mit Kühlkörper 70°C. Bei 0,28W ergäbe sich: 70°C + 0,28W x (75K/W + 75K/W) = 124°C Junction - Temperatur. In der Praxis dürfte der Gesamt - R(th) in der Summe etwas günstiger sein. Ich habe zwei Möglichkeiten, 200KHz beibehalten und die von Fralla empfohlenen Infineon MOSFET c6 Typen verwenden. Die bekomme ich von Mouser so um die 2€. Nebenbei, die IRFP460A haben bei Conrad 4,50€ gekostet. Allerdings sollte man bei Mouser nicht für ein paar Euro bestellen. Oder ich senke die Frequenz auf 100KHz. Dann müsste der Trafo etwas anders gewickelt werden. Das ist aber noch ein anderes Thema. Gruss Klaus.
Lelauf oder Vollast ist überhaupt nicht egal für die Schaltverluste, was sowohl ein und Ausschalten betrifft. Die entscheidende Ursache bei Mosfets imm Leerlauf ist die DS-Kapazität. Diese Energie wird immer vernichtet (also Wärem). Sie entscheidet wir warm die Fets werden. Das Gate Laden ist da völlig zu vernachlässigen. Die Kapazitäten sind sehr nichtlinear, aber oft ist Eoss ausgegeben, also Engerie vs Spannung. So kann man diesen Wert einfach mit der Schaltfrquenz multiplizieren. Ein typisches Beispiel sind Resonanzwandler. Ich hab hier einen Wandler mit 45m/600V Fets. Ohne Kühlkörper brennen die Fets nach einer Minute ab wenn kein Trafo angehängt ist. Und was passiert mit Trafo? Man kann immerhin 2000W (von 4kW) ziehen. Mit angehängtem Trafo im Leerlauf, kann die Brücke dauerhaft getaktet werden, es ist offensichtlich warum... Ja, die C6 Fets eignen sich ganz gut. Aber auch deine jetzigen können ohne Probleme mit 200kHz getaktet werden. In deren Zeit war das auch normal.. MFG Fralla
Hallo Fralla,
> Aber auch deine jetzigen können ohne Probleme mit 200kHz getaktet werden. > In
deren Zeit war das auch normal..
Das beruhigt mich schon mal etwas. Es muss dann an der Ansteuerung
liegen. Wie ich schon sagte, das Gate wird mit einem Peak von 1,0A über
einen 3,9 Ohm SMD-Widerstand angesteuert. Die Entladung erfolgt mit
einem etwas geringerem Peak. Sollte ich hier etwas ändern? Ggf. mittels
Diode/Widerstand?
Gruss Klaus.
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