Hallo ihr! Ich bastele mir gerade eine Umrichterschaltung basierung auf einem HIP4086 zusammen. Die Ausgangssituation ist, dass ich noch nie großartig Schaltungen entwickelt habe, nur so kleinere, eher digital auf dem Steckbrett. Daher ist meine Taktik gerade, während der Dimensionierung und Auswahl der Bauteile die entsprechenden Wirkungszusammenhänge usw. zu erlernen und mir alles entsprechend auszurechnen und in LTSpice auf Plausibilität gegenzuchecken. Ich finde, dabei mache ich auch schon gute Fortschritte, der Leistungsteil ist eigentlich von der Schaltung soweit fertig. Aber was schon bei der Wahl der Bauteile eine Qual war, ist beim Layout jetzt noch viel schlimmer. Und zwar geht's mir im besonderen um die Länge der Leistungsstrom führenden Leiterbahnen. Wenn ich die TO-220er FETs einer Halbbrücke Rücken an Rücken stelle, lässt sich das alles gut und direkt verdrahten, aber ich weiß nicht, ob es entsprechende Kühlkörper gibt, bei denen man von beiden Seiten anschrauben kann. Ich schalte maximal 10A, bei großzügig ausgelegter tFall, Schaltfrequenz usw. komme ich aufgerundet insgesamt auf 1W Verlustleistung. Nun könnte ich mich an die Application-Notes halten und im Sommer würden die Fets dann nur über's PCB gekühlt bei 100°C landen. Aber ich möchte es ja nicht auf die Spitze treiben und da ich ja eventuell mal eine stärkere Last anschließen möchte, sollte ich sowieso Kühlung vorsehen. Also wenn ihr 6 TO-220er FETs für 3 Phasen bei sagen wir 3W Verlusten auch noch irgendwie kühlen müsst, wie bringt ihr sie für gewöhnlich auf dem PCB unter? Welche Kühlkörper sind da die Sinnigsten? Junction-To-Sink ist bei den Transistoren in der Summe mit ca. 1.6°C/W angegeben. Vielleicht sind das ja auch so kleine Leistungen, dass ich da SMD-Modelle von nehmen kann und da kleine Kühlkörper "draufklebe"? Ich hatte nur im Hinterkopf, dass TO-220 für den Heimbastler die angenehmere Variante ist, aber vielleicht denkt man da ja auch an viel höhere Verluste... Ich weiß, die Frage ist irgendwie doof, aber das ist irgendwie etwas, das ich mir so recht nicht ausrechnen kann und die Modellauswahl, wenn man mal bei Fischer schaut, ist schier grenzenlos. Zuviel Text, zuwenig Frage, sehe ich, es tut mir Leid :( Schönen Abend noch!
Bei TO-220 oder auch TO-247 kannst du die Beine um 90° knicken und von unten durchs PCB stecken/löten. Das hat den Vorteil, dass alle FETs auf einen gemeinsamen Kühlkörper passen.
Jau! Danke Dir ersteinmal! Irgendwie so in der Art war auch mein erste Gedanke, in eine Reihe am Rand. Nur dann habe ich halt gesehen, wie groß auf 10A ausgelegte Leiterbahnen in der Budgetdicke sind und wie eklig die Leiterbahn-Führung so wird, um die Versorgung anzuschließen, Freilaufdioden möglichst dicht zu platzieren und noch die drei Phasen herauszubekommen. Da dachte ich, dass da vielleicht doch eine andere Vorgehensweise gewählt wird. Viele Grüße
BastiDerBastler schrieb: > Da dachte ich, dass da vielleicht doch eine andere > Vorgehensweise gewählt wird. ja, ein modul kaufen ;)
Nene, das ist mein Projekt! Das ist bei mir jetzt so wie es zumindest vor einigen Jahren auch immer in der Baumarktwerbung zelebriert wurde! Nur den Motor werde ich erstmal nicht selber bauen ;)
BastiDerBastler schrieb: > Nene, das ist mein Projekt! Das ist bei mir jetzt so wie es > zumindest > vor einigen Jahren auch immer in der Baumarktwerbung zelebriert wurde! > Nur den Motor werde ich erstmal nicht selber bauen ;) von welchen spannungen und leistungen reden wir?
24V/50W. Die 10A lege ich nur so großzügig aus, damit mir nichts verdampft, bevor sich das Teil notabschaltet. Außerdem geht's mir vor allem um Lageregelung, daher wird da halt auch oft "viel" Strom fließen ;) Und vielleicht, wenn's funktioniert, könnte man ja auch mal Stärkere Teile anschließen...
informiere dich mal über fets in thinpack gehäusen. über vias knnst du sie kühlen. die freilaufdioden, wie stark kommen die zum einsatz?
Tim schrieb: > informiere dich mal über fets in thinpack gehäusen. über vias > knnst du > sie kühlen. ups, meinte canpack.
Tim schrieb: > Tim schrieb: >> informiere dich mal über fets in thinpack gehäusen. über vias >> knnst du >> sie kühlen. > > ups, meinte canpack. d2pack :P
"Schön" finde ich die Lösung mit den 6 FET auf einem Kühlkörper, Beinchen hochgebogen und von unten durch die Platine gesteckt. Das wurde (wird?) auch in professionellen Schaltungen so gebaut.
Hrmmm, wie meinst Du da stark? Also das Teil soll schon so schnell wie möglich hin- und herfahren, also wird da schon ständig bei hohem Strom geschaltet (SVPWM-Vektor-Regelung, die ist per mex soweit in Simulink am Motormodell schon durchsimuliert). Bei 10 kHz ... 20 kHz hatte ich jetzt so angedacht. Ich fänd's toll, wenn das Teil nicht kreischen/laut rauschen würde (hab da ein Stepper-Treiber-Board als negatives Beispiel bzgl. Rauschen). Sobald ich weiß wie Du's meinst, versuche ich zu antworten oder es auszurechnen ;)
Helge A. schrieb: > "Schön" finde ich die Lösung mit den 6 FET auf einem Kühlkörper, > Beinchen hochgebogen und von unten durch die Platine gesteckt. Das wurde > (wird?) auch in professionellen Schaltungen so gebaut. Ja, ist am einfachsten. Bringt aber auch Nachteile mit sich: 1. Wenn noch 6 diskrete Freilaufdioden dazukommen (sollen), sind es schon 12 Bauteile. Das macht die ganze Sache schon wesentlich größer, wenn jedes Bauteil nun zurechtgebogen und auf einen Kühlkörper gebracht wird. 2. Sind die TO-220 Gehäuse extrem schlecht hinsichtlich parasitären Induktivitäten. Wenn möglichst schnell geschaltet werden soll, verursachen TO-220 Gehäuse extreme Störungen --> Abhilfe schafft langsameres Schalten. Das erhöht aber die Schaltverluste Muss man m.E. alles abwägen. Ich selbst fahre mit den geknickten Beinchen ganz gut.
BastiDerBastler schrieb: > Hrmmm, wie meinst Du da stark? Also das Teil soll schon so schnell > wie > möglich hin- und herfahren, also wird da schon ständig bei hohem Strom > geschaltet (SVPWM-Vektor-Regelung, die ist per mex soweit in Simulink am > Motormodell schon durchsimuliert). Bei 10 kHz ... 20 kHz hatte ich jetzt > so angedacht. Ich fänd's toll, wenn das Teil nicht kreischen/laut > rauschen würde (hab da ein Stepper-Treiber-Board als negatives Beispiel > bzgl. Rauschen). > Sobald ich weiß wie Du's meinst, versuche ich zu antworten oder es > auszurechnen ;) Meine Frage zielt darauf ab, wie oft und wie lange Strom durch die Freilaufdiode fließt.
Ich muss gerade die Shootthrough-Protection-Delay-Time (puh, lange Kombo ;)) nachschlagen...
auch wenn 0.5µ unter Anbetracht von den tRise/tFall-Fall-Zeiten genügen sollten, rechne ich mal lieber 1µ + 0.2µ = 1.2µ * 20000 = 0.024s oder 2.4% unter Strom. 0.4V*10A*0.022 = 0.088W im Mittel... Vertu' ich mich da in meiner Denkweise?
Die 1.1µs hatte ich am Ende nicht angepasst... also ca. 0.1W erwarte ich dort im allerschlimmsten Fall.
Also diese OptiMOS3-Teile im CanPAK von Infineon haben ja Werte, von denen ich nichtmal zu träumen gewagt habe O.O
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Hrmmm, wenn ich meine Routing-Misere hier mal belegen soll, sind 2 Screenshots jeweils Top- und Bottom-Layer am praktischsten? Oder Eagle-Dateien? Egal welche Fets ich nun nehme, nachdem ich Sources und Drains sowie die Mitten verbunden habe, bleiben mit nur noch ein Haufen von Vias um an die Gates zu kommen... Und die Gate-Leitungen haben ja eigentlich die größten dI/dts -.- Es sind jetzt der Übersichtlichkeit halber noch nicht alle stromführenden Bahnen auf maximale Breite getrimmt... Auch sind die Brückenmitten am Stecherpfosten noch nicht verbunden. Und das mal ohne Beachtung der Tatsache, dass man die Fets laut Doku wegen der thermischen Spannungen am besten nicht "übereinander" verbaut... Mir geht's hier erstmal nur um's Prinzip. Ich glaube ein paar Vias könnte ich mir zentral sparen, wenn ich auch von "oben" VDD und Ground zur Verfügung stelle. Aber dann mache ich mir Sorgen über unterschiedliche Potentiale oder was da sonst noch so geschehen könnte. Und das ist das erste Mal, dass ich mit Eagle arbeite, bitte habt Nachsicht... Tipps werde ich gerne verinnerlichen.
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Ach na klar, sorry, dachte 3 Phasen Wechselrichter wäre so "Standard", dass da nix zu zu sagen ist.
Okay, jetzt geht's mal an den privat realisierbaren Aufbau. Schaue mir gerade http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PSMN1R0-30YLC.pdf als Schalt-FET an... Kann man bei dem Package den Drain-Kontakt mit Lötpaste verlöten, indem man die Hitze nur von der Seite (mit einer Lötspitze...) einbringt, ohne dass der Transistor schon vor Gebrauch die Hitzegrätsche macht? Zudem hat mich eine der ersten Nachfragen nachdenklich bezüglich der Freilaufdioden gemacht. Ich werde die einzelnen Halbbrücken im Umschaltbetrieb haben, mit ~0.7µs Shootthrough-Protection, sodass die Freilaufdioden vielleicht so 1µs 10A aushalten müssen. Bei 360mV Durchlasspannung und 20kHz macht das insgesamt immerhin 0.72W unter Dauervolllast. Die Dioden, die ich mir angeschaut habe hatten allesamt einen absolut miesen RTamb, sodass man die wohl doch irgendwie kühlen muss... Könnt ihr da vielleicht welche empfehlen?
BastiDerBastler schrieb: > Okay, jetzt geht's mal an den privat realisierbaren Aufbau. > Schaue mir gerade > http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PSMN1R0-30YLC.pdf als Schalt-FET > an... Kann man bei dem Package den Drain-Kontakt mit Lötpaste verlöten, > indem man die Hitze nur von der Seite (mit einer Lötspitze...) > einbringt, ohne dass der Transistor schon vor Gebrauch die Hitzegrätsche > macht? Ich würde Lötzinn auf das Pad raufmachen und mit nem Lötkolben flüssig halten. Dann würde ich den FET schnell raufschieben und schnell den Lötkolben entfernen. Das sollte eigentlich passen. > Zudem hat mich eine der ersten Nachfragen nachdenklich bezüglich der > Freilaufdioden gemacht. Ich werde die einzelnen Halbbrücken im > Umschaltbetrieb haben, mit ~0.7µs Shootthrough-Protection, sodass die > Freilaufdioden vielleicht so 1µs 10A aushalten müssen. Bei 360mV > Durchlasspannung und 20kHz macht das insgesamt immerhin 0.72W unter > Dauervolllast. Die Dioden, die ich mir angeschaut habe hatten allesamt > einen absolut miesen RTamb, sodass man die wohl doch irgendwie kühlen > muss... Könnt ihr da vielleicht welche empfehlen? Wie wirst du die FETs denn nun kühlen? Ich sehe, dass du kein TO-220 Gehäuse verwendest, ergo wirst du irgendwie dein PCB als Kühlkörper verwenden, richtig? Wahrscheinlich klemmst du irgendwie von oben einen separaten Kühlkörper auf die FETs, ja? 0.72W bei den Freilaufdioden würde ich im Rahmen des Machbaren sehen, dass man dein PCB mit ein paar Vias als Kühlkörper verwendet. Zu diesem Thema gibt es viele Application Notes. Wahrscheinlich findest du etwas bei Google unter "Vias thermal resistance" etc.
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Ja, ich versuche da im Rahmen der Möglichkeiten große Flächen für Drain hinzubekommen und Vias zu setzen und werde oben auf's Package kleinere Kühlkörper aufkleben. Da die Verluste sich in Grenzen halten, sehe ich da inzwischen eigentlich keine größeren Probleme mehr. Die Freilaufdioden sind da etwas kritischer, aber ich versuche da irgendwie eine Lösung zu finden, die auch an die Fet-Körper dranzubekommen, sie liegen ja in direkter Nähe. Im Moment komplettiere ich erstmal die Schaltung mit Versorgung, Chopper-Pfad, Phasenstrommessung usw., nachdem ich ein Vertrauen darin gewonnen habe, dass die FET-Schaltung umsetzbar ist. Hui, das ist ganz schön aufwendig, und selbst im Eigenbau ohne Berechnung der Einarbeitungszeit (Entwickeln möchte ich das nicht nennen) nur durch die Teile (DCDC, ADC, Opamps, Komparator, 9 Fets etc.) ziemlich kostspielig. Wenn ich mit dem Schaltplan fertig bin, werde ich den hier mal zur allgemeinen Belustigung reinstellen. Vielleicht hilft mir ja der ein oder andere das praxistauglich zu bekommen, das würde mich sehr freuen.
BastiDerBastler schrieb: > Die Freilaufdioden sind da etwas kritischer, aber ich versuche da > irgendwie eine Lösung zu finden, die auch an die Fet-Körper > dranzubekommen, sie liegen ja in direkter Nähe. Wie wäre es mit MOSFETS, die bereits eine Freilaufdiode integriert haben? Ich habe gerade auch ein projekt, bei dem ich induktive Lasten schalten muss und verwende dafür den IRLIZ44N . Dadurch dass die Dioden direkt im FET Gehäuse sind, entsteht eine gute Wärmeableitung. Habe davon 2 parallel geschaltet. Geschaltet werden ca. 20A mit 50kHz. Kühlung habe ich durch abknicken und aufschrauben auf einen CPU Kühler realisiert. Interessant für dienen Fall wären da wohl Heatpipes, dann bist du lageunabhängiger!
Hallo, danke für die Meldung! Meinem Verständnis nach haben sie ja im Prinzip alle eine eingebaute Freilaufdiode, aber wenn man da mal in's Datenblatt schaut, dann haben sie alle eine ziemlich hohe Vorwärtsspannung, bei "Deinem" zB. 1.3V, bei "meinem" 0.8V - 1.1V. Und da P = U*I kamen sie mir irgendwie ungeeignet vor (Externe Schottky Dioden haben da ungefährt die Hälfte). Also ich versuche die Entstehung von Hitze zu vermeiden, wo es geht, das war der Gedanke.
dabei aber nicht vergessen, dass Shotkky Dioden mit nur 0.3V-0.4V Vorwärtsspannung einen Leckstrom haben der im bereich von 1 Promille des Nennstromes liegt. Macht bei 10A Nennstrom ca 10mA und 24V-->0.24W während der Einschaltphasen zusätzlich.
Oha, okay, das beziehe ich in meine Überlegungen ein, bzw. lese mich darüber schlau. Vielen Dank. Das kann dann ja eine Optimierungsgeschichte werden Oo
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Okay, ich denke, ich sollte mal ein paar Tage Pause machen, aber hier mal der momentane Plan. Ich denke es fehlen noch ein paar Stützkondensatoren am HIP oder am OpAmp oder so, da muss ich mich mal schlau machen. Die Konstruktion um die Messwiderstände auf +-12V Potential runterzubringen missfällt mir irgendwie, und das ist auch ziemlich ätzend zu routen... Aber jetzt darf gerne drüber gewettert werden, ich muss ja noch so einiges lernen! Eine Frage die sich mir stellt ist, wie ich die Leitungsführung von den Messwiderständen weg mache... Immerhin sollte der AD ja am besten nicht in der Nähe der Gatebeschaltung sein, aber das bedeutet gleichzeitig, dass ich die Leitungspaare zum Verstärken/Filtern/Wandeln einmal um den Umrichterteil herumführen muss... das kann ja auch nicht so gut sein für die Störungsanfälligkeit :(. Reicht es da, dass es sich um "differentielle" Signale handelt? Viele Grüße
Hast du keinen Treiber zw. MC und Gate? Dann könntest du den/die Treiber in die Nähe der FETs setzen und somit lange Gate-Leitungen vermeiden. Aus Erfahrung denke ich ,dass es sogar sinnvoll sein kann, in die dritte Dimension zu gehen: Gewisse Leiter herausführen. Hier wäre das vielleicht zuviel des guten, aber oft werden die stromführenden Bahnen als externe Kupferleisten ausgeführt. Damit dir der Strombelag deiner stromführenden Drain- und Source-Leiter nicht zu Schaffen machst kannst du einen ähnlichen Trick anwenden: Bring großzügig Lötzinn auf die Leiterbahn auf und mach sie damit höher!
Hallo! Also der HIP4086 ist ein 3-Phasen-Treiber mit eingebauten Bootstrap. Den versuche ich natürlich so nah wie möglich an die Gates zu bekommen und das Layout so einseitig zu machen, dass ich auf der anderen Seite eine Ground-Plane hinbekomme. Der µC ist auf seinem eigenen Board und mit den Isolatoren gegen meine Fehler geschützt (hoffentlich).
Okay, der Chopper-Fet ist auf dem Plan ganz offensichtlich auf der falschen Seite ;)
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