IGBT Freilauf

[Chris (Gast)]

Hallo,

trotz einiger Maßnahmen bleibt meine Simulation leider immer hängen. Was 
ich versucht habe:
- Control Panel -> SPICE   Solver:Alternate
- Flankensteilheit reduziert
- .options cshunt=1e-15

Nun traue ich meinem IGBT Simulationsmodell sowieso nicht so recht. Ich 
habe es mal angehängt. Die beiden Dateien habe ich hier aus dem Forum 
und einfach in die entsprechenden Ordner meines Programmverzeichnisses 
kopiert.

Eigentlich geht es mir aber darum:
Der IGBT soll eine induktive Last schalten. Anders als ein Triac soll er 
auch im bestromten Zustand abschalten können. Wenn ich das tue, bekomme 
ich aber Probleme mit dem Freilaufstrom. Eine Freilaufdiode ist nicht 
drin, weil sie die Last bei negativen Halbwellen überbrücken würde. 
Möglich wäre wohl eine aktive Gleichrichtung. Die wollte ich aber 
umgehen wegen Platz und Aufwand. Dann habe ich von den Trick mit der TVS 
Diode gelesen (siehe Bild). Sobald die Spannung am Collektor zu hoch 
steigt, zieht die Diode das Gate nach hoben, sodass der IGBT wieder 
etwas leitend wird und den Stom abführt. Die Idee finde ich genial, nur 
kann ich es in der Simulation leider nicht nachweisen. Bevor ich nun 
viel Zeit investiere und einen Prototypen aufbaue und Programmiere 
wollte ich mal fragen, ob jemand das schon gemacht hat oder einen Grund 
kennt, aus dem das nicht klappen könnte? Andere Vorschläge sind 
natürlich auch willkommen. :)

Grüße
Chris

[Manuel K. (manuel_k38)]

Hast du mal versucht bei deiner Induktivität als Wert "1m" anstatt "1mh" 
einzusetzen?

[Chris (Gast)]

Danke für den Hinweis. Hatte aber leider keine Auswirkung.

[ArnoR (Gast)]

Chris schrieb:
> bleibt meine Simulation leider immer hängen

Ja, neuerdings kann LTSpice erkennen, ob die Schaltung in der Realität 
kaputtgehen wird. Wenn LTSpice das feststellt, bleibt es an der Stelle 
stehen. Diese Stelle ist bei dir das viel zu langsame Einschalten des 
IGBT über den hochohmigen R11. ;-)

[Chris (Gast)]

Danke auch für diesen Hinweis. Leider funktioniert die Simulation 
trotzdem noch nicht. :-/

[Falk B. (falk)]

@ Chris (Gast)

>Der IGBT soll eine induktive Last schalten.

Schön.

>Anders als ein Triac soll er
>auch im bestromten Zustand abschalten können. Wenn ich das tue, bekomme
>ich aber Probleme mit dem Freilaufstrom. Eine Freilaufdiode ist nicht
>drin, weil sie die Last bei negativen Halbwellen überbrücken würde.

Toll.

>Möglich wäre wohl eine aktive Gleichrichtung. Die wollte ich aber
>umgehen wegen Platz und Aufwand. Dann habe ich von den Trick mit der TVS
>Diode gelesen (siehe Bild). Sobald die Spannung am Collektor zu hoch
>steigt, zieht die Diode das Gate nach hoben, sodass der IGBT wieder
>etwas leitend wird und den Stom abführt.

Nennt sich Active clamping.

> Die Idee finde ich genial, nur
>kann ich es in der Simulation leider nicht nachweisen.

Ausserdem braucht man dazu einen Treiber, der das Gate in dem Moment 
NICHT hart auf 0V zieht. Mal abgesehen davon, dass dein "Treiber" keine 
Power hat. Du brauchst eher das Gegenteil. Per Transistor auf HIGH 
ziehen und per Wiederstand (1k und weniger) auf LOW. Dann kann nämlich 
auch das Clamping das Gate noch hochziehen, ohne gegen einen Transistor 
zu arbeiten.

[Falk B. (falk)]

Und wenn man mit einem IGBT Wechselspannung schalten will, nimmt man 
meistens eine Gleichrichterbrücke davor, dann sieht der IGBT immer nur 
Gleichspannung. Oder man nimmt zwei IGBTs mit antiparalleler Dioden in 
Reihe (Emitter verbinden). So arbeiten OptoMosfets.

[Chris (Gast)]

Hallo,

es hat eine Weile gedauert, aber es hat sich auch ein Bisschen getan.

Unter Berücksichtigung Eurer Kommentare habe ich den Treiber nochmal 
überarbeitet. Einige Rahmenbedingungen sollte ich nun noch erwähnen:

- Es geht um eine Erweiterung einer Elektronik und der Bauraum ist 
wirklich SEHR begrenzt. Für einen aktiven Freilauf ist vermutlich 
bereits kein Platz mehr. Aus dem gleichen Grund möchte ich auch auf eine 
Gleichrichtung verzichten, da ich die Dioden kaum entwärmen könnte.

- Ich habe auf der Elektronik bereits -5V zur Verfügung (Diskret 
erzeugt, siehe Bild), womit auch der µC arbeitet. Der Treiber muss also 
mit -5V...0V angesteuert werden.


Die Simulation funktioniert nun. Das einzige Problem ist, dass der IGBT 
sich etwas aufschwingt.

Da ich der Simulation aber nicht 100%ig traue habe ich das ganze mal auf 
einer Lochrasterplatine zusammengelötet. Eine Weitere Platine mit µC 
überwacht die Netzspannung und steuert den Treiber an. In der Positiven 
Halbwelle wird der IGBT aktuell 2 mal ein und wieder ausgeschaltet. 
Leider hat sich gezeigt, dass die Schwingungen in der Praxis deutlich 
stärker sind, als in der Simulation, und das obwohl ich bisher nur eine 
ohmsche Last habe (230Ohm)!

Ich habe mal mit einem 100nF Kondensator rumgespielt. Vom Gate auf GND 
hat keinen Wert, genausowenig parallel zur TVS Diode. Parallel zum IGBT 
waren dagegen alle Störungen verschwunden, auch ohne Active Clamping. 
Ich vermute aber, dass der Kondensator bei einer Induktiven Last 
deutlich größer ausfallen müsste -> Platzprobleme

Ich habe also weiterhin Fragen zum Active Clamping:

1. Ich habe gelesen, dass das verfahren ohnehin nicht als Dauerlösung 
genutzt werden sollte, sondern nur für ausnahmefälle, da der IGBT dabei 
altern würde. Macht das Verfahren bei 100xSchalten/Sekunde überhaupt 
Sinn?

2. Falls ja: Wie bekomme ich die Schwingungen in den Griff?

Ich hoffe, dass mir wieder jemand helfen kann :)

[Helmut S. (helmuts)]

Also dein IGBT-Treiber sieht ziemlich schwach aus. Mit dem wirst du 
nicht lange Freunde haben, weil der IGBT beim Schalten wahrscheinlich 
verglüht wenn du den mit so lahmen Flanke ansteuerst. Andere kaufen sich 
extra ein Gate-driver IC das 1A und mehr Gatestrom treiben kann. Ersetze 
wenigsten R5, R14 und R16 durch 0Ohm und ersetze R6 durch 1kOhm(0,5W).


Die beiden Transistoren bitte noch von oben nach unten tauschen, damit 
die Emitter in der Mitte sind.

[Chris (Gast)]

Helmut S. schrieb:
> Die beiden Transistoren bitte noch von oben nach unten tauschen, damit
> die Emitter in der Mitte sind.
Macht Sinn, danke!

Helmut S. schrieb:
> Ersetze
> wenigsten R5, R14 und R16 durch 0Ohm und ersetze R6 durch 1kOhm(0,5W).
Hier bekomme ich aber zwei Probleme. Wenn R5, R6 zu klein sind, muss 
meine 15V Versorgung einen zu großen Strombereich abdecken. Entweder 
Brennt die Z-Diode im Leerlauf durch oder die Spannung bricht unter Last 
ein. Aber Das Problem lässt sich ja mit einer besseren Versorgung lösen.

R16 habe ich aber eigentlich extra rein gemacht, damit das Active 
Clamping funktioniert. Was mache ich denn dann mit meinem Freilaufstrom?
Falk Brunner schrieb:
> Per Transistor auf HIGH
> ziehen und per Wiederstand (1k und weniger) auf LOW.

ein Gate-driver IC wäre natürlich auch eine Möglichkeit. Zum Beispiel 
sowas?
http://www.fairchildsemi.com/ds/FA/FAN3121T_F085.pdf
Ich müsste dann nur noch meine -5V...0V mit Transistor auf 0V...5V 
wandeln.  Gibt es für meinen Fall ein Standardbaustein? Sowas wie den 
Enable oder invertierten Ausgang brauche ich ja eigentlich schon gar 
nicht. Und auch sonst habe ich ja keine extremen Anforderungen. Der 
Fokus sollte also auf klein und günstig liegen.

[Chris (Gast)]

Also, ich habe es mal mit induktiver Last probiert. Mit Freilaufdiode 
hat es ganz gut funktioniert. Die Erwärmung des IGBT hielt sich trotz 
schwachem Treiber noch im Rahmen. Später muss die Diode aber raus, weil 
sie die Last für negative Halbwellen überbrücken würde. Ohne Diode lässt 
sich der IGBT allerdings genau ein mal ausschalten, dann ist er 
zerstört. Und das obwohl ich bisher am Trenntravo mit nur 100V arbeite. 
Das Active Clamping funktioniert so also nicht. Ich habe gerade eine 
400V TVS Diode und einen 600V IGBT drin. Außerdem habe ich 10nF zwischen 
D und S des IGBT, was ein Schwingen des Gates sehr gut reduziert.

Habe ich außer einem aktiven Freilauf noch irgendeine andere 
Möglichkeit?