Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frequenzumrichter - Halbbrückentreiber


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von Tech N. (Gast)



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Hallo Guten Tag,

ich bin gerade dabei einen 3AC Frequenzumrichter selbst zu bauen 
(Maturaarbeit) und versuche diesen mit einem Atmega 328PU anzusteuern...

Um das IGBT-Modul vernünftig ansteuern zu können verwende ich drei 
Brückentreiber des Typs IR2104PBF der Firma International Rectifier 
(einen für jede Halbbrücke des IGBT-Moduls).

Nun habe ich ein ähnliches Projekt eines Schweizers gefunden welcher 
diese Brückentreiber etwas anders beschaltet als ich es machen würde.

Im Grunde habe ich die Schaltung identisch wie das Projekt des 
Schweizers. Sieht man sich jedoch das Bild (im Anhang) an so sieht man 
dass er R3 und R4 zwischen Gate von Q1 und VS bzw. zwischen Gate von Q2 
und VS geschaltet hat. In seinem Skript beschreibt er diese Widerstände 
als Pull-Down Widerstände. Doch mit dieser Beschaltung erscheint mir das 
nicht als logisch. X4 ist mit einer der drei Motorwicklungen verbunden.

(Im Anhang auch ein Bild meiner Beschaltung und des Datenblattes)

Könnt ihr mir sagen welche dieser Beschaltungen als richtig angesehen 
werden kann? Hat vielleicht schon jemand mal mit diesem Chip gearbeitet?

Danke schon mal...

von Motek (Gast)


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Dass nennen ich Bildformate. Lässt sich hervorragend lesen. Danke.

von Düsendieb (Gast)


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von Tech N. (Gast)


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Naja aus diesem Schaltplan werde ich auch nicht schlauer (ist wieder 
anders als meine Version und die des Schweizers).

In diesem Artikel 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzumrichter_mit_Raumzeigermodulation#Leistungsteil

wird das Gate des High-Side Fet über einen Widerstand auf VS gelegt. 
Hingegen das LOW-Side Fet Gate wird über einen Widerstand auf Masse 
gelegt. Also eine komplett neue Beschaltung wie mir bis jetzt bekannt.

Was wäre denn nun die richtige oder beste Lösung?

Mfg

von Düsendieb (Gast)


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Diese Widerstände (47K in dem Artikel) sind reine Angst Widerstände. 
Wenn der Treiber mal aus irgend einem Grund mal Hochohmig werden sollte, 
dann sollen diese Widerstände ein Durchschalter beider FET einer 
Halbbrücke mit dadurch verbundener Rauchentwicklung vermeiden.

Die Widerstände entladen dann das Gate.

Solange der Treiber funktioniert, werden die Widerstände nicht 
gebraucht.

Die 47R (oder auch etwas kleiner) in Reihe zum Gate werden immer 
gebraucht.

von Düsendieb (Gast)


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würde auf jeden Fall einen 2109 nehmen, weil der ein Ansteuern beider 
FET einer Halbbrücke von sich aus verhindert

von Düsendieb (Gast)


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Tech Nick schrieb:
> 3AC Frequenzumrichter selbst zu bauen
> (Maturaarbeit)

Da es hier in Forum schon zwei Artikel dazu gibt, wo ist da die 
Entwicklungsarbeit, die eine Maturaarbeit rechtfertigt?

von Düsendieb (Gast)


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Nimm zumindest einen STM32 und mach die tollsten Berechnungen

von Alexander S. (esko) Benutzerseite


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Düsendieb schrieb:
> Diese Widerstände (47K in dem Artikel) sind reine Angst Widerstände.
> Wenn der Treiber mal aus irgend einem Grund mal Hochohmig werden sollte,
> dann sollen diese Widerstände ein Durchschalter beider FET einer
> Halbbrücke mit dadurch verbundener Rauchentwicklung vermeiden.

Stimmt.

> Die 47R (oder auch etwas kleiner) in Reihe zum Gate werden immer
> gebraucht.

Sie machen die Flanken langsamer und vermeiden damit EMV-Probleme. 
Außerdem fällt die Verlustleistung somit im Widerstand und nicht im 
Treiber an. Als absolut nötig erachte ich sie nicht.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Alexander Schmidt schrieb:
> Als absolut nötig erachte ich sie nicht.

Gerade bei so schwachen Treibern wie dem IR2104 sind sie nötig, damit 
der Ladestrom der Gatekapazität den Treiber nicht überlastet. Das kleine 
Kerlchen kann ja nur 130/270mA und kommt damit bei höheren Cg schnell 
ans Limit.
Ich weiss ja nicht, was das für ein IGBT Modul ist, aber ich habe starke 
Bedenken, ob der Treiber dafür geeignet ist. Der IR2104 ist für MOSFet 
mit geringer Cg gedacht und nicht für dicke IGBT.
Nicht ohne Grund benutze ich im 3-Phasen Umrichter den dickeren IR2110, 
der 2A liefern kann. Dadurch kann der Gatewiderstand kleiner werden und 
die Flanken steiler - das senkt die Verlustleistung in der Endstufe.
http://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR

: Bearbeitet durch User
von Tech N. (Gast)


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Matthias Sch. schrieb:
> Nicht ohne Grund benutze ich im 3-Phasen Umrichter den dickeren IR2110,
> der 2A liefern kann. Dadurch kann der Gatewiderstand kleiner werden und
> die Flanken steiler - das senkt die Verlustleistung in der Endstufe.

Ich verwende ein IGBT Modul von Toshiba (MG75Q2YS40). Und die 
Ansteuerung müsste nahezu leistungslos, sprich mit wenigen uA am Gate 
erfolgen. Oder liege ich da falsch?

von Matthias L. (Gast)


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>>Und die Ansteuerung müsste nahezu leistungslos, sprich mit wenigen uA am >>Gate 
erfolgen. Oder liege ich da falsch?

Nein. Die Ansteuerung ist absolut leistungslos. Zumindest, solange du 
nicht umschaltest.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Matthias Lipinsky schrieb:
> Nein. Die Ansteuerung ist absolut leistungslos. Zumindest, solange du
> nicht umschaltest.

Ich hoffe, dem TE entgeht die Ironie nicht. Lt. Datenblatt des Moduls 
sind da 9nF Gatekapazität, die umgeladen werden müssen, das ist 
erheblich. Wenn du also die IGBT ein paarmal pro Sekunde umschaltest, 
wird das noch mit den 2104 Murkeln gehen, wenn du aber vorhast, da ein 
paar kHz PWM Frequenz zu erzeugen, ist der IR2104 überfordert bzw. nicht 
in der Lage, da noch einigermassen flotte Umschaltzeiten zu erzielen, 
vor allem mit den hohen Gatewiderständen. Du kannst ja mal ein wenig 
rechnen, was für ein Tiefpass mit R=47 Ohm und C = 9nF entsteht und dann 
dir das Datenblatt nochmal ansehen, vor allem die SOA ganz unten links.

: Bearbeitet durch User
von Tech N. (Gast)


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Wie schon von euch erwähnt, wenn ich dieses IGBT-Modul ansteuern will 
->Toshiba (MG75Q2YS40), brauche ich denke ich wirklich den großen Bruder 
meines "Mosfet Treibers". Aber wie ist nun die Beschaltung (also die 
äußere Beschaltung von Dioden, Kapazitäten usw) des IR2110 ???

Hat jemand schon mal mit diesem Chip ein ähnliches Projekt gebaut? Am 
besten wäre es wenn mir jemand freundlicherwiese einen Schaltplan dafür 
zur Verfügung stellen könnte.

Mfg

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Tech Nick schrieb:
> Aber wie ist nun die Beschaltung (also die
> äußere Beschaltung von Dioden, Kapazitäten usw) des IR2110 ???

> Hat jemand schon mal mit diesem Chip ein ähnliches Projekt gebaut? Am
> besten wäre es wenn mir jemand freundlicherwiese einen Schaltplan dafür
> zur Verfügung stellen könnte.

Wer lesen kann, ist klar im Vorteil - diesmal sogar in zweierlei 
Hinsicht :-P Zum einen steht die Beschaltung im Datenblatt des IR2110 
und zum anderen habe ich den Link auf meinen Umrichter bereits da oben 
gepostet:
Beitrag "Re: Frequenzumrichter - Halbbrückentreiber"

von Tech Nick (Gast)


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Natürlich steht die Beschaltung im Datenblatt... Doch welche Dimensionen 
sollten die drei Kondensatoren des IR2110 haben?

von Düsendieb (Gast)


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die 470nF Keramik aus den Bildern da oben sind schon nicht schlecht

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Tech Nick schrieb:
> Natürlich steht die Beschaltung im Datenblatt... Doch welche Dimensionen
> sollten die drei Kondensatoren des IR2110 haben?

Ich frage mich nur, wie oft ich noch sagen soll, das im 
Frequenzumrichter Artikel eine sehr gut funktionierende Beschaltung für 
den IR2110/2113 beschrieben wird. Also nochmal:
http://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR

Das Schaltbild befindet sich im unteren Teil des Artikels. Du musst also 
ein wenig runterrollen.
Wichtig ist, das der Vb/Vs Kondensator genügend Ladung speichert, um das 
Gate des Highside MOSFet/IGBT komplett und zügig zu laden, er sollte 
also ein Vielfaches der Gatekapazität haben.

: Bearbeitet durch User
von Tech N. (Gast)


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Hallo nochmal... Nun habe ich etwas gesucht... Und zwar bin ich auf den 
ir2184gestoßen... Wenn ich aus dem datenblatt richtig entnommen habe hat 
dieser einen ausgangsstrom von 1,4A. Das müsste wohl genug sein um eine 
Halbbrücke des Igbt-moduls zu betreiben...
Den ir2110 verwende ich nur ungern, denn dann müsste ich die gesamte 
schaltung neu zeichnen

Mfg

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Tech Nick schrieb:
> Das müsste wohl genug sein um eine
> Halbbrücke des Igbt-moduls zu betreiben...

Vom Strom her ja, jetzt kommts darauf an, das du den mit der richtigen 
DeadTime erwischst, denn die ist bei dem fest eingestellt. Grundsätzlich 
gilt ja, je höher die Gatekapazität, desto höher sind auch die On/Off 
Zeiten des IGBT.
Besser für deine Anwendung ist der IR2181, 8-Pin mit HIN/LIN Eingängen 
und dem gleichen hohen Strom. Scheint pinkompatibel zum 2104 zu sein.

von Tech N. (Gast)


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Ich habe mir vorgestellt das pwm mit 25kHz zu takten... Ja aber das 
bedeutet dann wieder mehr Aufwand beim programmieren, da ja HIN und LIN 
angesteuert werden muss...

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Tech Nick schrieb:
> Ja aber das
> bedeutet dann wieder mehr Aufwand beim programmieren, da ja HIN und LIN
> angesteuert werden muss...

Das ist ein Witz oder? Dafür hast du dann alle Freiheit, was Einstellen 
der Deadtime betrifft. Deine Maturaarbeit habe ich dir anscheinend schon 
vorweg genommen, tut mir ja leid.
Und die Schaltung vom Schweizer, die du im ersten Beitrag gepostet hast, 
steuert auch HIN und LIN an.

von Tech N. (Gast)


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Matthias Sch. schrieb:
> Und die Schaltung vom Schweizer, die du im ersten Beitrag gepostet hast,
> steuert auch HIN und LIN an.

Eher wohl nicht. unter dem Chip steht LIN=SD(nicht)

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