Hallo,
ich versuche mich gerade ein wenig in die Leistungselektronik
einzuarbeiten und habe hierzu eine Frage zu einer Schutzbeschaltung.
Diese soll eine Kondensatorbatterie (ganz rechts) vor zu hoher Spannung
schützen, da die verbauten Kondensatoren eine maximale Spannung von
1800V vertragen. Im Anhang habe ich diese Schaltung (in
handschriftlicher Form) angefügt.
Was mich nun interessiert ist vor allem die Dimensionierung der Elemente
der Schaltung.
Zur Funktion der Schaltung:
1. Die verbaute BOD-Diode sperrt Spannungen bis 1800V und wird danach
niederohmig. Bauteilstreuungen vernachlässigt, spiele ich mal den Fall
für 1801 V durch.
2. Dann habe ich einen Spannungsteiler aus R1 parallel R2 (1783V) und R3
parallel R4 (17,83V).
3. Dadurch kommt es zu einem Strom durch die BOD in Höhe von ca. 3,6A
durch die BOD (IXBOD-18RD).
Hier ist meine Frage, welche Leistung die verbauten Widerstände in der
Praxis haben müssen. Denn, wenn ich die Schaltung richtig verstehe,
sperrt die BOD ja wieder, wenn die Spannung infolge des Zünden des
Thyristors auf unter 1800V sinkt. Muss man das dann über die Energie der
Kondensatoren berechnen, bzw. die, die abgebaut wird, bis die BOD wieder
sperrt? P=R*I^2 wäre hier ja total falsch, da es sich nicht um
Dauerbetrieb handelt.
Meine zweite Frage an dieser Stelle ist, welchen Gütestrom (wie groß)
der Thyristor dann sieht. Die Diode soll ihn wahrscheinlich vor
negativen Strömen schützen? Und wozu ist der Kondensator unten links
noch verbaut? Habe etwas von Gaterückwirkungen gelesen, kann mir aber
nicht erklären, was da passiert und wie der Kondensator da hilft?
Ich glaube ich belasse es erstmal bei diesen Fragen. Später ggf. mehr ;)
Vielen Dank für eure Hilfe und viele Grüße,
berry
(Ich möchte diese Schaltung nicht aufbauen, da mir hierzu noch die
Erfahrung fehlt-vielwehr würde ich gerne verstehen, wie man solche
Schaltungen dimensioniert.)
Ist dir klar, das der Thyristor solange leitet, bis du seinen minimalen
Haltestrom unterschreitest? D.h., selbst wenn du die Betriebsspannung im
Crowbar-Fall wegnimmst, wird er solange leiten, bis die Kondensatoren so
gut wie leer sind. Der 70 Ohm Widerstand ist dabei das Opfer. Wenn du
die Betriebsspannung nicht abschaltest, wird der Thyristor also bis
Pflaumenpfingsten leiten und der Widerstand verbrät den Löwenanteil der
Leistung.
berry schrieb:> Hier ist meine Frage, welche Leistung die verbauten Widerstände in der> Praxis haben müssen. Denn, wenn ich die Schaltung richtig verstehe,> sperrt die BOD ja wieder, wenn die Spannung infolge des Zünden des> Thyristors auf unter 1800V sinkt.
Wenn du Sorgen hast, dass die Spannung zu weit steigt, müsste irgendwo
noch eine Spannungsquelle spezifiziert sein. Wer ist denn der klügere,
i.e. wer schaltet wie ab, wenn der Thyristor zündet. Die Energie kommt
nicht nur aus den Kondensatoren (falls du die nicht über eine Diode
abkoppeln möchtest, sondern auch aus der bisher unbekannten
Spannungsquelle, die auch irgendwie auf den Thyristor reagieren wird.
Bei allen Bauelementen die nur kurzzeitig belastet werden, nützt dir die
angegebene (Dauer)-Nennleistung wenig. Beim Schalten wird eine bestimmte
Energie im pulsartig in Wärme umgesetzt und für diesen nicht
repetierenden Puls müssen deine Widerstände mindestens ausgelegt sein.
Vielen Dank schonmal für den Hinweis-daran hatte ich nicht gedacht.
Hätte ich wissen müssen, ist ja die bekannte Funktion des Thyristors.
Also gehen wir mal weiter von dem Fall aus, dass das Netzteil abschaltet
und "nur" die in den Kondensatoren gespeicherte Energie abgebaut werden
muss. Habe zwischenzeitlich noch gelesen, dass der 70 Ohm Widerstand mit
einer Leistung von 500W bemessen wird. Auch hier habe ich dann noch
nicht verstanden, wie man diese Leistung dimensioniert.
Crowbar ist die Methode mit der Brechstange. Leider habe ich da schon
manchen Thyristor gesehen, der dabei seinen Deckel aufgemacht hat.
Dehalb gehört eine Sicherung in die Zuleitung, die ein Glühen der
restlichen Leitung verhindern sollte. Leider ist bei 1,8 kV das keine
einfache Feinsicherung mehr! Achte auf herumfliegende Teile!!!
berry schrieb:> welchen Gatestrom
Das sollte aus Deinem konkretem Datenblatt abzulesen sein.
Bei dem bisherigen Wissensstand würde ich erst mal mit Kleinspannung und
1A reichlich üben.
berry schrieb:> Auch hier habe ich dann noch> nicht verstanden, wie man diese Leistung dimensioniert.
Naja, P = U²/R, also wenn du im ersten Moment 1800V durch einen 70 Ohm
Widerstand jagst, sind das im ersten Moment (sitzt du gut?) etwa 46.000
Watt (46kW!).
Der Widerstand ist also selbst mit 500W hoffnungslos unterdimensioniert.
Er muss ausserdem zumindest einen Pulsstrom von U/R = I, also etwa 25A
überstehen können.
Unter der Voraussetzung, dass das Netzteil abschaltet hätten wir ja
"nur" noch die in den Kondensatoren gespeicherte Energie
E=0,5*C*U^2=0,5*8800uF*(1801V)^2=14272VAs
Findet man eine solche Angabe im Datenblatt oder spielt da noch die
Entladezeit eine Rolle? Diese könnte ich ja auch gemäß U(t)=U(0)*e^(-t
/RC) berechnen.
@Matthias S.: Genau das war ja der Wert, der mich so überrascht hat und
zu dem ich mir kein Bauteil vorstellen kann :) Deshalb dachte ich, dass
man das wahrscheinlich so einfach nicht rechnen kann.
Wie schon geschrieben würde man eineene Überladeschutz nicht mit einer
Crowbar sondern einer Leistungs-Z-Diode/shunt-Regulator realisieren.
Aber du willst ja was zur Dimensioniergun wissen.
berry schrieb:> welche Leistung die verbauten Widerstände in der> Praxis haben müssen
R5 muss 1800V/70R = 26A * 1800V = 46kW für die kurze zeit aushalten, die
sich die Kondensatoren entladen,
R3 und R4 sehen maximal 2V / 10 Ohm sind 0.4 Watt.
R1 und R2 haben dei 100-fachen Wert von R3 und R4 bei demselben Strom,
also 200V*0.2A = 40W, der Thyristor-Zündstrom ist vernachlässigbar.
Alles in allem also eine superschlechte Auslegung der Schaltung. Die
Ungenauigkeit der Thyristorzündspannung (ca. 0.7V bis 1V) plus der
Ungenauigkeit der 1N5408 beim Zündstrom, so 0.5 bis 0.7V wird mit 100
multipliziert durch den Spannungsteiler R3+R4 und R1+R2 und kommt zu den
1800V des BoD hinzu, was gar nicht gewünscht bzw. erwartet war.
berry schrieb:> welchen Gütestrom (wie groß) der Thyristor dann sieht.
Keine Ahung was ein Gütestrom ist, der Thyristor sieht 1800V770R=25A
abklingend mit der Entladung der Kondensatoren, ca. 80uF, also wenige
Millisekunden lang.
berry schrieb:> Habe etwas von Gaterückwirkungen gelesen
Ja nun, die Spannung im Thyristor steigt wenn satte 25A durchfliessen
und heben auch das Potential des Gates an, aber das wäre in deiner
Schaltung auch ohne Diode egal.
Die Schaltung taugt aber nichts.
Bei mir sind noch Zweifel, ob nicht schon ein Reststrom des Thyristors
die mühsam aufgeladenen Elkos vorzeitig entlädt. Was mit den
Zuleitungsinduktivitäten so passiert, wäre auch noch näher am
Schaltungsaufbau zu untersuchen. Böse induktive Abschaltspannungen
könnten auch noch zirkulieren. Das wird wohl nicht ganz einfach.
berry schrieb:> E=0,5*C*U^2=0,5*8800uF*(1801V)^2=14272VAs
Wie kommt man bei einer Reihenschaltung aus 11x 880µF auf 8800µF?
Zudem, was soll der "Hochstrom-Spannungsteiler" am Gate des Thyristors?
Aufgabe eines Crowbar-Schutzes ist es, empfindliche Baugruppen vor einer
Überspannung zu bewahren. Z.B. wenn die Reglung eines Netzteiles
ausfällt.
Dazu ist aber eine Sicherung notwendig. Diese wird quasi mit der
"Brechstange" ausgelöst.
Aber wo ist die Sicherung in der Schaltung?
Ergänzend kann man noch sagen, dass der Crowbar-Schutz aus Zeiten von
längsgeregelten Spannungsreglern stammt, bzw. bei Tiefsetzstellern, wo
in Folge von Überlastung, der (Schalt-) Transistor zum Dauerleiter
geworden ist.
Somit wird die versorgte Baugruppe durch gezieltes Auslösen der
Sicherung vor dauerhafter Überspannung geschützt.
Ein solcher Schutz ist aber nicht für das Abblocken von irgendwelchen
Spikes gedacht.
berry schrieb:> Hier ist meine Frage, welche Leistung die verbauten Widerstände in der> Praxis haben müssen. Denn, wenn ich die Schaltung richtig verstehe,> sperrt die BOD ja wieder, wenn die Spannung infolge des Zünden des> Thyristors auf unter 1800V sinkt.
Hab heute zum ersten mal gesehen, dass es sowas wie eine BOD-Diode gibt.
Man lernt nie aus :-)
Und da muss ich gleich mal einharken:
Meiner Meinung nach stimmt die oben zitierte Aussage nicht. Das
Datenblatt liest sich wie das eines Thyristors, der über Spannung
gezündet wird.
Meiner Interpretation nach leitet diese Diode so lange, bis IBO wieder
unterschritten wird.
Das passiert aber erst, wenn die Versorgung auf einen kleinen Wert
zusammengebrochen ist, und zwar genau:
Umin = IBOD*(R1||R2) + Vh
Ich komm da auf grob 10V. So um den Dreh zumindest.
Also:
Selbst wenn der Thyristor nicht sowieso alles niederreißen würde, würde
das hier nie ausschalten.
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