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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 1500V 8A mit MOSFET schalten


Autor: Addi J. (addi24)
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Hallo liebes Forum,

im Zuge meines Thesis setze ich mich mit einer Schaltung auseinander mit 
der es möglich sein soll 1500V und 8A zu schalten. Würde mich sehr 
freuen, wenn ihr mir euren Senf hinzugeben könntet, ob das so wie 
aufgebaut funktionieren kann. Ein Paar Infos:

-Es soll möglich sein, über A1 und A2 bis zu 1500V AC/DC und 8A zu 
schalten (nicht gleichzeigt).

-Relaiskontakte in Reihe um geforderten Spannungsabstand zu 
gewährleisten. Relais deswegen, um eine möglichst niederohmige 
Verbindung herzustellen (zwingend nötig).

-Die MOSFETs (STP15N80K5, Q1-Q4). Um K1 nicht unter Last zu schalten 
(Schutz der Kontakte). Antiparallel wegen AC und das ganze doppelt weil 
sie "nur" bis 800V gehen.

-OK1, OK2 und Galv. getrennter DC-DC-Wandler (V1) um Steuerkreis sicher 
vom Lastkreis zu trennen.

Habe auch mal die Datenblätter angehängt, falls jemand gucken möchte, ob 
die Dimensionierung hin haut :)

Gruß
Addi

Danke schon mal für euer Feedback

Autor: Markus M. (markus_4)
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Was mir auf die Schnelle auffällt:
Ist dir bewusst, dass du Q2 und Q3 über gnd_hv 
kurzgeschlossen/überbrückt hast?
Am ULN passen Ein- und Ausgang nicht zusammen.

Warum benötigst du bei 8A so eine niederohmige Verbindung? Verwende doch 
komplett Mosfets/IGBTs statt des Relais, dann hast du keine Probleme mit 
Kontaktwiderständen.

Autor: Achim S. (Gast)
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Markus M. schrieb:
> Ist dir bewusst, dass du Q2 und Q3 über gnd_hv
> kurzgeschlossen/überbrückt hast?

So isset. Deswegen würde sich die Spannungsfestigkeit der FETs nicht 
addieren, wie Addi es vielleicht gehofft hat.

Zu den bereits erwähnten Mängeln: über den Optkoppler kannst man die 
FETs zwar einschalten, aber es gibt keine Möglichkeit sie wieder 
auszuschalten.

Autor: Werner H. (pic16)
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In dem Datenblatt steht was von P total= 190W, schon mal nachgerechnet, 
1500V und 8A?

Autor: Armin X. (werweiswas)
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Werner H. schrieb:
> In dem Datenblatt steht was von P total= 190W, schon mal nachgerechnet,
> 1500V und 8A?

Und was willst Du mit P total ausdrücken?

Autor: MaWin (Gast)
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Addi J. schrieb:
> wenn ihr mir euren Senf hinzugeben könntet, ob das so wie aufgebaut
> funktionieren kann.

Nein.

Du brauchst 2 HV Versorgungen. Und man sollte die MOSFETs nicht nur über 
den Optokopplertransistor einschalten können, sondern sie auch 
ausschalten können, also das Gate entladen. Dein erster Versuch mit 
MOSFETs zu arbeiten ?

Beachte bei 1500V dass ein schnell geschalteter MOSFET eine gigantische 
dU/dt bekommt, z.B. 10000V/us und das einerseits die MOSFETs zerstört 
dann über die Gate-Drain Kapazität in den Ansteuerkreis rückkoppelt, und 
starke EMV Störungen verursacht.

Beachte weiterhin, dass deine Schaltung keine Massnahme enthält, damit 
sich die Sperrspannung gleichmässig auf die MOSFETs aufteilt, ein 
Spannungsteiler aus Widerständen und für den HF Teil Kondensatoren wäre 
hilfreich.

Das Relais hallte ich für überflüssig.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
> damit sich die Sperrspannung gleichmässig auf die MOSFETs aufteilt
Das ist mindestens beim Ein- und Ausschalten niemals gegeben. Denn mit 
100% Sicherheit werden die Fets nicht gleichzeitig umschalten.

> Beachte bei 1500V dass ein schnell geschalteter MOSFET eine gigantische
> dU/dt bekommt, z.B. 10000V/us und das einerseits die MOSFETs zerstört
> dann über die Gate-Drain Kapazität in den Ansteuerkreis rückkoppelt, und
> starke EMV Störungen verursacht.
Ich bin mir auch sicher, dass da bis zum praktischen Gerät (abgesehen 
von den fehlenden "Mosfet-Gate-Entladewiderständen") noch ein paar 
Spulen und Kondensatoren fehlen.

Ich würde auf jeden Fall empfehlen, die Versorgungsspannung langsam 
höher zu drehen und nicht mit dem Prototypen gleich eine 12kW Quelle 
schalten zu wollen...

Autor: MaWin (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Das ist mindestens beim Ein- und Ausschalten niemals gegeben.

Daher Kondensatoren in den Spannungsteiler, die verbessern die 
Spannungsaufteilung in den Transienten.

Autor: Markus M. (markus_4)
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Besorg dir für erste Versuche mal LTspice und modelle von 
hv-mosfets/-igbts und simuliere ein wenig, das hilft mir meistens ganz 
gut.

Autor: MiWi (Gast)
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Addi J. schrieb:

> Danke schon mal für euer Feedback

Vielleicht von Interesse.... könnte ja sein daß Du da Anregungen erlesen 
kannst.

MiWi

Autor: ek13 (Gast)
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IXGH24N170

Wäre vielleicht einfacher als HV Schalter

Autor: Michael B. (laberkopp)
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ek13 schrieb:
> Wäre vielleicht einfacher als HV Schalter

Schaltet der auch Wechselspannung ?

Autor: ek13 (Gast)
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Michael B. schrieb:
> ek13 schrieb:
> Wäre vielleicht einfacher als HV Schalter
>
> Schaltet der auch Wechselspannung ?

na klar, mit einer Graetzbrücke davor...

Autor: Peter D. (peda)
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Addi J. schrieb:
> -Relaiskontakte in Reihe um geforderten Spannungsabstand zu
> gewährleisten. Relais deswegen, um eine möglichst niederohmige
> Verbindung herzustellen (zwingend nötig).

Nenn mal die Bezeichnung des Relais für 1500V/8A DC.

Autor: Christian K. (Gast)
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Fehlt mal wieder das wichtigste. Gehts ums Einschalten oder Ausschalten? 
Wie sieht die Last aus? Mit Relais kann man induktive Lasten direkt 
recht problemlos einschalten aber nicht ausschalten. Mit Mosfets oder 
IGBT hast Du das gleiche SOAR und Avalanche Problem beim Ausschalten. 
Einschalten ist nur bei kapazitativen Lasten problematisch. Also etwas 
mehr zu der Story bevor man hier wirklich helfen kann.

Autor: Addi J. (addi24)
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Wow, danke für die Menge an Antworten/Anregungen :)
Bevor ich zu den einzelnen Vorschlägen doofe Fragen stelle, versuche ich 
mich erst etwas in die genannten Themen auseinander zu setzen.
Aber schon mal ein paar offenen Fragen:

-Das Ganze soll eine Widerstandsdekade werden. Der gezeigt Teil soll 
dann den eingedellten Wdst. nach außen schalten. Somit werden 
hauptsächlich Ohmsche Lasten geschaltet. Allerdings können natürlich 
auch noch Kapazitäten und Induktivitäten von Außen an die Dekade 
angelegt werden.

-Verbindung muss deswegen so niederohmig wie möglich sein um auch kleine 
Widerstände relativ genau einstellen zu können.

-Schaltgeschwindigkeit spielt keine Rolle

-1500V und 8A sollen nicht Gleichzeitig möglich sein. Aber beides bei 
Beachtung der entsprechenden Leistungsgrenzen der verbauten Komponenten.

Mekde mich bald wieder ;)

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> Schaltgeschwindigkeit spielt keine Rolle

Doch mit Sicherheit. Denn wenn du zu schnell schaltest, sterben deine 
Transistoren wegen der Spannungswechsel. Und wenn du zu langsam 
schaltest, überhitzen sie.

Autor: Christian K. (Gast)
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Sind die 1500V der normale Betriebsfall oder eine Sandsackspec.?
Widerstände sind das harmloseste, das Du mit Relais schalten kannst. Mit 
den Leckströmen der Mosfets handelst Du dir jede Menge Ungenauigkeiten 
ein. Wieviel Millionen mal soll den geschaltet werden, das sich der 
Aufwand lohnt?

Autor: Addi J. (addi24)
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@stefanus: So war das nicht gemeint. Ich meinte, das es für die 
Anwendung keine Rolle spielt. Die Anregung von MaWin diesbezüglich waren 
mir nicht bewusst und werde es natürlich berücksichtigen, so dass sich 
die Zeiten entsprechend der Anforderungen ergeben.

@chris111: 1500V wird eher die Ausnahme sein. Es sollte aber eine 
universelle Dekade werden von Kleinspannungen bis 1,5kV eben .Um vom 
Widerstandswert so klein wie möglich zu werden und auch auf dauer zu 
bleiben, möchte ich Relais mit Goldkontakten verwenden. Und wenn diese 
selbst nur einmal mit größeren Spannungen geschaltet werden, kann diese 
Beschichtung dabei drauf gehen (laut meinen Informationen). Deswegen der 
ganze Aufwand. Der Bypass könnte aber ja ebenso mechanisch unterbrochen 
werden um das Problem mit den Leckströmen zu umgehen.

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