Hallo liebe Microcontroller.net Gemeinschaft, dies ist mein erster Beitrag. Ich hoffe ich schreibe hier im richtigen Forum. Der Unterschied meiner Frage zu den bisherigen Fragen in Bezug auf Wechselrichter besteht darin, dass ich in meiner LTSPice Simulation die integrierten Gatetreiber TC4426 verwenden möchte und zu der Schaltungssimulation Fragen habe (Modell im Ordner "WechselrichterMitTreiber"). Bisher habe ich nur Beispiele gefunden, in denen die MOSFET-Brücken entweder eine zusätzliche Treiberschaltung vorgeschaltet hatten oder direkt mit Spannungsquellen angesteuert wurden. Mein Ziel ist es mit dem Wechselrichter letztendlich über eine Raumzeigermodulation eine permanentmagneterregte Synchronmaschine anzutreiben (grob Modelliert mit der sternförmigen RL Schaltung im LTSPice Modell). Die Wahl von sechs gleichen N-Kanal MOSFETs habe ich getroffen, um möglichst gleiche Bauteilparameter zu haben (also z.B. Schaltcharakteristik). Was wäre der Vorteil stattdessen für die LOW-Side P-Kanal MOSFETs zu nehmen? In meinem Modell im Anhang sind die Anschlüsse GND der Gatetreiber der HIGH-Side auf die "Strangspannungen" (entsprechen de jeweiligen Sourcespannungen) gezogen, da die Sourcespannung der HIGH-Side MOSFETs im Betrieb schwankt und ich aber trotzdem gleichbleibendes Schaltverhalten haben möchte. Ist diese Verwendung der Gatetreiber ICs korrekt? Die Steuerspannungen der Gatetreiber sind gegen das Nullpotential geschaltet. Das ist ungünstig, da somit zu große Potentialunterschiede zwischen GND und IN entstehen. Diese dürfen laut Datenblatt eigentlich nur VDD+0.3V oder GND-5V betragen. Ich komme mitunter auf -24V... Wie kann man dieses Problem in den Griff bekommen? Ich habe versucht, die Gatetreibersteuerspannung ebenfalls auf die Strangspannungen zu beziehen, dabei funktioniert der Gatetreiber jedoch nicht mehr... Zudem dauert die Simulation extrem lange. Ich vermute das liegt ebenfalls an einem Fehler im Modell bzw. ungünstige Wahl von diversen Parametern? Ein paar wichtige Datenblattparameter: MOSFET IRLIZ44n: - Logic level gate drive: deshalb Wahl von Vdd der Gatetreiber mit min. VDD=VGS(th)+VGS, wobei -> VGS=5V (maximal +-16V) -> VGS(th)=1...2 V T4426: - Input: min. 2.4 V - Output: VDD-0.025V Erläuterung zu den Dateianhänge: - die Textdateien T1.txt-T6.txt beinhalten die Schaltzeitpunkte der GatetreiberIC-Steuerspannungen berechnet mittels einer Raumzeigermodulation. Zu Beginn (ersten 60ms) soll ein Zustand erreicht werden, in dem die Strangströme konstant bleiben. Danach (60ms-360ms) sollen sinusförmigen Strangströme eingeprägt werden. - Zusätzlich habe ich noch ein LTSpice Modell (Ordner "WechselrichterohneTreiber")ohne Gatetreiber angehängt, welches anscheinend ganz gut funktioniert
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Bromi schrieb: > Was wäre der Vorteil stattdessen für die LOW-Side > P-Kanal MOSFETs zu nehmen? Für die High Side maximal, dann kann man sich Bootstrap bzw. Hilfsspannung sparen. Bromi schrieb: > Ist diese Verwendung der Gatetreiber ICs > korrekt? Nein. Wenn Vdd1 8V ist und der n-Channel ein Uth von 4V hat, wie viel Spannung kommt dann an Source raus? Was du da hast, sind Low-Side Treiber. MOSFET IRLIZ44n: - Logic level gate drive: Merkwürdige Wahl. Du hast doch Spannung zur Verfügung, warum dann nen Logic Level? Funktioniert, ist aber suboptimal. Bromi schrieb: > - Zusätzlich habe ich noch ein LTSpice Modell (Ordner > "WechselrichterohneTreiber")ohne Gatetreiber angehängt, welches > anscheinend ganz gut funktioniert Das halte ich ja mal für höchst unwahrscheinlich. Da kommen nie im Leben 24V an nem Strang an. Ausserdem werden die FETs wohl innerhalb von Millisekunden durchbrennen. Ein low+high side Treiber wäre zum Beispiel der IR2010, IR2110, IR2011 usw.
Wie stellst du dir in der Praxis denn die Speisung der Highside Treiber vor, die ja eigentlich Lowside Treiber sind? Sollen die alle mit einem separaten DC/DC Wandler gespeist werden? Das ist ein immenser Aufwand und ist eigentlich nur dann erforderlich, wenn du 100% Einschaltdauer auf der Highside brauchst - ein Fall, der bei einem Wechselrichter nicht vorkommt. Deswegen nehmen wir anderen meistens die preiswerten Highside Treiber mit Ladungspumpe: https://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR P-Kanaler in der Highside sind mögl. etwas einfacher, aber da muss man aufpassen, das man die zulässige Ugs des MOSFet nicht überschreitet, vor allem, wenn das Dings auch 230V produzieren soll. Hochvolt P-Kanal MOSFets sind auch nicht so gängig, das man sie preiswert bekommt, und ob es IGBTs in P-Kanal gibt, ist mir im Moment nicht bekannt.
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Hallo, vielen Dank für Eure Antworten. Mein verzweifelter Versuch die LOW-Side-Treiber irgendwie für die HIGH-Side zu verwenden, zeugt davon, dass ich nicht wirklich Ahnung habe, was ich da eigentlich mache. Deshalb freue ich mich umso mehr über Eure Hinweise. THOR schrieb: > Merkwürdige Wahl. Du hast doch Spannung zur Verfügung, warum dann nen > Logic Level? Funktioniert, ist aber suboptimal. Von denen habe ich gerade genug zu Hause. Wenn die Simulation läuft, werde ich passendere wählen. Danke für den Hinweis! Matthias S. schrieb: > https://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR Danke für den Verweis! Da haben Sie ja bereits das Meiste was ich benötige dargestellt... Ich habe auf Eure Anmerkungen hin versucht, den IR2010 in der Simulation zu beispielhaft zu verwenden. Leider bin ich in diesem Schritt alleine auch nicht viel weiter gekommen. Obwohl,wie in dem angehängten Simulationsergebnis dargestellt, die Gate-Source-Spannung den gewünschten zeitlichen Verlauf aufweisen, schaltet der MOSFET T1 verzögert ein und T2 verzögert aus. Also immer nur gemeinsam, sodass die gewünschte Totzeit nicht realisiert wird. Was übersehe ich hier?
Wir sehen ja leider nicht, wie die Signale aussehen, die in den Gatetreiber Chip reingehen. Die Eingangssignale für HIN und LIN sollten nicht überlappende, komplementäre Signale sein. Der IR2010 erzeugt keine eigene Totzeit. Ausserdem ist er nur bis 200V geeignet, so das es für einen Wechselrichter mit Netzspannung besser ist, den IR2110 einzusetzen. Wohlgemerkt muss die Diode D1 bequem die Highside Spannung aushalten, eine BA159/1N4007 ist hier später deutlich besser, denn die 1N914 verträgt nur max. 100V.
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Matthias S. schrieb: > ob es IGBTs in P-Kanal gibt, ... nicht bekannt. Du würdest bei 24V(DC-LINK) doch nicht wirklich IGBTs benutzen? Hatte für 230V~ diese hier besorgt (zwecks erleichterter Ansteuerung): http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/15b6/0900766b815b621a.pdf
tomase schrieb: >> ob es IGBTs in P-Kanal gibt, ... nicht bekannt. > > Du würdest bei 24V(DC-LINK) doch nicht wirklich IGBTs benutzen? Ich nehme N-Kanal IGBT, wie du an dem Projekt siehst, das ist aber auch für Netzbetrieb. Der TE redet aber auch von Wechselrichter und das assoziiert 230V~.
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Bearbeitet durch User
Matthias S. schrieb: > Der TE redet aber auch von Wechselrichter und das > assoziiert 230V~. Wenn da 24V steht, gehe ich von 24V aus. Dann bekommt die SyM halt weniger Spannung ab, aber du kennst ja die SyM auch nicht.
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Guten Tag,
leider habe ich versäumt zu erwähnen, dass der Motor eigentlich nur ein
kleiner BLDC zum zu Hause ausprobieren ist und ich diesen nicht am Netz,
sondern an einer Gleichspannungsquelle im Bereich von den 24V betreiben
würde.
Es tut mir leid. In meiner vorhergehenden Frage, hatte ich einen
Denkfehler. In dem Modell hatte ich keine Last eingebaut. Deshalb konnte
sich die Spannung über einen MOSFET der H-Brücke natürlich nur ändern,
sobald der andere umschaltet und sich entsprechend eine andere Spannung
an U einstellt. Es war schon spät...
Anbei noch die Verläufe der Signale HIN/HO und LIN/LO beispielhaft an
einer H-Brücke, welche jeweils gut übereinstimmen, denke ich
("ZeitverlaeufeHinHoUndLinLo.png").
Die Datei "ZeitverlaeufeLinHin.png" soll eine Periode der Steuersignale
der Schalter zeigen. Der unterste Verlauf in dieser ist zur
Verdeutlichung der Totzeit die in den verwendeten PWL-Dateien
berücksichtigt ist.
Mit der Datei "SpannungsverlaeufeAnMOSFET.png" möchte ich zeigen, dass
so ein Shoot-Through passiert. Es scheint, dass beim Einschalten von T1
die Steuerspannung UGT2 kurzzeitig Angehoben wird.
Hat meine Modell weiterhin grundlegende Fehler?
Vielen Dank für Eure Bemühungen!
Bromi schrieb: > Es scheint, dass beim Einschalten von T1 > die Steuerspannung UGT2 kurzzeitig Angehoben wird. Ich halte das für ein Simulationartefakt, in der Realität ist der Shoot-Through falls vorhanden vernachlässigbar. Wenn deine Spannung VT2 (low in) unter die Schaltschwelle fällt, ist UGT2 auch low. Die geht nicht kurz nochmal nen Tick hoch. Trotzdem könntest du dir das Leben etwas einfach machen und sowas wie den IR2109 verwenden. Der hat nur nen IN-Eingang und macht dir automatisch ne Totzeit von 540ns.
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Wechselrichter.png
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_MOFETSourcestroeme.png
17 KB
Guten Abend, anbei eine abgewandelte Modellversion. Dem Tipp von THOR bin ich gefolgt und habe den IR2109 High-Low-Side-Treiber verwendet. Bei der Verwendung von den ergänzten Optokopplern habe ich mich an Matthias' Schaltplan orientiert. Dieser Schaltplan ist dort zu finden: Matthias S. schrieb: > https://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR THOR schrieb: > Ich halte das für ein Simulationartefakt, in der Realität ist der > Shoot-Through falls vorhanden vernachlässigbar. Also sollte ich die Schaltung am besten mal Aufbauen und nachmessen? Wäre es sinnvoll noch ein anderes Simulationstool zu verwenden um die Simulationsergebnisse zu vergleichen?
Bromi schrieb: > Bei der Verwendung von den ergänzten Optokopplern habe ich mich an > Matthias' Schaltplan orientiert. Die sind unnötig, vor allem bei nur 24V. Bromi schrieb: > THOR schrieb: >> Ich halte das für ein Simulationartefakt, in der Realität ist der >> Shoot-Through falls vorhanden vernachlässigbar. > > Also sollte ich die Schaltung am besten mal Aufbauen und nachmessen? > Wäre es sinnvoll noch ein anderes Simulationstool zu verwenden um die > Simulationsergebnisse zu vergleichen? Ich bin generell ein Freund von Steckbrettern, auch wenn SPICE natürlich funktioniert. Aber jede Simulation ist nur so gut wie das mathematische Modell was dahintersteht. Gibts den Shoot-Through denn jetzt immer noch? Die 2109 haben ja integrierte Totzeit. Sollte jetzt weg sein, sowohl simuliert als auch real.
Deine Bootstrap Kondensatoren sind mit 50u viel zu groß. Da reichen 100n.
THOR schrieb: >> Bei der Verwendung von den ergänzten Optokopplern habe ich mich an >> Matthias' Schaltplan orientiert. > > Die sind unnötig, vor allem bei nur 24V. Das ist wirklich für Netztrennung und bei 24V nicht nötig - es sei denn du betreibst PWM Erzeugung und Endstufen an 2 getrennten Stromquellen. THOR schrieb: > Deine Bootstrap Kondensatoren sind mit 50u viel zu groß. Da reichen > 100n. Das hingegen ist überhaupt kein Problem, ich benutze oft sogar 100µF. Sollten allerdings Qualitätskondensatoren sein und wg. Lebensdauer ruhig 50V Typen. Mein Projekt ist universell ausgelegt und für alle möglichen Endstufen gedacht, deswegen erzeuge ich die Totzeit einstellbar im MC und benutze 6 separate Ausgänge. Wenn das bei dir unnötig ist, dann nimm ruhig die IR2109.
THOR schrieb: >> Also sollte ich die Schaltung am besten mal Aufbauen und nachmessen? >> Wäre es sinnvoll noch ein anderes Simulationstool zu verwenden um die >> Simulationsergebnisse zu vergleichen? > > Aber jede Simulation ist nur so gut wie das mathematische > Modell was dahintersteht. Ich möchte THORs Statement gerne bekräftigen. Ich finde Simulationen toll, wenn ich ihnen denn wirklich vertrauen kann. In der Leistungselektronik kann ich das oftmals nicht, weil es für die Leistungshalbleiter oft keine Modelle gibt bzw. die Modelle (und die Modelle in Zusammenhang mit der Simualtion) mehr Fragen aufkommen lassen als dass sie Fragen beantworten. Vor allem in transienten Ereignissen zweifle ich die Simulationsergebnisse oft an. Insofern finde ich dein Projekt, eine 3 Phasenbrücke in LTSpice aufzubauen, also sehr sportlich. Ich würde entweder sowas auf einem Steckbrett aufbauen (wobei man vll. aufpassen sollte, dass da nicht zu viel parasitäre Induktivität entsteht), oder auf einem kleinem Mockup/Prototype PCB. Die meisten ICs gibt es im Standardgehäuse, für die es PCB Adapter gibt. So kannst du z.B. die Leistungselektronik (MOSFETs) auf ne Kupferfläche löten und hast anständige GND/U+/U- Flächen. Die Treiber kommen auf die kleinen PCB Adapter und werden an die MOSFET Beinchen gelötet. Viel Erfolg!
Matthias S. schrieb: > THOR schrieb: >> Deine Bootstrap Kondensatoren sind mit 50u viel zu groß. Da reichen >> 100n. > > Das hingegen ist überhaupt kein Problem, ich benutze oft sogar 100µF. Und warum? Für Sekundenlange Einschaltzeiten? Rechne doch mal die Leckströme von Kondensator, Diode und Gate zusammen. Selbst für 15kHz Schaltzeiten reichen 100n dicke. Und was für 100uF nimmste da, etwa Elkos?
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28 KB -
SteuerspannungenUndMOSFETstrom.png
15 KB
Matthias S. schrieb: > Das ist wirklich für Netztrennung und bei 24V nicht nötig - es sei denn > du betreibst PWM Erzeugung und Endstufen an 2 getrennten Stromquellen. Genau. Das habe ich wieder mal vergessen zu sagen. Ich würde den Microcontroller vor den Optos erst einmal mit dem Programmiergerät versorgen und ihn deshalb vom Leistungsteil trennen. Für das Leistungsteil neheme ich zum Testen ein Labornetzteil. THOR schrieb: > Gibts den Shoot-Through denn jetzt immer noch? Die 2109 haben ja > integrierte Totzeit. Sollte jetzt weg sein, sowohl simuliert als auch > real. In der Simulation leider ja. Die Schaltung werde ich kommende Woche mal praktisch ausprobieren. Angehängt ist noch ein Verlauf von den Steuerspannungen und dem Strom durch den unteren FET, auf dem der Shoot-Through zu sehen ist. THOR schrieb: > Und was für 100uF nimmste da, etwa Elkos? In Matthias' Schaltung sind zwei verschiedene Kondensatoren in der Bootsrap-Beschaltung zu sehen. Vllt. ein Elko und ein Keramik? Ich glaube, er betreibt seinen Wechselrichter auch mit sehr kleinen Schaltfrequenzen. Mit 100n kann ich mir dann vllt. ein Bauteil sparen. Habe die Änderung mal reingenommen. Alexander schrieb: > Die meisten ICs gibt es im Standardgehäuse, für die es PCB Adapter gibt. > So kannst du z.B. die Leistungselektronik (MOSFETs) auf ne Kupferfläche > löten und hast anständige GND/U+/U- Flächen. Die Treiber kommen auf die > kleinen PCB Adapter und werden an die MOSFET Beinchen gelötet. Danke für den Hinweis! Dann spare ich mir bestimmt einige Zeit der Fehlersuche wegen parasitären Effekten... Ich wünsche euch einen guten Wochenstart!
Ach ja, mit dem IR21094 habe ich die Totzeit möglichst groß eingestellt. Nach Datenblatt etwa 5µs. Damit sollten die FETs auf jeden Fall nicht mehr gleichzeitig angesteuert werden.
THOR schrieb: > Und was für 100uF nimmste da, etwa Elkos? Was sonst? Ja, Qualitätselkos Panasonic 100µF/50V. Das ist allerdings eine 4kW Motorendstufe, bei der jeder Treiber 3 parallele IRFB3207 treibt. Die Berschaltung ist eine Kopie eines kommerziellen, guten BLDC Controllers. Im o.a. FU sinds, wie man sieht, 10µF/50V. Bromi schrieb: > Vllt. ein Elko und ein Keramik? Oder Folie. Die sind recht nah an jedem IR Chip, und dienen als Reservoir, das Netzteil für die Gatetreiber ist ja nur ein kleines 18V/200mA.
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