Tach!
Ich habe vor, einen kompakten Elektronenblitz zu bauen, der in der
abgegebenen Energiemenge einstellbar sein soll.
Der Blitzkondensator wird eine Parallelschaltung aus maximal 7
100µF-Photoflash-Elkos, maximal also 700µF bei 330V. Das entspricht etwa
38Ws, wenn alle Elkos am oberen Ende der Toleranz sind 45Ws. Vermutlich
werden es aber eher 5 Stück, respektive etwa 27Ws.
Die Dauer der Entladung ist mir unbekannt. Sie hängt wohl stark davon
ab, wie induktionsarm der Aufbau wird und wie induktionsarm die Elkos
sind. Als grobes Richtmaß hört man oft etwas von 1ms. Das entspräche bei
45Ws und 330V einem MITTLEREN Strom von 136A, den das Bauteil aushalten
muss. Da der Strom aber wohl nicht konstant sein wird, sollte man
vermutlich noch Sicherheiten einrechnen.
Daher in etwa folgende Anforderungen:
200A Impulsstrom (1ms)
350V Sperrspannung
Gehäuse TO220 oder kleiner (gern auch SMD)
Sobald dieser IGBT gefunden ist, kommt es zum zweiten Problem: Der Blitz
selbst wird mit einer einzelnen Lithiumzelle betrieben, es stehen also
für den Controller 3,3...4,2V zur Verfügung, je nach Ladezustand. Wenn
sich der IGBT damit schalten lässt - fein. Dann braucht es "nur noch"
einen soliden Treiber und fertig. Vermutlich brauche ich aber etwas mit
mehr Spannung, also z.B eine kleine Ladungspumpe oder Boost-Wandler für
eine Wandlung auf 5-15V je nach IGBT und eben ein passender Treiber, der
mit einem Logiksignal aus dem Mikrocontroller klar kommt. Der Treiber
muss schnell anschalten, aber auch schnell abschalten können, um eine
Energieeinstellung möglich zu machen.
Hat da jemand passende Bauteile im Hinterkopf? Zunächst nur der IGBT.
@Mark (Gast)
>200A Impulsstrom (1ms)>350V Sperrspannung>Gehäuse TO220 oder kleiner (gern auch SMD)
Das wird eng. 200A Pulsstrom ist schon ne ganz ordentliche Hausnummer.
Solche IGBTs gibt es fast nur im TO247 Gehäuse.
>für den Controller 3,3...4,2V zur Verfügung, je nach Ladezustand. Wenn>sich der IGBT damit schalten lässt - fein.
Nein. Du brauchst schon einen Step Up Wandler, der dir saubere 12V für
die Ansteuerung liefert.
>eine Wandlung auf 5-15V je nach IGBT und eben ein passender Treiber, der>mit einem Logiksignal aus dem Mikrocontroller klar kommt.
Das macht jeder normale MOSFET-Treiber.
https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht#MOSFET-Treiber> Der Treiber>muss schnell anschalten, aber auch schnell abschalten können, um eine>Energieeinstellung möglich zu machen.
Das macht jeder gescheite Treiber.
>Hat da jemand passende Bauteile im Hinterkopf? Zunächst nur der IGBT.
NGTB40N120IHLWG ist einer von vielen.
Gefunden habe ich bisher:
TIG065E8 Datenblatt: http://www.mouser.com/ds/2/308/ENA1862-D-77364.pdf
Der kann bei 400µF 110A, ist schön klein und günstig. Vor allem lässt er
sich mit 3V durchsteuern, da bräuchte man lediglich einen soliden
Treiber zwischen Logik und Gate und keinen weiteren Wandler. Kann man
den einfach parallel schalten? Ansonsten ginge auch eine
Umdimensionierung auf 400µF. Dann muss allerdings immer noch der Strom
auf "nur" 110A begrenzt werden, z.B. durch eine in Reihe geschaltete
Induktivität (kleine Luftspule?).
Außerdem gibts eine
Application Note http://www.onsemi.com/pub/Collateral/ANDTIG065E8-D.PDF
für das Ding.
Wenn ich das richtig verstanden habe, dann soll zur Begrenzung des
Spannungsanstiegs beim Ausschalten des Bauteils ein Gatewiderstand von
etwa 270 Ohm eingefügt werden (siehe Seiten 12 und 13). Das ist ein
Wert, den die meisten Mikrocontroller ziemlich problemlos treiben
können. Es besteht also kein Bedarf für einen dedizierten Treiber.
Meine Fragen daher:
Habe ich es richtig verstanden und das Ding ist so schön einfach
nutzbar?
In dem Fall würde ich den IGBT wie im Evaluation Board (Schaltplan siehe
S.12) verschalten und 400µF als Kapazität wählen sowie anstatt des
Triggers einen gewöhnlichen µC-Ausgang verwenden und damit dann den R_G
von 270 Ohm treiben.
@Mark (Gast)
>Spannungsanstiegs beim Ausschalten des Bauteils ein Gatewiderstand von>etwa 270 Ohm eingefügt werden (siehe Seiten 12 und 13). Das ist ein>Wert, den die meisten Mikrocontroller ziemlich problemlos treiben>können. Es besteht also kein Bedarf für einen dedizierten Treiber.
Ja.
>Habe ich es richtig verstanden und das Ding ist so schön einfach>nutzbar?
Im Prinzip schon.
>In dem Fall würde ich den IGBT wie im Evaluation Board (Schaltplan siehe>S.12) verschalten und 400µF als Kapazität wählen
NEIN! Das schafft er nicht!
"Please use the device within the ICP-VGE safe operation area described
in each product’s specification. "
Bei 400uF schafft er nur knapp über 100A.
> sowie anstatt des>Triggers einen gewöhnlichen µC-Ausgang verwenden und damit dann den R_G>von 270 Ohm treiben.
Naja, in würde trotzdem eine Schutzschaltung für den uC vorsehen. Wenn
es den IGBT zerlegt bricht meistens auch das Gate durch und dann wandern
deine 300V in den Mikrocontroller. Pack eine fette Suppressordiode ala
SMBJ6V8 ans Gate, die könnte dich retten.
Falk B. schrieb:>>In dem Fall würde ich den IGBT wie im Evaluation Board (Schaltplan siehe>>S.12) verschalten und 400µF als Kapazität wählen>> NEIN! Das schafft er nicht!>> "Please use the device within the ICP-VGE safe operation area described> in each product’s specification. ">> Bei 400uF schafft er nur knapp über 100A.
Das ist korrekt, ja. Es sind 100A (oder 110, mit steigender Temperatur
dann wieder weniger) statt 150A. Das Problem, das sich stellt, ist,
herauszufinden bzw. abzuschätzen, wie viel Strom denn tatsächlich
fließt. Bei 330V und 100µF und 1ms komme ich auf 16,5A während dieser
1ms. Mit 400µF wären es 66A. Die 1ms ist allerdings wirklich kein
zuverlässiger Wert und daher sind das eventuelle Durchschnittswerte.
Genausogut könnte ich würfeln.
Zwei Fragen noch:
Kann ich den Strom sinnvoll begrenzen?
Suppressordiode nicht lieber an de µC? Dann ist der 270 Ohm Widerstand
noch davor und die Diode hat weniger zu tun, außerdem muss ihre
Kapazität nicht mitgetrieben werden.
@Mark (Gast)
>herauszufinden bzw. abzuschätzen, wie viel Strom denn tatsächlich>fließt.
Das kann man mit einer passenden Stromzange messen. Die gibt es im
3stelligen Ampere-Bereich und die sind auch hinreichend schnell z.B.
PR630 von LEM (600A, 20kHz)
>Kann ich den Strom sinnvoll begrenzen?
Gute Frage, keine Ahnung.
>Suppressordiode nicht lieber an de µC?
Nein.
>Dann ist der 270 Ohm Widerstand>noch davor und die Diode hat weniger zu tun,
Darum geht es nicht. Die Diode sirbt im Fehlerfall den Heldentot und
endet als Kurzschluß. Damit schützt sie deinen uC.
> außerdem muss ihre>Kapazität nicht mitgetrieben werden.
Das ist auch egal, zumal du ja eh "langsam" schalten sollst. Außerdem
funktioniert das so nicht. Im Fehlerfall liegt die Klemmspannung bei
über 10V, da wird dein uC gegrillt. Liegt die Diode aber am Gate, ist da
noch der Widerstand dazwischen und es fließen nur ein paar mA in den uC,
das hält der aus.
Ich fasse mal zusammen:
Der kleine TIG065E8 könnte mit 400µF funktionieren, vielleicht aber auch
nicht. Hängt dann wohl stark von den Elkos, der Röhre und dem Aufbau ab,
die genauen Daten der parasitären Eigenschaften kann man ohne
praktischen Aufbau nicht vorhersagen. Vorteil wäre die extrem einfache
Ansteuerung.
Mit den von Michael vorgeschlagenen Teilen kann man >1000µF noch
schalten, ohne dass die sich beschweren (siehe Datenblätter). Dazu
bräuchte ich allerdings 15V bzw. 28V als zusätzliche Steuerspannung und
einen Gate-Treiber. Letzteren könnte man vermutlich sehr einfach
gestalten, indem man die Versorgungsspannung hochohmig an das Gate legt
und mit einem einfachen Trasistor das Gate lediglich ausschaltet, dann
braucht es allerdings eine separate Ansteuerung für den Impulstrafo,
hier ginge aber ein kleiner Thyristor oder irgendwas anderes. Größerer
Schaltaufwand, aber deutlich robuster das Ganze.
Ich werde nach meinem Urlaub mal den kleinen bestellen und ihn mit 400µF
quälen, wenn er nach exzessivem Testen stirbt nehme ich einen dickeren
und mehr Kapazität.
Mark schrieb:> Hat da jemand passende Bauteile im Hinterkopf? Zunächst nur der IGBT.
Früher(tm) hat man in sog. Computerblitzen Thyristoren benutzt.
Die hatten, trotz der recht kleinen Gehäuse, keine Probleme mit
dem Schalten der grossen Ströme.
Schau doch mal hier rein: http://impulsite.ru/
Dort finden sich Schaltpläne vieler Blitzgeräte. Keine Originalpläne,
sondern selber aufgenommen. Trotzdem kannst Du dort gut sehen, wie es
die Profis machen. Vielleicht ist es ja als Inspiration geeignet.
MiWi schrieb:> die Röhre wurde gezündet und dann wurde zum Abschalten die Restladung> über den Thyristor kurzgeschlossen. Es war also nur mehr Reste an Ladung> im Kondensator.
Heutige Blitze verwenden meist immer noch einen Thyristor - sie zünden
indem ein Thyristor eine Zündspule aufgeladene kurzschließt. An der
Röhre liegen ca. 400V.
Zum Abschalten wird die Betriebsspannung der Blitzröhre mittels IGBT im
richtigen Zeitpunkt unterbrochen.
MiWi schrieb:> Die haben aber anders funktioniert:>> die Röhre wurde gezündet und dann wurde zum Abschalten die Restladung> über den Thyristor kurzgeschlossen. Es war also nur mehr Reste an Ladung> im Kondensator.
Das war noch früher mit sog. Quenchröhren. Die Thyristoren lagen
im Hauptstromkreis und haben diesen abgeschaltet. Die Restladung
verblieb im Blitzkondensator und verkürzte die Blitzfolgezeit bis
zum nächsten Blitz.
Danke für die vielen tollen Antworten. Gerade die Schaltpläne sind
super.
Der aktuelle Yongnuo macht es ja im Prinzip so wie ich in meiner
Alternative vorgeschlagen habe. Die Spannungen werden da allerdings
recht aufwendig erzeugt, aber klappen tut das bestimmt gut. Das größte
Problem bleibt das Abschalten des Blitzstroms, hier eben über einen
soliden IGBT gelöst.
Zu den "früher(tm)"-als-alles-besser-war-Beiträgen: Die ersten
regelbaren Blitze haben tatsächlich eine zweite abgedunkelte sog.
Quenchröhre gezündet um den ohnehin schon Quasi-Kurzschluss der
Blitzröhre so richtig kurzzuschließen. Es ging immer die gesamte Ladung
des Blitzelkos verloren. Irgendwann hat man dann Thyristoren verwendet.
Immer noch alles futsch.
Danach hat man dann mit einem Thyristor die Blitzröhre gezündet und zum
Ausschalten einen kleinen Elko über einen weiteren Thyristor
kurzgeschlossen, der dann am ersten Thyristor die Spannungsverhältnisse
dreht und diesen löscht. Man behielt einen Großteil der Ladung, konnte
aber nur begrenzt runterregeln. Minimum war die Energie des kleinen
Elkos. Ansteuerung auch nicht ganz ohne. Aber ein Fortschritt.
Heutzutage passiert es bei handhabbaren Leistungen über IGBTs. Bei
Miniblitzen mit so simplen Schaltungen wie in der von mir verlinkten
AppNote. Bei größeren Kompaktblitzen mit ernsthafteren IGBTs und etwas
aufwändigerer Spannungsversorgung wie im Yongnuo. Bei Studioblitzen mit
vorher eingestellter Spannung und schaltbaren Kondensatorbänken.
Was ich will: Die modernste Variante nutzen, also einfach anzusteuernde
IGBTs, und dabei etwas mehr Bumms als aus Ausklappblitzen holen. Falls
das nicht reicht, die mittlere Variante.
Brummbär schrieb:> MiWi schrieb:>> die Röhre wurde gezündet und dann wurde zum Abschalten die Restladung>> über den Thyristor kurzgeschlossen. Es war also nur mehr Reste an Ladung>> im Kondensator.>> Heutige Blitze verwenden meist immer noch einen Thyristor - sie zünden> indem ein Thyristor eine Zündspule aufgeladene kurzschließt. An der> Röhre liegen ca. 400V.>> Zum Abschalten wird die Betriebsspannung der Blitzröhre mittels IGBT im> richtigen Zeitpunkt unterbrochen.
I-tüpfelreiten kann ich auch:
heutzutage wird der Blitz wird durch den selben IGBT über einen
seperaten Zweig mit Zündspule gezündet wie er nach genügend Helligkeit
wieder abgeschaltet wird.
Nur so als Beispiel: AN95 von LT, Fig. 6.
Da ist nix mehr mit seperatem Thyristor...
MiWi
Mark schrieb:> Zu den "früher(tm)"-als-alles-besser-war-Beiträgen:
Das habe ich nicht behauptet, sondern nur, das man damals mit
recht einfachen Schaltungen geregelte Blitzgeräte gebaut hat,
die über Jahre zuverlässig funktioniert haben.
> Danach hat man dann mit einem Thyristor die Blitzröhre gezündet und zum> Ausschalten einen kleinen Elko über einen weiteren Thyristor> kurzgeschlossen,
Schaltungen zur Löschung von Thyristoren arbeiteten auch bei
anderen Anwendungen, z.B. Stromrichtern, genauso; allerdings
mussten die Blitzthyristoren deutlich schneller sein.
Die "kleinste, einstellbare Leistung" ergab sich m.E. auch durch
die nötige Schaltgeschwindigkeit im µs-Bereich, die man damals
vielleicht noch nicht ganz so gut beherrschte wie heute.
Sind da IGBTs denn wirklich soviel schneller?
"Thyristorblitzgerät" war damals übrigens ein Synonym für Blitze,
die durch behalten der Teilladung im Blitzelko eine kürzere Blitz-
folgezeit ermöglichteten.
> Heutzutage passiert es bei handhabbaren Leistungen über IGBTs.
Irgendwie habe ich den Eindruck, das die IGBT-Schaltungen garnicht
soviel einfacher sind, wie die damaligen Thyristorschaltungen.
MiWi schrieb:> Nur so als Beispiel: AN95 von LT, Fig. 6.> Da ist nix mehr mit seperatem Thyristor...
Interessant. Danke für den Hinweis.
Mit solch "modernen" Blitzen hatte ich bisher noch nicht zu tun.
