Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IGBT Wechselrichterausgang Potentialprobleme


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von E-Lektron! (Gast)


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Hi,

ich habe in PSPICE die Schaltung aus dem Anhang Simuliert. Aus dem 
Ausgangssignalplot über die ohmsch-induktive Last stimmen die 
Signalverläufe, jedoch nicht die polarität. Der Ausgang sollte 
symmetrisch um den Null herumschwingen - ich habe jedoch nur negative 
Anteile.

Als Fehler wurde mir folgendes mitgelteilt:
Die galvanische Trennung und der Anschluss am Emitter fehlen (UGE !). 
Der OP reicht nicht aus, um die IGBTs direkt anzusteuern. Es fehlen so 
die definierten Potentiale.

Ich verstehe aber nicht was man mir damit sagen will. Stehe leider mit 
beiden Füßen und einem schweren Rucksack auf dem viel zu weichen 
Schlauch!


MFG
E-Lektron

von Max M. (jens2001)


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Überleg dir doch einfach mal für jeden IGBT welche Gate-Spannungen 
anliegen in Bezug auf das jeweilige Emitter-Potential!

von Das verstehe _ich_ nicht. (Gast)


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E-Lektron! schrieb:
> Ich verstehe aber nicht was man mir damit sagen will.
> Stehe leider mit beiden Füßen und einem schweren Ruck-
> sack auf dem viel zu weichen Schlauch!

Um Dir das nötige Wissen / Verständnis zu vermitteln,
sollte man herausfinden, was Du weißt und was nicht.
Beginnen wir doch mal mit dem, was Du nicht weißt:

a.) Du kennst die Bedeutung von "Potential" nicht.  [ ]
b.) Du kennst die Bedeutung von "U_GE" nicht.       [ ]
c.) Du kennst die Eigenschaften von IGBTs nicht.    [ ]
    (Weißt nicht, wann wozu welche U_GE nötig ist.) ( )
d.) Du weißt nicht, wann sich das Potential wie an
    welchen Punkten der Schaltung ändert.           [ ]
e.) Vielleicht fallen Dir selbst noch Punkte ein.   ( )

Ähnlich kannst Du anführen, was Du schon weißt / kennst.

von E-Lektron (Gast)


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c.) Du kennst die Eigenschaften von IGBTs nicht.    [ ]
    (Weißt nicht, wann wozu welche U_GE nötig ist.) (X)
d.) Du weißt nicht, wann sich das Potential wie an
    welchen Punkten der Schaltung ändert.           [X]

von Walter (www.zth-messtechnik.de) (Gast)


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Hallo E-Elektron,

du hast ein Potentialproblem, die Schaltung musst du anders aufbauen:

1. jeder OP hat eine eigene Spannungsversorgung
2. jeder OP hat eigene Ansteuerung
3. keine Masse-Verbindung zw. den einzelnen OPs
(bei einem richtigen Umrichter ist hier alles galvanisch getrennt)
4. 0V-Verbindung vom jeweiligem OP muss zum dazugehörenden 
Emitteranschluß (IGBT).

Viel Spaß
Gruß Walter

von E-Lektron! (Gast)


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Max M. schrieb:
> Überleg dir doch einfach mal für jeden IGBT welche Gate-Spannungen
> anliegen in Bezug auf das jeweilige Emitter-Potential!

15V am Ausgang des OP zu den 300V Volt am Kollektor! Die 15V 
Gate-Spannungen schaffen es nicht die IGBT zu Schalten.

Walter (www.zth-messtechnik.de) schrieb:
> 1. jeder OP hat eine eigene Spannungsversorgung

Warum?

Walter (www.zth-messtechnik.de) schrieb:
> 2. jeder OP hat eigene Ansteuerung

Wüsste nicht wie ich das umsetze!

Walter (www.zth-messtechnik.de) schrieb:
> 3. keine Masse-Verbindung zw. den einzelnen OPs
> (bei einem richtigen Umrichter ist hier alles galvanisch getrennt)

Schaltung soll keinen Anspruch auf Vollständigkeit haben. Mich 
interessieren "nur" Spannungen/Ströme an der Last. Die Ansteuerung soll 
den Haufen nur zum schalten bringen.

Zusammengefasst zu den Punken 1...3: Durch die Optokoppler sollte die 
Ansteuerung doch keine Auswirkungen auf die Lastspannungen haben?

Walter (www.zth-messtechnik.de) schrieb:
> 4. 0V-Verbindung vom jeweiligem OP muss zum dazugehörenden
> Emitteranschluß (IGBT).

Hier liegt wohl das letzte Problem was ich nicht behoben (weil nicht 
verstanden) habe.

@Walter: Ich war auf deiner Webseite und habe mir das Beispiel 
runtergeladen. Dies ist jedoch nur eine ".dat" Datei. Wenn ich mir meine 
eigenen Projekte anschaue, sehe ich deutlich mehr Dateien - leider 
konnte ich es in meinem OrCAD PSPICE nicht öffnen.
Bin absoluter PSPICE Anfänger und mit Elektronik stehe ich auch "am 
Anfang".

Gruß

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


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Die Ansteuerung der Highside IGBT in deiner Schaltung kann, wie schon 
erwähnt, so nicht klappen, denn der Emitter ist ja nicht wie bei der 
Lowside immer auf dem gleichen Potenzial, sondern folgt dem Ausgang des 
WR. Dafür haben schlaue Leute z.B. sogen. Halbbrückentreiber erfunden, 
die mittels einer integrierten Ladepumpe eine Spannung auf das 
Emitterpotenzial aufstapeln und damit genügend Spannung haben, um das 
Gate über den Emitterlevel zu heben.
Schau dir solche Treiber mal an, an deren Eingang kannst du dann deine 
Komparatoren anschliessen.
Hier mal eine Übersicht von Infineon/IR:
https://www.infineon.com/cms/en/product/power/gate-driver-ics/half-bridge-drivers/
Sorry, der Server scheint sehr lahm zu sein.

: Bearbeitet durch User
von Walter (www.zth-messtechnik.de) (Gast)


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Hallo E-Elektron,

die Daten auf meiner Homepage liegen als gezippte Textdokumente vor 
(Dezimaltrennzeichen = Punkt, Spaltentrenner = Tab).

das heißt:

du kannst nach dem extrahieren der Dat-Datei diese mit jedem 
Tabellenkalkulationsprogramm (z.B. Excel) öffnen. Du musst evtl.
das Betriebssystem auf Dezimaltrennzeichen = Punkt umstellen,
oder in der Datei den Punkt durch Komma ersetzen.

Aufbau der Spalten:
t(s), Gate1, Gate2,.., Pv...,  Tj..., I(A)..., U(V)...



> Schaltung soll keinen Anspruch auf Vollständigkeit haben. Mich
> interessieren "nur" Spannungen/Ströme an der Last. Die Ansteuerung soll
> den Haufen nur zum schalten bringen.

Dann zeig uns doch mal einen Plot der 4 Gatespannungen bezogen auf das 
jeweilige Emitterpotenzial (Uge). Achtung !!  Spannung nicht gegen Masse 
sondern gegen den Emitteranschluß messen (Differenzmessung)


Gruß
Walter

von E-Lektron! (Gast)


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Walter (www.zth-messtechnik.de) schrieb:
> Dann zeig uns doch mal einen Plot der 4 Gatespannungen bezogen auf das
> jeweilige Emitterpotenzial (Uge). Achtung !!  Spannung nicht gegen Masse
> sondern gegen den Emitteranschluß messen (Differenzmessung)

Siehe Bild UGE_diff

Matthias S. schrieb:
> Die Ansteuerung der Highside IGBT in deiner Schaltung kann, wie schon
> erwähnt, so nicht klappen, denn der Emitter ist ja nicht wie bei der
> Lowside immer auf dem gleichen Potenzial, sondern folgt dem Ausgang des
> WR. Dafür haben schlaue Leute z.B. sogen. Halbbrückentreiber erfunden,
> die mittels einer integrierten Ladepumpe eine Spannung auf das
> Emitterpotenzial aufstapeln und damit genügend Spannung haben, um das
> Gate über den Emitterlevel zu heben.

OK, jetzt komme ich dem Problem schon etwas näher.
Leider ist in der PSPICE library keines der Infineon Treiber vorhanden.
Den eizigen den ich finden konnte ist der von Harris Semiconductor 
HIP2500 (Half Bridge 500Vdc Driver)
https://dtsheet.com/doc/464754/harris-hip2500

Aus dem typical application diagramm werde ich leider nicht schlau. 
Aufgrund mangelnder Erfahrung sind da zuviele unbekannte Variablen für 
mich. Zumal dieses Schaltungsbeispiel nur 2 FETs hat, ich jedoch 4 IGBTs 
schalte.
Gibt es andere, einfachere Möglichkeiten das auf die schnelle zu lösen?

Gruß

von Alexander (Gast)


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E-Lektron! schrieb:
> Aus dem typical application diagramm werde ich leider nicht schlau.

Warum verwendest du nicht einfach eine separate Spannungsquelle für 
jeden einzelnen Treiber?

von Walter (www.zth-messtechnik.de) (Gast)


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E-Lektron! schrieb:
> Schaltung soll keinen Anspruch auf Vollständigkeit haben. Mich
> interessieren "nur" Spannungen/Ströme an der Last. Die Ansteuerung soll
> den Haufen nur zum schalten bringen.

Wenn du die IGBTs durch ansteuerbare Schalter mit Dioden ersetzt, und 
die Masse im Lastkreis entfernst müsste es funktionieren (siehe Bild).
Switch in PSpice ???

Gruß
Walter

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


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E-Lektron! schrieb:
> Zumal dieses Schaltungsbeispiel nur 2 FETs hat, ich jedoch 4 IGBTs
> schalte.

Jeder Halbbrückentreiber treibt einen Lowside und einen Highside IGBT. 
Dein Problem ist die gewählte Speisung. Normale Wechselrichter hängen 
auf jeden Ausgang eine Halbbrücke und erzeugen so als Brücke die 
Wechselspannung. Die Last hängt also zwischen zwei Halbbrücken - wie in 
einer H-Brücke.

Ich hänge dir mal als Beispiel die Schaltung eines alten WR mit 
'modifiziertem Sinus', also Treppchenspannungsausgang an, bei dem dich 
nur die Endstufe interessieren sollte. Nicht wundern, das ist einer für 
den US Markt.
Du kannst dir auch mal den 3-Phasen Umrichter in meinem Projekt 
anschauen. Hier liegt zwischen je zwei Ausgängen eine normale 
Wechselspannung.
https://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR

von E-Lektron! (Gast)


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Walter (www.zth-messtechnik.de) schrieb:
> Wenn du die IGBTs durch ansteuerbare Schalter mit Dioden ersetzt, und
> die Masse im Lastkreis entfernst müsste es funktionieren (siehe Bild).
> Switch in PSpice ???

Hi,
ich habe mich falsch ausgedrückt: mich interessieren die Spannungen und 
Ströme der Last, welche über IGBT geschalten werden!

Die anderen Lösungsvorschläge habe ich kurz überfolgen. Leider keine 
Zeit gehabt detailliert anzuschauen. Danke an der Stelle für die 
Rückmeldungen. Leider hatte ich heute wenig Zeit zum Probieren - mein 
PSPICE beschwert sich:
ERROR -- EVALUATION VERSION analog Node Limit (75 Nodes) Exceeded!
Anscheinend die Grenze der kostenfreien Lite Version erreicht!

Muss mich mal einlesen ob LTSpice an dieser Stelle begrenzt ist... bis 
derweilen sind andere Lösungsvorschläge gerne Wilkommen =)

Gruß!

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