Hallo zusammen!
Step-Down Schaltregler und Motorsteuerungen für BLDC Motoren sind ja in
der physikalischen Funktionsweise irgendwie schon ähnlich. Beide
reduzieren die Spannung aus dem Zwischenkreis mit einer PWM und glätten
das. Manchmal mit (Step Down), manchmal ohne Kondensator
(Motorsteuerung).
Warum sind die hier verwendeten Schaltfrequenzen so unterschiedlich?
Vor allem kleine Schaltregler (10V, 1A) takten oft mit 1MHz oder mehr.
Die PWM Frequenzen bei Motorsteuerungen sind oft im Bereich zwischen 10
und 100KHz.
Klar, bei DCDC Wandlern will man eine möglichst kompakte Spule, deswegen
braucht man hohe Schaltfrequenzen. Aber sind die Schaltverluste bei 1MHz
nicht enorm?
Warum ist die Schaltfrequenz bei Motorsteuerungen nicht höher? Weil man
es nicht braucht?
Viele Grüße und danke für den Input!
Mike schrieb:> Klar, bei DCDC Wandlern will man eine möglichst kompakte Spule, deswegen> braucht man hohe Schaltfrequenzen.
BINGO!
> Aber sind die Schaltverluste bei 1MHz> nicht enorm?
Nicht bei den kleinen Leistungen.
> Warum ist die Schaltfrequenz bei Motorsteuerungen nicht höher? Weil man> es nicht braucht?
Auch das. Die Induktivitäten der Motoren sind da relativ hoch, im
Millihenrybereich. Da braucht es keine 1MHz. Und je höher die
Sperrspannung und Nennstrom einen Leistungsschalters (MOSFET, IGBT),
umso weniger HF-tauglich ist er, sprich, die Schaltverluste pro
Schaltvorgang steigen rapide. 5V mit 100mA schalten ist ne andere
Hausnummer als 500V bei 10A.
Mike schrieb:> Klar, bei DCDC Wandlern will man eine möglichst kompakte Spule, deswegen> braucht man hohe Schaltfrequenzen. Aber sind die Schaltverluste bei 1MHz> nicht enorm?
Je höher die Frequenz, umso kritischer ist jedes einzelne Bauteil, und
dessen Platzierung auf der Platine. Es kommt sogar auf jeden Millimeter
Leiterbahn an und wie rund die Ecken sind.
Deswegen taugt das System nicht für Motoren.
Falk B. schrieb:> Nicht bei den kleinen Leistungen.
Absolut nicht, klar. Aber im Verhältnis zur geschalteten/übertragenen
Leistung?
Falk B. schrieb:> Auch das. Die Induktivitäten der Motoren sind da relativ hoch, im> Millihenrybereich. Da braucht es keine 1MHz. Und je höher die> Sperrspannung und Nennstrom einen Leistungsschalters (MOSFET, IGBT),> umso weniger HF-tauglich ist er, sprich, die Schaltverluste pro> Schaltvorgang steigen rapide. 5V mit 100mA schalten ist ne andere> Hausnummer als 500V bei 10A.
Alles klar, danke für die ausführliche Antwort.
Wenn ich also einen DCDC Buck Converter aufbauen möchte für ~100V/10A
Input, 10V/90A Output wird meine Schaltfrequenz sinnvollerweise höher
als die 50KHz einer Motorsteuerung aber unter den 1MHz eines kleinen
DCDC Wandlers liegen?
Ein riesen Aufbau mit 1MHz ist vermutlich ja sonst auch EMV Mäßig
suboptimal.
Noch was: Schaltgeschwindigkeit (also wie lange mein Schalter zum
ein/aussschalten braucht) und Schaltfrequenz hängen nicht zwingend
zusammen, trotzdem macht es sinn bei hohen Frequenzen auch schneller zu
schalten.
Kriegt man hier nicht irgendwann Probleme mit zu hohen dU/dt? Ich meine
mich zu erinnern, dass das manche MOSFETs nicht gut vertragen.
Viele Grüße!
Mike schrieb:>> Nicht bei den kleinen Leistungen.>> Absolut nicht, klar. Aber im Verhältnis zur geschalteten/übertragenen> Leistung?
Ich kenne keine Prozente, aber wenn man den herstellerangaben glauben
darf, sind die Wirkungsgrde dieser HF-DC/DC Wandler schon recht gut,
also kann da nicht sooo viel verloren gehen.
> Wenn ich also einen DCDC Buck Converter aufbauen möchte für ~100V/10A> Input, 10V/90A Output wird meine Schaltfrequenz sinnvollerweise höher> als die 50KHz einer Motorsteuerung aber unter den 1MHz eines kleinen> DCDC Wandlers liegen?
Kann sein, muss nicht. Die hohe Frequenz nutzt man, um die Spulen und
Kondensatoren möglichst klein und leicht zu bauen. Ist das nicht nötig,
kann man it der Frequenz auch weiter runter gehen.
> Ein riesen Aufbau mit 1MHz ist vermutlich ja sonst auch EMV Mäßig> suboptimal.
Das auch.
> Noch was: Schaltgeschwindigkeit (also wie lange mein Schalter zum> ein/aussschalten braucht) und Schaltfrequenz hängen nicht zwingend> zusammen, trotzdem macht es sinn bei hohen Frequenzen auch schneller zu> schalten.
Man muss, denn man hat ja nicht ewig Zeit und will nicht 50% der
Periodendauer mit dem Schaltvorgang verbrauchen.
> Kriegt man hier nicht irgendwann Probleme mit zu hohen dU/dt?
Kann passieren.
> Ich meine> mich zu erinnern, dass das manche MOSFETs nicht gut vertragen.
Kommt drauf an. Wir haben auch auch schon MOSFETs in einem unserer
Wechselrichter mit einem Snubber etwas ausbremsen müssen, damit der
noch schaltbar bleibt. Bei zu schnellem Schalten kann es passieren, daß
der MOSFET trotz gutem Layout und Treiber in unkontrollierbare
Oszillations übergeht und sich dadurch selbst zerstört.
Mike schrieb:> Falk B. schrieb:>> Nicht bei den kleinen Leistungen.>> Absolut nicht, klar. Aber im Verhältnis zur geschalteten/übertragenen> Leistung?
Deshalb erreichen viele kleine DC-DC-Wandler ja oft nur Wirkungsgrade im
70%-Bereich oder so.
> Falk B. schrieb:>> Auch das. Die Induktivitäten der Motoren sind da relativ hoch, im>> Millihenrybereich. Da braucht es keine 1MHz. Und je höher die>> Sperrspannung und Nennstrom einen Leistungsschalters (MOSFET, IGBT),>> umso weniger HF-tauglich ist er, sprich, die Schaltverluste pro>> Schaltvorgang steigen rapide. 5V mit 100mA schalten ist ne andere>> Hausnummer als 500V bei 10A.>> Alles klar, danke für die ausführliche Antwort.
Allerdings ist die parasitäre Kapazität da auch eine andere. Wenn du
einen 10kW-Motor mit 1MHz PWM antickern willst fällt dir gar nicht auf,
daß da auch noch was induktives ist.
Mike schrieb:> Wenn ich also einen DCDC Buck Converter aufbauen möchte für ~100V/10A> Input, 10V/90A Output wird meine Schaltfrequenz sinnvollerweise höher> als die 50KHz einer Motorsteuerung aber unter den 1MHz eines kleinen> DCDC Wandlers liegen?> Ein riesen Aufbau mit 1MHz ist vermutlich ja sonst auch EMV Mäßig> suboptimal.
Wie immer: Es kommt darauf an. Ich habe auf Arbeit einen Hochsetzsteller
für 2kW gebaut, da arbeiten sechs Transistoren mit 500kHz PWM.
Hoche Schaltfrequenzen schaffen dir ein paar Probleme, ja...aber sie
beseitigen dir auch ein paar.
Mike schrieb:> Noch was: Schaltgeschwindigkeit (also wie lange mein Schalter zum> ein/aussschalten braucht) und Schaltfrequenz hängen nicht zwingend> zusammen
Nicht nur das: das eine hat mit dem anderen genau gar nichts zu tun.
Mike schrieb:> , trotzdem macht es sinn bei hohen Frequenzen auch schneller zu> schalten.> Kriegt man hier nicht irgendwann Probleme mit zu hohen dU/dt? Ich meine> mich zu erinnern, dass das manche MOSFETs nicht gut vertragen.
Ein hohes dU/dt macht dir eher EMV-Problem. Das FETs das nicht mögen,
ist mir neu. Im Gegenteil, man treibt oft durchaus einigen Aufwand um
die Gatekapazität so schnell wie möglich umzuladen. Damit weniger
Verlustleistung im FET erzeugt wird.
Wühlhase schrieb:> Ein hohes dU/dt macht dir eher EMV-Problem.
Nehmen wir mal einen N-Kanal MOSFET als Schalter, also mit source an
GND.
Wenn du das Gate nicht fest im Griff hast, dann kann ein schnelles
Ansteigen der Drain Spannung durch die internen Kapazitäten ins Gate
einkoppeln. Dann schaltet der Transistor wieder ein, die Drain Spannung
sinkt. Dadurch sinkt auch die Gate Spannung, der Transistor schaltet
wieder aus, usw.
Wenn die Steuerung das gate aber fest im Griff hat (niederohmig
ansteuert), tritt das Problem nicht so schnell auf.
