MOSFET als IGBT-Ersatz in PWM-AC-Dimmer für R-Last

[LeFish .. (lefish)]

Hallo allerseits,

ich möchte das Thema gleichgerichtete 230V Netzspannung mittels ~100 Hz 
PWM zu dimmen wieder einmal aufgreifen.

Dabei bin ich über folgende Beiträge im Netz gestoßen:

https://www.instructables.com/AC-PWM-Dimmer-for-Arduino/
https://www.instructables.com/safe-and-simple-AC-PWM-Dimmer-for-arduino-Raspberr/
http://www.hbernstaedt.de/knowhow/dimmer/Dimmer_4.htm

Ich möchte ausschließlich Bauteile verwenden, die ich zu Hause habe, 
ansonsten würde ich ein Crydom-SSR kaufen (zB UPD2415F-10)

Ich habe noch einen IPP65R074C6 (Datenblatt: 
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPP65R074C6-DS-v02_02-EN.pdf?fileId=db3a3043337a914d013383b9c5d060d1)

* Kann ich mit 3V3 aus einem ESP8266 direkt das Gate des MOSFET 
schalten? Lt. Datenblatt ist VGS_typ 3 V.
* Brauche ist, außer einem Brücken-Gleichrichter und einem ordentlichen 
Kühlkörper noch Bauteile, um eine rein Ohmsche Last (1400 W an 230V) zu 
dimmen?

Danke für eure Unterstützung!

Beste Grüße
LeFish

[Εrnst B. (ernst)]

LeFish .. schrieb:
> * Kann ich mit 3V3 aus einem ESP8266 direkt das Gate des MOSFET
> schalten? Lt. Datenblatt ist VGS_typ 3 V.

Nein. Das ist die Spannung unterhalb welcher der FET sicher aus ist. 
Du willst ihn Ein - schalten, und solltest dafür eher 10V verwenden, 
und diese kräftig genug um schnell über das Plateau bei Ugs = 5.5V (lt. 
DaBla) zu kommen.

LeFish .. schrieb:
> * Brauche ist, außer einem Brücken-Gleichrichter und einem ordentlichen
> Kühlkörper noch Bauteile, um eine rein Ohmsche Last (1400 W an 230V) zu
> dimmen?

Entstörung. Hat einen Grund, warum für Heizelemente und ähnliche träge 
Verbraucher eigentlich Wellenpaketsteuerung statt "Dimmer", egal ob 
Anschitt, Abschnitt, PWM, verwendet wird.

[Carsten-Peter C. (carsten-p)]

Hallo, versuch ich auch gerade zu bauen. Scheint ganz gut zu klappen. 
Ich habe allerdings nur eine kleine Last angeschlossen. Vielleicht hilft 
Dir das ja weiter.
Gruß Carsten

[Εrnst B. (ernst)]

Carsten-Peter C. schrieb:
> Hallo, versuch ich auch gerade zu bauen.

Als kleiner Verbesserungsvorschlag für v2.0 oder Nachbauer:
Die Leiterbahn unter dem Optokoppler macht dir den Isolationsabstand 
kaputt, und wenn du den FET näher an den Platinenrand schiebst, kriegt 
man leichter einen Kühlkörper dran.

[LeFish .. (lefish)]

@ Carsten: Danke für das Teilen der Schaltung! Wird sicher zu einem 
Zeitpunkt sehr interessant sein!

Εrnst B. schrieb:
> ... warum für Heizelemente und ähnliche träge
> Verbraucher eigentlich Wellenpaketsteuerung statt "Dimmer", egal ob
> Anschitt, Abschnitt, PWM, verwendet wird.

Ich möchte die Idee aufgreifen, da ich sie mit Bauteilen aus der 
Bastelkiste realisieren kann.

Eine Frage noch dazu: Meine Last ist ein Halogenstrahler in einer 
Heißluftfritteuse. D.h ich kann dir Wellenpakete nicht zu groß machen 
ohne ein "Diskolicht" in der Küche zu haben. Da ich den Mikrocontroller 
aber auch nicht mit dem Netz synchronisieren möchte und ein 
Fotek-SSR-Modul verwenden möchte kann ich dir Wellenpakete auch nicht 
sehr klein machen.
Mein Bauchgefühl sagt mir, dass ich mit einer Periodenlänge von 100 ms 
ganz gut fahren könnte. Mit ist klar, dass ich dann nur 10%-weise dimmen 
kann, sofern das SSR bei steigender und fallender Flanke schalten kann 
(muss ich erst ausprobieren). Das erscheint mir aber ausreichend zu 
sein.

Was meint ihr:
* Flackert die Halogen bei 5-10 Hz, oder ist sie träge genug?
* Muss ich bei der Anwendung (5-10Hz mit 0-crossing) auch Maßnahmen zur 
Entstörung vorsehen?

[Carsten-Peter C. (carsten-p)]

Hallo, für Heizelemente ist die Wellenpaketsteuerung sicherlich die 
erste Wahl, für Licht wahrscheinlich nicht. Mit dem SSR wirst Du nur 
einen Phasenanschnitt hin bekommen, weil lt. Datenblatt dort Thyristoren 
verbaut wurden. Somit brauchst Du mit einem SSR ein 100 Hz 
Netzsynchrones PWM Signal mit Phasenanschnitt. Liegt die Frequenz auch 
nur wenig daneben, wirst Du mit dem Ergebnis nicht zufrieden sein. Ich 
habe bei einem ATtiny einen 16 Bit Timer im PWM Mode auf die 
Netzfrequenz Synchronisiert. Der liefert jetzt ein sauberes 
Phasenabschnittssignal. Nehme ich den 50 Hz Eingang weg, ist es nicht 
erträglich. Mit weniger Leistung würde ev. ein Leitungstreiber LUD12 in 
Frage kommen. War ich aber in meiner Schaltung nicht mit zufrieden.
Viel Erfolg bei Deinem Vorhaben
Carsten

[MaWin (Gast)]

LeFish .. schrieb:
> ich möchte das Thema gleichgerichtete 230V Netzspannung mittels ~100 Hz
> PWM zu dimmen wieder einmal aufgreifen

Ähm, 100 Hz geht auch mit TRIAC, da braucht man keinen MOSFET mit 
Brückengleichrichter, der hätte hohere Verluste, braucht mehr Kuhlung. 2 
MOSFETs antiseriell wären besser.

LeFish .. schrieb:
> Kann ich mit 3V3 aus einem ESP8266 direkt das Gate des MOSFET schalten?

Nein, RDSon 0.067 0.074 Ω ist bei VGS=10V spezifiziert.

> Lt. Datenblatt ist VGS_typ 3 V.

Da ist er gesperrt.

> Brauche ist, außer einem Brücken-Gleichrichter und einem ordentlichen
> Kühlkörper noch Bauteile, um eine rein Ohmsche Last (1400 W an 230V) zu
> dimmen?

Na ja, Heizungen mit 1.4kW dürfen nicht mit PhasenAN/ABschnitt gedimmt 
werden, deine 100 Hz machen aber genau das.

Also entweder langsamer (>0.25Hz) oder schneller (25kHz?) schalten.

Schneller schalten und mit einer Spule den Strom glätten ergibt einen 
attraktiven Sinus-Dimmer.

Ein bisschen Gedanken solltean sich noch über die nur 650V machen die 
dein MOSFET aushält, weder ein 300V~ noch ein 275V~ VDR kann ihn 
schützen.

Ich sehe nur 800V MOSFETs als Lösung.

[Carsten-Peter C. (carsten-p)]

Hallo LeFish, teste das doch einfach mal mit Deinem Mosfet. Bau ne 
kleine Schaltung auf Lochraster oder „fliegend“ auf. Betreibe das mit 
einer ohmschen Last wie z.B. ein Heizlüfter o.ä. plus Glühbirne. Dann 
siehst Du, was Du an Kühlung brauchst und ob das Licht flackert. 
Ausprobiert habe ich einen IRG4BC30 und einen IRFS450 (500V). Mit einem 
Optokoppler hast Du eine saubere Trennung und einen guten Pegelwandler. 
Bedenke, das ein 12V Trafo bei so wenig Last über die 20V Gatespannung 
kommen kann. Da reichen sicherlich 9V AC  aus. Du kannst verschiedene 
PWM- Frequenzen ausprobieren.
Gruß Carsten

[Dieter (Gast)]

Carsten-Peter C. schrieb:
> Vielleicht hilft Dir das ja weiter.

Das isr schon mal ein Anfang. Es fehlen allerdings noch ein paar 
Schutzbeschaltungen. Diese gehoeren in den Leistungspfad vor dem 
Diodengleichrichter.

Sicherung oder/und Opferwiderstaende.
Kleine Drossel.
Varistor.

Warum?

Sollte mal die Drain Source Strecke durchlegieren, knallt es sonst 
heftig.  Ggf. zerreisst es noch den Optokoppler und Netzstrom kommt 
ueber verkohltes Plastik auf die Steuerseite.

[Dieter (Gast)]

Dieter schrieb:
> Drain Source Strecke

Korrektur:
Drain - Gate Strecke war gemeint.

[Carsten-Peter C. (carsten-p)]

Dieter schrieb:
> Sicherung oder/und Opferwiderstaende.
> Kleine Drossel.
> Varistor.

Hallo, die Sicherung ist auf dem Bild zu sehen. Sie ist von außen 
zugänglich. Eine Drossel würde ich nicht nehmen, um Spannungsspitzen zu 
verhindern. Wenn, dann schon eher die Kombi aus C,L,C. Den Optokoppler 
würde ich auch nicht schützen, weil das zu Lasten der Flankensteilheit 
und somit zu mehr Wärme führt. Du musst selbst wissen, was Du möchtest.
Gruß Carsten

[Dieter (Gast)]

Carsten-Peter C. schrieb:
> weil das zu Lasten der Flankensteilheit

Darum auch vor dem Gleichrichter. Wenn L u N beliebig vertauscht sein 
koennen, dann teile man die Schutzbeschaltung auf beide Zuleiter auf und 
kann das auf eine weitere Platine packen.