Hallo, dies ist eine Weiterführung von einem anderen Thread(Beitrag "100A per uC schalten"): da dieser recht umfangreich geworden ist fasse ich noch mal kurz zusammen: - supraleitende Spule (Bereich um 30mH) soll geschaltet werden - Schaltzeit sollte unter 10ms sein(habe überlegt die Schaltzeit des Fets zu verlängern, um so die Induktionssp. zu minimieren) - im Dauerzustand fließt Strom(Stromquelle DC) durch Spule, im Falle eines Quench soll sie abgeschaltet werden bis sie dann manuell wieder eingeschaltet wird Ich habe es mit zwei parallel geschalteten MOSFETs bei 1A getestet, bei Quench wird die Stromquelle kurzgeschlossen. Jetzt möchte ich den Strom erhöhen, dazu wollte ich mir MOSFETs im SOT-227 Gehäuse bestellen(http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?sku=4905659), die gibt es aber nicht mit Logic-Level, also werde ich auch noch Treiber brauchen, ist der TLP250 dafür geeignet? Worauf muss man bei Treibern achten? (http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?sku=1023265) Oder bietet ein IGBT Vorteile(http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?sku=9104950), im Datenblatt steht meist nichts zum Widerstand im durchgeschaltetm Zustand(bzw. finde ich es nicht)? Weiterhin wollte ich zusätzliche Dioden einsetzen, um die MosFets vor der Induktionsspannung zu schützen, ich weiß aber icht genau, welche dafür geeignet sind. Rausgesucht habe ich so etwas http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?sku=9099395, leider kann ich aber nichts mit fast-, soft-, standard recovery anfangen. Gruß Ralf
Hat keiner Meinungen, Ideen, Anregungen, sonstiges zu den oben genannten Themen? Gruß Ralf
Ich bin beim besten Willen nicht ausreichend vertraut mit dem Gebiet, aber meines bescheidenen Wissens nach brauchste bei IGBTs recht hohe Abschaltströme, was bei gesteuerten 100A durchaus ins Gewicht fallen wird,
ich habe erst ein Gebläse das max. 40A zieht erfolgreich mittels IRFP2907 per PWM betrieben. Leider wird hier leider nichts über die Spannung geschrieben. Der IRFP2907 kann 75V/200A bei 25°C ab. ich habe einen BC557 und BC548 in Push/Pull-Anordnung mit 14V Versorgung als Treiber verwendet, der IRFP2907 hat sich nicht merklich erwärmt trotz mehreren kHz die anfangs als PWM-Frequenz genutzt habe. Am Ende ist mir aufgefallen das man z.B. beim ATTiny26 auch den PWM Ausgänge so konfigurieren das diese +40mA/-40mA können, wenns dann noch ein TTL Pendant zum IRFP2907 gäbe könnte ich beim nächsten Mal den Treiber auch noch komplett einsparen einsparen. Da der 2907 aber fast 500 Watt vernichten kann dürfte es ihn beim Abschalten nicht gleich himmeln wenn man es nicht übertreibt mit der Abdimmzeit.
Muss ich denn zur Ansteuerung PWM benutzen? Ich weiß zwar was damit gemeint ist, nur hab ich das noch nie zur Anwendung gebracht. Die Spannung sollte nicht das Problem sein, da ja nur die Spule mit drin hängt: Stromquelle || MOSFET || Spule + MOSFET oder sehe ich das falsch, nur die Induktionssp. beim Abschalten wird problematisch. @Thomas: Ich hatte zum testen den IRL3803. Die IRL-Typen sind alle LogicLevel und können mit TTL "voll" durchgesteuert werden. Hast du den 2907 im TO-220 Gehäuse?, wenn ja, wie hast du da die Kabel dran gemacht und was für Kabel(40A)? Ralf
Der TLP250 von Farnell ist gut geeignet. Habe ich das richtig erstanden, du willst im Falle eines Quench die Stromquelle kurzschliessen. Die in der Spule gespeicherte Energie soll sich in ihrem Widerstand verheizen. 30mH bei 100A sind 150 Joule, die hält deine Spule aus? Und Platz für das verdampfte Helium hast du auch? Zum IGBT, die haben Spannungsabfälle von ca. 2 Volt, das sind 200 Watt - etwas viel. Dein FET ist hat 6 mOhm, macht 0,6 Volt und 60 Watt, das kann man mit vernünftigem Aufwand abführen. Ein Problem sehe ich darin: Wie hoch kann die Spannung am FET während des Quenchs werden? Vor dem Quench ist die Spannung wohl sehr klein, aber beim Quench steigt sie gewaltig an wegen des wachsenden Widerstands der Spule. 100 A mal der Warmwiderstand der Spule sollten nicht mehr als die maximale UDS des FET sein (plus Reserve).
@Ralf: War ne Nummer größer als TO220 glaube TO247, such ihn einfach mal bei www.reichelt.de Ich habe Drähte ca. 1mm über die Platine gespannt und das ganze dann mit Lötzinn aufgefüllt, damit der Durchmesser gegen ist, die Beine des Transistors waren die dünnste stelle für den Strom. Der IRL3803 könnte es auch ohne Treiber machen wenn die Frequenz nicht so hoch ist. Kommt etwas auf deinen µC an. Die neueren AVRs machen schon 40mA pro Pin, wenige KHz sollten hier überhaupt keine Probleme bereiten. Besser wäre es aber schon an die maximale Gatespannung zu gehen diese darf ja max. 16V sein könntest sie also auf 12 oder 15V begrenzen. Was ist denn der Sinn deine Spule kurzzuschließen?
Wenn man 100A in 10ms abbauen will, wird eine 30mH Spule eine Selbstinduktionsspannung von 300V erzeugen (bei konstantem dI/dt, sonst wirds noch mehr). Man kann das nicht mit einer Freilaufdiode unterbinden, weil sonst der Abschaltvorgang viel länger dauert. Also muss das das Schaltelement verkraften können (z.B. IXFN130N30, gibts bei Farnell). Die 150J sind aber zu viel für den Transistor, die muss man auf anderem Wege "verbraten" also vermutlich einem Leistungswiderstand. Bei einem einfachen Widerstand sinkt der Strom aber nicht linear, also mit konstantem dI/dt, sondern exponentiell. Dadurch entstehen dann entweder höhere Spitzenspannungen oder der Vorgang dauert länger. Will man z.B. innerhalb von 10ms den Strom auf 10% des Ausgangswerts reduzieren braucht man dazu einen 6,9 Ohm Widerstand an dem zu Beginn der Entladung 690V abfallen. Gruß Reinhard
>Was ist denn der Sinn deine Spule kurzzuschließen? Das soll die supraleitende Spule vor Überhitzung schützen, die bei Quench resistiv wird und dementsprechend Leistung umsetzt! >150 Joule, die hält deine Spule aus? das ist fraglich.. dann wohl mit einem Leistungs Widerstand(http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?sku=3067944) wie Reinhard schon sagte, nicht gerade billig die Dinger. Ginge das denn nicht, wenn ich diesen mit Diode parallel schalte? Die PowerMosFets haben ja auch eine parasitäre Diode von Source nach Drain.. >300V Das sind doch -300V, demnach ist das doch auch nicht von Uds des Fets abhängig, oder? Achso, ich habe mal nach TLP250 gesucht, gibt es die eig. noch? Bei Farnell jedenfalls nicht und im Internet auch nur sperrlich.
@Ralf: nach dem Abschalten des Transistors fließt der Strom in der Spule doch erstmal weiter, bis sie sich entmagnetisiert hat. Die Verluste in der Spulenwicklung bemessen sich nach dem Strom und nicht nach der Spulenspannung. Wird die Spule kurzgeschlossen, dauert es leider 30mH * 100A / 0,5V = 6 Sekunden, bis die Spule "leer" (=stromlos) ist, wenn ich einfach mal annehme, dass der Kurzschluss mit 5 mOhm realisiert wird. Daher sollte der Spule die Möglichkeit gegeben werden, sich über eine hohe Spannung schnell zu entmagnetisieren. Dann gilt das von Reinhard Berechnete und die Spule kann bei 300V in 10ms entladen werden. Wie hoch ist der Widerstand der Spule im nicht-supraleitenden Zustand? Vielleicht ist auch als Schaltzeit garnicht die Entmagnetisierung der Spule gemeint? Grüße, Peter
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>nach dem Abschalten des Transistors fließt der Strom in der Spule doch >erstmal weiter, bis sie sich entmagnetisiert hat. Die Verluste in der >Spulenwicklung bemessen sich nach dem Strom und nicht nach der >Spulenspannung. Der geschaltet Strom bestimmt doch die Induktionsspannung(U=-L*dI/dt) und die Energie(E=1/2*L*I^2), wenn ich dann einen Widerstand mit einbringe kann ich doch den Strom anhand von R festlegen: Wenn R klein --> I groß, sollte doch die Energie schnell verschwinden, oder? Wie hoch der Widerstand bei Quench wird kann ich nicht sagen, da die Spule noch nicht fertig ist(mR bzw. <mR), ich soll erst einmal (bin Praktikant) eine prinzipielle Schaltung entwerfen, die den Strom per Controller schaltet, getestet wird auch erst an einer normalleitenden dicken Kupferspule. Mit Schaltzeit meinte ich die Zeit in der der Strom von der Quelle abgeschaltet werden soll. Das Entmagnetisieren sollte ca. 350ms sein, das sind Richtwerte, die ich in einem Bericht gelesen habe, da ging es aber um weitaus größere Ströme, Induktivitäten, daher denke ich könnte es auch etwas länger dauern. Gruß Ralf anbei ein prinzipieller Entwurf
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> > Der geschaltet Strom bestimmt doch die Induktionsspannung(U=-L*dI/dt) nein: beim Abschalten ist dI/dt erstmal unendlich, die Spannung an der Induktivität polt sich um und erhöht sich so lange, bis der Strom einen neuen Weg findet. Notfalls bis zum Überschlag (Zündspule). > und die Energie(E=1/2*L*I^2), wenn ich dann einen Widerstand mit > einbringe kann ich doch den Strom anhand von R festlegen: > Wenn R klein > --> I groß, sollte doch die Energie schnell verschwinden, oder? nein: die Drossel wird im ersten Moment nach dem Umschalten die 100A durch den Widerstand fließen lassen und dazu die passende Spannung generieren (U=R*I) > Wie hoch der Widerstand bei Quench wird kann ich nicht sagen, da die > Spule noch nicht fertig ist(mR bzw. <mR), ich soll erst einmal (bin > Praktikant) eine prinzipielle Schaltung entwerfen, die den Strom per > Controller schaltet, getestet wird auch erst an einer normalleitenden > dicken Kupferspule. > > Mit Schaltzeit meinte ich die Zeit in der der Strom von der Quelle > abgeschaltet werden soll. > Das Entmagnetisieren sollte ca. 350ms sein, das sind Richtwerte, die ich > in einem Bericht gelesen habe, da ging es aber um weitaus größere > Ströme, Induktivitäten, daher denke ich könnte es auch etwas länger > dauern. > anbei ein prinzipieller Entwurf In deiner Schaltung wird M2 sterben, sobald er ausgeschaltet wird, da seine Drain-Spannung unbegrenzt ansteigt. Im Anhang mein Vorschlag. Beim Abschalten steigt die Spannung an der Anode der Schottky-Diode, bis U=R*100A. Dann nimmt der Strom bis auf 0 ab. Der Widerstand muss die Energie von 150Ws abkönnen. (gut 400W für 350ms) Grüße, Peter
>nein: beim Abschalten ist dI/dt erstmal unendlich, die Spannung an der >Induktivität polt sich um und erhöht sich so lange, bis der Strom einen >neuen Weg findet. Notfalls bis zum Überschlag (Zündspule). Dann habe ich das mit der Selbstinduktion wohl doch noch nicht verstanden, ich dachte, es entsteht eine entgegengesetzte Spannung, die dann den Strom auch entgegengesetzt treibt, obwohl sie ja versucht den Strom aufrecht zu erhalten, das passt nicht.. Ist denn die Induktionsspannung vom jeweiligen Widerstand abhängig und erhöht sich bis die 100A erreicht sind? Zu deiner Schaltung: das habe ich schon oft gesehen mit nur einem FET, wird da nicht die Stromquelle die Spannung so hoch treiben, bis der Strom fließt bei abgeschaltetem Zustand? Ich habe immer das Bild vom steuerbaren Widerstand im Kopf, aber das ist wohl auch nicht passend.. Gruß Ralf
Hallo Ralf, > ich dachte, es entsteht eine entgegengesetzte Spannung, die > dann den Strom auch entgegengesetzt treibt, obwohl sie ja versucht den > Strom aufrecht zu erhalten, das passt nicht.. Ganz wichtig: die Stromrichtung bleibt erhalten. > Ist denn die Induktionsspannung vom jeweiligen Widerstand abhängig und > erhöht sich bis die 100A erreicht sind? ja. > Zu deiner Schaltung: das habe ich schon oft gesehen mit nur einem FET, > wird da nicht die Stromquelle die Spannung so hoch treiben, bis der > Strom fließt bei abgeschaltetem Zustand? Die Stromquelle liefert ja nicht wie eine Spule unendlich viel Spannung, sondern ist in der Regel einstellbar. In deinem Fall genügen wahrscheinlich wenige Volt aus der Stromquelle um die 100A fließen zu lassen, du hast ja Supraleitung! Der Transistor muss diese Spannung plus die Abschaltspannung aushalten können. Grüße, Peter
Hallo Ralf, willst du die Spule in 10ms komplett entmagnetisieren, oder kann das, so wie Christian geschrieben hat, etwas länger (~350ms) dauern? In letzterem Falle wird die Sache ganz einfach. Man schaltet die supraleitende Spule wie jede andere "gewöhnliche" Induktivität auch, nur dass man halt statt einer einzigen Freilaufdiode mehrere in Serie geschaltene verwendet. Dadurch steigt der Spannungsabfall über die Dioden und die Entmagnetisierung geht schneller von statten. Im konkreten Fall (30mH) wären bei 100A in 350ms nur noch 8,6V nötig. Die Dioden sind dann idealerweise auf einen Dauerstrom von 100A ausgelegt. Das Modell das du oben herausgesucht hast wird ziemlich sicher überfordert sein. Die Diode schafft zwar 265A, aber nur bei einem halbsinusförmigen Impuls der 10ms dauert. Besser geeignet wären z.B. die IRK.91 Module von IRF (http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?SKU=9099263). Mit 6 Stück von denen ist die Spule in ca. 300ms stromfrei. Bei der Auswahl des Schaltelements darf man nicht vergessen dass es im Regelbetrieb dauernd stromführend ist. Daher scheiden Transistoren im TO-220 oder TO-247 Gehäuse schon mal grundsätzlich aus. Der IXFN200N07 aus dem ersten Posting hat einen Rdson von 6mOhm. Da muss immerhin eine Dauerleistung von 60W weggekühlt werden. Das Netzgerät wird, wenn es speziell für supraleitende Spulen konzipiert wurde, mit den zusätzlichen 600mV Spannungsabfall unter Umständen auch keine Freude haben. IGBTs sind in dieser Hinsicht, bei so "kleinen" Strömen, eher noch problematischer. Ev. ist da ein dicker Schütz die einfachste Lösung. Gruß Reinhard
Hallo, das Entmagnetisieren könnte sogar noch etwas länger als 350ms dauern, es sollte nur recht schnell der Strom von der Spule genommen werden, so dass diese sich nicht weiter erwärmt. An Schütze hab ich auch schon gedacht, leider fand ich dazu wenig im Internet bzgl. Ansteuerung, Verwendung, Eigenschaften.. Wie bist du auf die 300ms gekommen? Gruß Ralf
Hallo Ralf, nur zur Sicherheit, damit wir nicht aneinander vorbeireden, das Entmagnetisieren ist gleich zu setzen mit dem Abbau des Stromes. Es ist also nicht so, dass man das Netzgerät trennt und schon fließt kein Strom mehr, das liegt ja in der Natur der Induktivität. Für die thermischen Betrachtungen im Falle eines Quenches zählt also der gesamte Stromverlauf bis zum Abbau des Feldes wobei es egal ist ob der Strom aus dem Netzgerät kommt oder ob er von der Induktivität weiter getrieben wird. In dem oben erwähnten Beispiel bleibt der Strom also konstant auf 100A bis die Stromquelle abgeschalten wird. Danach geht der Strom, er fließt jetzt durch die Freilaufdiode(n), mehr oder weniger linear innerhalb von 300ms auf 0A zurück. Die Berechnung ist ganz einfach. Für eine Induktivität gilt: U = -L * dI/dt Bei U = 10,2V (12 Dioden zu je 0,85V laut Datenblatt) und L = 30mH ergibt sich daraus ein dI/dt von ca. 340A/s. 100A werden folglich in ca. 300ms abgebaut. Schütze sind im Grunde genommen nur große Relais. Sie werden aufgrund ihrer Anwendung oft mir 230V angesteuert was man bei der Auslegung der Treiberstufe berücksichten muss. Bei Farnell findest du sie unter "Automatisierungstechnik". Die angegebenen Leistungswerte beziehen sich auf Wechselströme. DC Ströme sind, bei gleichen Werten, schwerer abzuschalten (der Lichtbogen verlischt nicht im Nulldurchgang). Das muss man berücksichtigen. Wenn aber die Spannung durch die Freilaufdioden auf ein paar Volt begrenzt wird sollte das aber nicht so schlimm sein. Gruß Reinhard
Ich denke das wird gehen, ich werde es ma ausprobieren, danke! Habe gerade ein Dokument gefunden in dem ein ähnliches Problem beschrieben wird in dem steht, dass es bis zu 2s lang dauern kann bis die Spule stromlos sein sollte, aber ich muss da noch einen genaueren Blick reinwerfen. @Reinhard Muss das Diodenmodul so hohe Spannungen abkönnen(1,2kV)? Ich habe da noch andere gefunden, in denen zwei Dioden sind und die eine größere Durchlassspannung haben! http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/2959.pdf Das mit der Selbstinduktion sitzt immer noch nicht richtig, ich finde auch nichts ausreichend Ausführliches im Netz dazu, ich werd mal einen neuen Thread aufmachen.. Gruß Ralf
Hallo Ralf, das Diodenmodul muss eigentlich nur eine sehr niedrige Sperrspannung verkraften, das supraleitende Spulen normalerweise ja nur langsam und somit niedrigen Spannungen hochgefahren werden. Ich habe einfach nur kurz nach der billigsten Diode gesucht die 100A verträgt. Das Modul dass du jetzt gefunden hast schafft "nur" einen Dauerstrom von 60A. Bei den erwünschten kurzen Abschaltzeiten wird das wohl gut gehen, aber das Heil einer teuren supraleitenden Spule würde ich auf so eine Konstruktion nicht verwetten. In Sachen Forwardspannung/€ schenken sich die beiden Module auch nicht viel also würde ich die IRKE91 nehmen (oder weitersuchen). Gruß Reinhard
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