Ansteuerung IGBT

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Autor
Ansteuerung IGBT

    







BID = 683173

selfman

Schreibmaschine



Beiträge: 1681
Wohnort: Seekirchen a. W.
 

  


Hallo liebe Forengmeinde!

Könnte Ihr mir mal bei einem kleine Problem weiterhelfen. Ich bin einfach zu blöd dazu.

Wie in Titel schon steht geht es um die Ansteuerung eines IGBTs. Diese dient als Ersatz für einen mir unbekannten Leistungshalbleiter eines el. Fahrahtriebs. Dieser Antrieb arbeitet mit 24V und nimmt so um die 30Aauf, Spitzen bis ca. 80-90A. Diese Motoren werden aus Batterien gespeist.

Als Steuerung dient ein Sollwertpoti, dessen Stellwert mittels eines TC955 in PWM umgesetzt wird. Die Drehzahregelung in diesem Baustein ist nich angeschlossen und inaktiv. Lediglich die Batteriespannungsüberwachung wird genuzt. Mit dem Ausgang wurde ein Leistungstransistor in Kollektorschaltung als Treiber für einen mir von Gehäuseform völlig unbekannten Halbleiter verwendet.

Leider ist jetzt diese Teil eingegangen und ich habe ihn durch den IGBT ersetzt. Testweise zuerst dierekt das Gate mit dem Ausgang des TCA verbunden, was auch funktionierte. Da aber die Schaltflanken nicht sehr steil waren und der Strom schon fast zu viel für den TCA habe ich eine Gegentakttreiberstufe mit einem Pärchen BC327/337 dazwischen gesetzt. Jetzt schaltet er in etwa 10µs ein bzw. aus, was völlig reicht.

Um das Gate nicht mit zu viel Spannung zu beaufschlagen, habe ich die Versorgung der Treiberstufe zur Versorung des TCAs gehängt, die aus einem 7812 auch aus den Batterien gewonnen wird.
Mit kleiner Ohmscher Testlast hat der IGBT sauber geschalten, aber als ich ihn mit den Motoren und den Batterien probierte ist mir sofort die ganze Ansteuerschaltung samt Spannungsregler um die Ohren geflogen.

Dann habe ich die Versorgung der Gegentakttreiberstufe vor dem Spannungsregler, dierekt von der Batteriespannung abgegriffen. Vor den Treibern sitzt jetzt noch ein Widerstand mit 100Ohm und über das Gate einer mit 470Ohm. damit im Fehlerfalle die Gatespannung nicht über die 20V Grenze hinauskommt. Außerdem habe ich noch dierekt am Gate eine 13V Z-Diode zum Schutz vor Über- und Negativspannungen angebracht. Der Spannungregler hat auch noch eine Reversdiode erhalten. Der Test mit den Batterien und kleine Ohmscher Last verlief wieder positiv, aber mit der kleinsten induktiven Last überlebt die Ansteuerschaltung wieder nicht einmal den ersten Puls der PWM und der TCA und der Spannungsregler sind wieder hin. Komischerweise bleibt aber der IGBT und die Gegentakttreiberstufe immer heil.

Das einzige was ich nicht habe aber normalerweise üblich ist, ist eine negative Gatespannung im ausgeschaltenen Zustand. Da sich das Teil bei meine Tests aber ählich wie FET verhielt (schaltet bei ca. 6-7V Gatespannung durch bzw. sperrt) und es nicht kritisch ist, wie schnell und sicher er abschaltet, habe ich mir gedacht daß das nicht so kritisch wäre. Außer das der Motor läuft passiert ja nicht.

Der lange Rede kurze Sinn: Was mache ich das Grundfalsch??

Falls ich noch ein Detail zu erwähnen vergessen habe, einfach nachfragen.
Mit der Bitte um Hilfe
selfman

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Traue keinem Ding, das du nicht selber vermurkst hast.

BID = 683191

ElektroNicki

Inventar



Beiträge: 6429
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Ach, noch einer, der sich mit IGBTs herumärgert? :D
Ich würde den IGBT mit einem Optokoppler vom Rest der Schaltung trennen.


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BID = 683196

Lötfix

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Beiträge: 2328
Wohnort: Wien

Hallo!

Mach mal eine Skizze von der Verschaltung.

mfg lötfix

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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung. Rechtsansprüche dürfen daraus nicht abgeleitet werden. Sicherheitsvorschriften beachten!

BID = 683203

selfman

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Beiträge: 1681
Wohnort: Seekirchen a. W.


Zitat :
Ich würde den IGBT mit einem Optokoppler vom Rest der Schaltung trennen
Das hatte ich auch schon vor, aber leider noch nicht gemacht.
Skizze reiche ich morgen nach!

Schöne Grüße Selfman


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BID = 683213

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
als Treiber für einen mir von Gehäuseform völlig unbekannten Halbleiter verwendet.
Hat der denn keine Typbezeichnung?
Bei so niedriger Versorgungsspannung wird das eher ein MOSFET gewesen sein. IGBTs verwendet man eher für hohe Spannungen bis weit über 1000V.
Im Vergleich zu IGBTs haben MOSFETs sehr viel kürzere Schaltzeiten und stets eine Substratdiode, die in der Lage ist bei Umpolung sehr viel Strom aufzunehmen.
Ein IGBT hat diese Diode von Haus aus nicht, aber je nach Typ ist sie von Fall zu Fall als separater Chip im gemeinsamen Gehäuse enthalten.

P.S.:
Wenn es nur die Steuerschaltung zerlegt, kann dafür auch eine ungünstige Führung der Steuerleitungen, sowohl des Signals wie auch der Masse (evtl. Versorgung deines Treibers?), verantworlich sein.
Auch wenn sich Steuerung und Hauptstrom keine gemeinsamen Strompfade teilen, so kann doch eine Stromänderungsgeschwindigkeit von z.B. 100A/µs eine erhebliche Induktionsspannung in einer benachbarten Leitung bewirken.

Weiter ist es möglich, dass dein Gegentakttreiber mit der hohen kapazitiven Last schlicht überfordert ist.
Auch diese kleinen Transistoren kennen den Second Breakdown. Möglicherweise sorgt dann ein Strombegrenzungswiderstand im Ausgangskreis für Abhilfe.
Allerdings wäre so die Zerstörung des Spannungsreglers nicht zu erklären.


Wozu soll dieser Treiber auch gut sein, er war doch vorher nicht vorhanden?

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 12 Apr 2010  3:34 ]

BID = 683266

selfman

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Beiträge: 1681
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So, hier erst einmal der skizzierte Aufbau.

Das alte Teil hatte wirklich ringsum keinerlei Beschriftung. Es ist ein Quadrat mit ca. 5cm Seitenlänge und etwa 7-8mm hoch. Die Unterseite ist blank und dient der Wärmeübertragung. Eine Anschluß (Kollektor/Drain) ist damit verbunden. Oben ragen diagnonal zwei Anschlußfahnen mit Schraubverbindungen raus und seitlich zwei Steckkontakte für die Ansteuerung, wovon einer mit dem Leistungsanschluß verbunden ist (Emitter/Source).

Die Steuerleitung von der Elektronik und dem Treiber zum Gate ist kaum 5cm lang. Nur die Leitungen von der Batterie und zum Motor haben in etwa 60cm mit 6mm2. Allerdings versorgt diese Zuleitungen auch die Elektronik.

Das diese Tranistoren etwas schwachbrüstig sind, ist gut möglich. Allerdings schaffen sie es auch im Leerlauf und bei kleiner ohmscher Last sehr saubere Schaltimpulse auf das Gate zu legen. Was ist der Unterschied, wenn die Last größer wird und leicht induktiv ist.

Ein Treiber war ja schon vorhanden, in Form eines Leistungstransistors (BD2xx) der mit dem abgebrannten Teil zu einer Darlingtenschaltung vereint war. Also nicht gerade geeignet das Gate anzusteuern, daher habe ich das geändert.

Schöne Grüße Selfman


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BID = 683270

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Ein Treiber war ja schon vorhanden, in Form eines Leistungstransistors (BD2xx) der mit dem abgebrannten Teil zu einer Darlingtenschaltung vereint war. Also nicht gerade geeignet das Gate anzusteuern,
Vielleicht war das in Wirklichkeit ja auch ein bipolarer Transistor in einer Darlington- oder Quasikomplementäranordnung und es gab überhaupt kein Gate.
Die geschilderte Bauform ist in der industriellen Leistungselektronik auch nicht gerade selten: http://www.semikron.com/skcompub/de/index.htm

Gibt es keine Informationen vom Hersteller der Steuerung?
Wann etwa wurde das Teil gefertigt? IGBTs gibt es erst seit Anfang/Mitte der 80er, Leistungs-MOSFETS schon früher, ca. Ende der 70er, und bipolare Transistoren natürlich noch viel länger.

Wie schon gesagt, vermute ich aber, dass es sich nicht um einen IGBT handelt, da diese wegen ihrer relativ hohen Sättigungsspannung beim Schalten so niedriger Betriebsspannugen nicht vorteilhaft sind.

BID = 683289

selfman

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Beiträge: 1681
Wohnort: Seekirchen a. W.

Oh, Entschuldigung! Ich bemerke jetzt erst, daß wir da ganz schön aneinander vorbei reden.

Das Originalteil war mit ziemlicher Sicherheit keint IGBT, sondern wahrscheinlich ein bipolarer Transistor. Selbst ein MOSFET kommt bei der Verschaltung praktisch nicht in Frage.

Der IGBT sollte als Ersatz dienen. Das ist das einzige Teil ist, was ich bei mir herumliegen habe das den geforderten Laststrom schalten kann. Ansonsten muß ich wieder umständlich was bestellen und der Umbau auf eine Ansteuerung eines MOSFET Gates wäre wahrscheinlich auch dann notwendig geworden. Denn für diese Ströme ist am Einfachsten ein FET in haushaltsüblichen Mengen zu bekommen.

Die Elektronik wurde für die Firma Graf angefertigt. Dort werden elektrische Rollstühle für alte und gehbehinderte Menschen angefertigt.
http://www.graf-carello.com/
Das Teil ist uralt und schon sehr verkommen. Es ist aus seinem ursprünglichen Verwendungszweck längst ausgemustert und dient jetzt schon in der dritten Generation etwas größeren Kindern als Spielzeug. Die Reparatur ist ein Freundesdienst und läuft etwas nebenbei. Daher sollte der Aufwand so gering wie möglich bleiben. Von der Herstellerfirma erwarte ich mir keine große Hilfestellung für die Bastelei, höchstens eine komplette neue Elektronik die im Verhältnis zu dem Projekt eine Lawine kostet.

In meiner blauägigen Hoffnung und nach einigen Tests mit verschiedenen Lasten war ich der Meinung, daß ich den IGBT praktisch genauso ansteuern könnte wie einen MOSFET, was ich ja schon häufig und erfolgreich gemacht habe. Auch mit heimtückischen Lasten hoher Induktivität (Errergerwicklungen z.B.).

Das nicht ganz optimale Durchlaßberhalten stört hier nicht besonders. Erstens ist es sicherlich um den Faktor 3 besser als das originale Konstrukt. (Habe das bei noch intakter Originalsteuerung nachgemessen können!) Zweitens ist eben gerade deswegen ein Schütz zur Überbrückung dieser ganzen Mimik vorhanden, der bei voller Fahrtstellung aktiv wird. Daher dient das die Elektronik nur der An- und Langsamfahrt. Ohne diese reißt aber das Teil so derart los, daß sie fast unverzichtbar ist. Außderm wären dann in Kürze die Schützkontakte im Jenseits.

Schöne Grüße Selfman

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: selfman am 12 Apr 2010 15:59 ]

BID = 683412

Lötfix

Schreibmaschine



Beiträge: 2328
Wohnort: Wien

Hallo!

Der IGBT sollte einen Widerstand (ca. 10Ω oder genauer im Datenblatt) in die Gateleitung bekommen. Wie ist die maximale Gatespannung des IGBT? Eventuell könnte man da eine 18V Z-Diode nehmen.

mfg lötfix

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