IGBT linear ansteuern

[Kai-Martin Knaak]

Moin.

Hier basteln wir gerade an einer Ansteuerung eines IGBT herum. Anders als
meistens soll in diesem Fall der IGBT nicht geschaltet, sondern im
(halbwegs) linearen Betrieb seinen Dienst tun. Dies aber mĂśglichst
schnell. Idealerweise in scharfen Stufen, zwischen denen der Betrieb
konstant ist. Hinter dem IGBT hängt als Last eine einigermaßen fette Spule
mit etwa 300 µH Induktivität und der Mglichkeit 200 A Strom fließen zu
lassen. Der IGBT wird natĂźrlich mit einem passend dimensionierten Varistor
geschĂźtzt. Letztlich geht es um das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Im Moment versuchen wir es mit einer Kombination von Opamp und einem
Treiber, so wie in Fig. 4 des Datenblatts zum BUF634 vorgeschlagen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/buf634.pdf

Allerdings gibt es deutliche Schwing-Probleme (die nach etwa fĂźnf Perioden
abklingen). Frequenz ist etwa 38 kHz.

Hat ein Dämpfungsglied (Snubber) aus Kondensator und Widerstand eine
Chance, die Schwingung zu unterdrĂźcken, wenn es passend ausgelegt ist?
Wenn ja, wie finde ich die passende Kombination aus Widerstand und
Kondensator?

Ist die Technik mit dem Opamp plus Leistungsbaustein Ăźberhaupt die in
solchen Fällen empfohlene Technik?

---&ltkaimartin(>---
--
Kai-Martin Knaak tel: +49-511-762-2895
Universität Hannover, Inst. fßr Quantenoptik fax: +49-511-762-2211
Welfengarten 1, 30167 Hannover http://www.iqo.uni-hannover.de
GPG key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=Knaak+kmk&op=get

 

[Uwe Hercksen]

Kai-Martin Knaak schrieb:

Moin.

Hier basteln wir gerade an einer Ansteuerung eines IGBT herum. Anders als
meistens soll in diesem Fall der IGBT nicht geschaltet, sondern im
(halbwegs) linearen Betrieb seinen Dienst tun. Dies aber mĂśglichst
schnell. Idealerweise in scharfen Stufen, zwischen denen der Betrieb
konstant ist. Hinter dem IGBT hängt als Last eine einigermaßen fette Spule
mit etwa 300 µH Induktivität und der Mglichkeit 200 A Strom fließen zu
lassen. Der IGBT wird natĂźrlich mit einem passend dimensionierten Varistor
geschĂźtzt. Letztlich geht es um das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Im Moment versuchen wir es mit einer Kombination von Opamp und einem
Treiber, so wie in Fig. 4 des Datenblatts zum BUF634 vorgeschlagen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/buf634.pdf

Allerdings gibt es deutliche Schwing-Probleme (die nach etwa fĂźnf Perioden
abklingen). Frequenz ist etwa 38 kHz.

Hat ein Dämpfungsglied (Snubber) aus Kondensator und Widerstand eine
Chance, die Schwingung zu unterdrĂźcken, wenn es passend ausgelegt ist?
Wenn ja, wie finde ich die passende Kombination aus Widerstand und
Kondensator?

Ist die Technik mit dem Opamp plus Leistungsbaustein Ăźberhaupt die in
solchen Fällen empfohlene Technik?

Hallo,

als Alternative fällt mir nur die Kombination von Opamp plus mehreren
Leistungsbausteinen parallel ein, allerdings mit den Ăźblichen Problemen
der gleichmässigen Aufteilung des Stromes.

Bei 200 A im Linearbetrieb stelle ich mir die KĂźhlung des IGBT
problematisch vor.

Bye

 

[Bernd Mayer]

Am 24.07.2013 12:04, schrieb Kai-Martin Knaak:

Moin.

Hier basteln wir gerade an einer Ansteuerung eines IGBT herum. Anders als
meistens soll in diesem Fall der IGBT nicht geschaltet, sondern im
(halbwegs) linearen Betrieb seinen Dienst tun. Dies aber mĂśglichst
schnell. Idealerweise in scharfen Stufen, zwischen denen der Betrieb
konstant ist. Hinter dem IGBT hängt als Last eine einigermaßen fette Spule
mit etwa 300 µH Induktivität und der Mglichkeit 200 A Strom fließen zu
lassen. Der IGBT wird natĂźrlich mit einem passend dimensionierten Varistor
geschĂźtzt. Letztlich geht es um das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Im Moment versuchen wir es mit einer Kombination von Opamp und einem
Treiber, so wie in Fig. 4 des Datenblatts zum BUF634 vorgeschlagen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/buf634.pdf

Allerdings gibt es deutliche Schwing-Probleme (die nach etwa fĂźnf Perioden
abklingen). Frequenz ist etwa 38 kHz.

Hat ein Dämpfungsglied (Snubber) aus Kondensator und Widerstand eine
Chance, die Schwingung zu unterdrĂźcken, wenn es passend ausgelegt ist?
Wenn ja, wie finde ich die passende Kombination aus Widerstand und
Kondensator?

Hallo,

mit einem Snubber kann man Effekte erster Ordnung minimieren die
Kombination aus Snubber und Spule ist dann annähernd rein ohmsch.
FĂźr den Widerstandswert nimmt man optimalerweise den DC-Widerstand der
Spule und der Kondensator errechnet sich nach der Formel C=L/R².
R ist der Ersatzwiderstand der Spule und L die Induktivität.
Die Gesamtschaltung hat dann in erster Näherung keine ausgeprägte
Resonanz. Weil das Ersatzschaltbild von Spule und auch Kondensator eine
Idealisierung ist bleiben dann noch Effekte hĂśherer Ordnung.

Experimentelle Bestimmung der Bauteilwerte ist auch mĂśglich man beginnt
dann mit vorhandenen Bauteilen ähnlicher GrÜssenordnung und kann dann
schnell die Wirkung sehen. Dabei ändert sich der Q-Faktor und die
Resonanzfrequenz.

Die Snubberbauteile mĂźssen dann auch fĂźr die Leistung dimensioniert
werden. Man kann auch versuchen hÜhere Widerstände zu verwenden um die
Verlustleistung zu minimieren.

Mit kleineren Leistungen hatte ich dazu mal Messungen gemacht und gute
Erfolge erzielt bei analoger Ansteuerung von Induktivitäten (u.A.
Galvanometerscanner).


Bernd Mayer

 

[Joerg]

Kai-Martin Knaak wrote:

Moin.

Hier basteln wir gerade an einer Ansteuerung eines IGBT herum. Anders als
meistens soll in diesem Fall der IGBT nicht geschaltet, sondern im
(halbwegs) linearen Betrieb seinen Dienst tun. Dies aber mĂśglichst
schnell.

IGBT und "schnell" koennte ein Problem werden. Wieviel ist "schnell"?
Warum nicht MOSFETs?

... Idealerweise in scharfen Stufen, zwischen denen der Betrieb
konstant ist. Hinter dem IGBT hängt als Last eine einigermaßen fette Spule
mit etwa 300 µH Induktivität und der Mglichkeit 200 A Strom fließen zu
lassen. Der IGBT wird natĂźrlich mit einem passend dimensionierten Varistor
geschĂźtzt. Letztlich geht es um das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Im Moment versuchen wir es mit einer Kombination von Opamp und einem
Treiber, so wie in Fig. 4 des Datenblatts zum BUF634 vorgeschlagen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/buf634.pdf

Kannst Du den ganze Schaltplan zeigen? Vor allem wie der Opamp das
linearisiert.

Allerdings gibt es deutliche Schwing-Probleme (die nach etwa fĂźnf Perioden
abklingen). Frequenz ist etwa 38 kHz.

Ist 38kHz die Frequenz der fuenf Zyklen? An der dicken Spule gemessen?
Wie sieht es dabei am Gate aus?

Hat ein Dämpfungsglied (Snubber) aus Kondensator und Widerstand eine
Chance, die Schwingung zu unterdrĂźcken, wenn es passend ausgelegt ist?
Wenn ja, wie finde ich die passende Kombination aus Widerstand und
Kondensator?

Bernd hat ja schon was zu geschrieben. Die McGyver Methode waere, den
Kondensator soweit zu vergroessern, bis die Auschwingzyklen doppelt so
lang wie ohne Snubber sind. Dann den Widerstand anpassen bis die
Schwingung weg ist. Wird hier beschrieben:

focus.ti.com/lit/an/slup100/slup100.pdf

Allerdings sollte man erst die Ursachen dieser Ausschwinger untersuchen,
sehen ob sie sich nicht anderweitig vermeiden oder verringern lassen.
Ein Snubber heizt gut Energie ab und manchmal muss das nicht sein.

Ist die Technik mit dem Opamp plus Leistungsbaustein Ăźberhaupt die in
solchen Fällen empfohlene Technik?

Das schon, aber mit IGBT vermutlich eher nicht. Schwer zu sagen ohne
Euer Schaltbild.

Wird denn auch die Forward-Bias SOA beim IGBT eingehalten?

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

 

[Marte Schwarz]

Hallo Kai-Martin,

Hier basteln wir gerade an einer Ansteuerung eines IGBT herum. Anders als
meistens soll in diesem Fall der IGBT nicht geschaltet, sondern im
(halbwegs) linearen Betrieb seinen Dienst tun.

Wie glatt soll denn der Strom werden?

Dies aber mĂśglichst schnell.

Das sind unerfĂźllbare Forderungen. Es geht mit beliebig endlichem
Aufwand sicher noch schneller...

Idealerweise in scharfen Stufen,

Wie scharf?

zwischen denen der Betrieb konstant ist. Hinter dem IGBT hängt als Last eine einigermaßen fette Spule
mit etwa 300 ¾H Induktivität

Mit welchem Widerstand?

und der Möglichkeit 200 A Strom fließen zu lassen.

Geht die ab 200 A in die Sättigung, oder was begrenzt?

Der IGBT wird natĂźrlich mit einem passend dimensionierten Varistor
geschĂźtzt.

Varistoren sind oft zu langsam. IGBTs schĂźtzt man eher durch active
clamping.

Letztlich geht es um das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Das schon aus Prinzip nicht schnell geändert werden will.
Willst Du schnell ändern, brauchst Du viel Spannung. Das wiederum kostet
im Analogbetrieb VIEL Leistung. Ob die vom Die Ăźberhaupt abtransportiert
werden kĂśnnen muss man schon ĂźberprĂźfen. Am Maximalstrom der IGBTs
solltest Du Dich dann nicht orientieren.

Im Moment versuchen wir es mit einer Kombination von Opamp und einem
Treiber, so wie in Fig. 4 des Datenblatts zum BUF634 vorgeschlagen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/buf634.pdf

Kann man schon machen, IMHO wolltest Du aber doch eine Stromquelle
bauen, nicht eine Spannung, oder hab ich das falsch verstanden?
Bei einer Stromquelle wĂźrdest Du die Spule zwischen Kollektor und
Spannungsversorgung setzen und mit einem Emitter-Shunt-Widerstand den
Spannungsabfall auf den invertierenden Eingang des OPs zurĂźckfĂźhren. Am
nichtinvertierenden Eingang wĂźrdest Du die Steuerspannung vorgeben.

Hat ein Dämpfungsglied (Snubber) aus Kondensator und Widerstand eine
Chance, die Schwingung zu unterdrĂźcken, wenn es passend ausgelegt ist?

Ein Snubber soll ja SchaltĂźberspannungen begrenzen. Du willst es schnell
haben, was jetzt?

Mach mal Butter bei die Fische: Zahlen, Schaltung, Ziel der Veranstaltung.

Bis gleich

Marte

 

[Uwe Hercksen]

Kai-Martin Knaak schrieb:

Hier basteln wir gerade an einer Ansteuerung eines IGBT herum. Anders als
meistens soll in diesem Fall der IGBT nicht geschaltet, sondern im
(halbwegs) linearen Betrieb seinen Dienst tun. Dies aber mĂśglichst
schnell. Idealerweise in scharfen Stufen, zwischen denen der Betrieb
konstant ist. Hinter dem IGBT hängt als Last eine einigermaßen fette Spule
mit etwa 300 µH Induktivität und der Mglichkeit 200 A Strom fließen zu
lassen. Der IGBT wird natĂźrlich mit einem passend dimensionierten Varistor
geschĂźtzt. Letztlich geht es um das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Hallo,

wenn ihren den Strom in mÜglichst scharfen Stufen verändert treibt ihr
natĂźrlich eure Schaltung aus dem linearen Arbeitsbereich hinaus, das
kĂśnnte eure Schwing Probleme verursachen. Wenn eurer Netzteil nicht mehr
Spannung liefern kann um den Strom schnell zu ändern seit ihr sowieso
schon am Anschlag mit der Geschwindigkeit der Änderung und der IGBT und
seine Ansteuerung kann daran nichts mehr ändern.

Probiert doch mal ob ihr bei der Änderung in Rampen einstellbarer
Steigung auch noch ein Schwing Problem habt.

Bye

 

[Rolf Bombach]

Bernd Mayer schrieb:

mit einem Snubber kann man Effekte erster Ordnung minimieren die Kombination aus Snubber und Spule ist dann annähernd rein ohmsch.
Fßr den Widerstandswert nimmt man optimalerweise den DC-Widerstand der Spule und der Kondensator errechnet sich nach der Formel C=L/R².
R ist der Ersatzwiderstand der Spule und L die Induktivität.
Die Gesamtschaltung hat dann in erster Näherung keine ausgeprägte Resonanz. Weil das Ersatzschaltbild von Spule und auch Kondensator eine Idealisierung ist
bleiben dann noch Effekte hĂśherer Ordnung.

FĂźr Historiker:
British patent Specification No: 462530 (1935), Alan Dower Blumlein
http://www.doramusic.com/patents/462530.htm
(Leider ohne Figures)
Die Formel war natĂźrlich schon lange bekannt, aber die Anwendung
als Snubber gilt als Erfindung.

--
mfg Rolf Bombach