Timing HV-Schalter mit H-BrĂźcke

[Holger Schieferdecker]

Hallo,

für folgende Halbbrückenmodule muß ich eine Ansteuerung entwerfen.

https://www.microsemi.com/existing-parts/parts/49440

Die Anforderungen sind folgende:

- Schaltfrequenz 5 MHz max.
- geschaltet wird eine kapazitive Last (Pockels-Zelle)
- zu schaltende Spannung ist 300-500 V
- 1 TTL-Signal

Da die Brßcke nur umschalten soll, wird eine Hälfte mit dem FN-Pin so
konfiguriert, daß sie das Steuersignal intern invertiert.

Die Steuersignale fßr die beiden Hälften mßssen ja galvanisch isoliert
werden. Da mache ich mir nun Sorgen, ob durch diese Isolierung eine
Laufzeitverzögerung entstehen kann, die dazu führt, daß kurzzeitig ein
Kurzschluß über das ganze Modul entsteht (beide Hälften leiten).

Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich im
Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier Bauteile
zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen darf.
Habt ihr da Erfahrungen?

Im Design Guide des DRF1400 sind Gleichtaktdrosseln sowohl im isolierten
Signalpfad als auch in der isolierten Versorgungsspannung erwähnt. Ist
das bei Verwendung des ISO721 und eines DCDC-Wandlers noch notwendig?

Gibt es sonst noch Hinweise, was zu beachten wäre?

Vielen Dank,
Holger

 

[Michael S.]

Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen darf.
Habt ihr da Erfahrungen?

Die Kapazität Primär/Sekundär beträgt bis zu 300pF. Bist Du sicher, dass
Du damit klar kommst?

--
Michael

 

Hallo Holger,

Erfahrungen nicht, da gelten die Normen

Zum Isolator:
Meines Erachtens (aus dem Gedächnis) brauchst du bei einer
Leiter-Erde Spannung von 230V 5,5 mm Kriechstrecke, das wird mit SO8 knapp.
Vermutlich ist auch reinforced Insulation gefordert.
3KV / 1 Minute, working Voltage 300V.
Zur Spannungsversorgung sagst Du ja leider nicht ob es Netz ist.
Ich bezweifle auch dass es ohne Totzeit geht, das Einschalten geht zwar
schnell, aber das Ausschalten der BrĂźcke dauert.
Nachrechnen, statt Taschenrechner geht das gut mit den Digital devices von
LTSpice.
DC/DC Wandler:
Wenn es so ist wie oben beschrieben hat Traco nix, schau mal bei Recom.
Gruß
Michael

Am Montag, 18. November 2019 16:15:46 UTC+1 schrieb Holger Schieferdecker:

Hallo,

für folgende Halbbrückenmodule muß ich eine Ansteuerung entwerfen.

https://www.microsemi.com/existing-parts/parts/49440

Die Anforderungen sind folgende:

- Schaltfrequenz 5 MHz max.
- geschaltet wird eine kapazitive Last (Pockels-Zelle)
- zu schaltende Spannung ist 300-500 V
- 1 TTL-Signal

Da die Brßcke nur umschalten soll, wird eine Hälfte mit dem FN-Pin so
konfiguriert, daß sie das Steuersignal intern invertiert.

Die Steuersignale fßr die beiden Hälften mßssen ja galvanisch isoliert
werden. Da mache ich mir nun Sorgen, ob durch diese Isolierung eine
Laufzeitverzögerung entstehen kann, die dazu führt, daß kurzzeitig ein
Kurzschluß über das ganze Modul entsteht (beide Hälften leiten).

Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich im
Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier Bauteile
zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen darf.
Habt ihr da Erfahrungen?

Im Design Guide des DRF1400 sind Gleichtaktdrosseln sowohl im isolierten
Signalpfad als auch in der isolierten Versorgungsspannung erwähnt. Ist
das bei Verwendung des ISO721 und eines DCDC-Wandlers noch notwendig?

Gibt es sonst noch Hinweise, was zu beachten wäre?

Vielen Dank,
Holger

 

[Klaus Bahner]

On 18-11-2019 16:10, Holger Schieferdecker wrote:

Hallo,

[snip]

Zu Isolationsabstaenden, Totzeit usw haben die beiden Michael ja schon
alles gesagt.

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen darf.
Habt ihr da Erfahrungen?

Guck dir mal Murata NMS-Series DC/DC Wandler an. Die haben mit Abstand
die niedrigste kapazitive Kopplung zwischen Eingang und Ausgang. Und ich
habe einen dauerhaft erfolgreich mit ca. 2kV Potentialdifferenz
betrieben. (Nach UL ist der aber nur fuer 300/150 Vrms gut)

Gruss
Klaus

 

[Markus Faust]

Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:

Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich im
Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier Bauteile
zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Hallo Holger,

beachte auch den Wert CMTI (Common Mode Transient Immunity) im Datenblatt.

Schau Dir auch mal Silabs Si86xx an.

Grüße,
Markus

 

[Holger Schieferdecker]

Am 18.11.2019 um 16:23 schrieb Michael S.:

Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen
darf. Habt ihr da Erfahrungen?

Die Kapazität Primär/Sekundär beträgt bis zu 300pF. Bist Du sicher, dass
Du damit klar kommst?

Sicher bin ich bei dem Projekt noch bei gar nichts

Nun bin ich auf den THM 10 von Traco gestoßen, der liegt deutlich
niedriger mit 12 pF typ., 17 pF max.

Isolationsspannung ist 5000 VAC, Working Voltage 250 VAC. Sollte schon
mal deutlich besser geeignet sein. Ob es reicht, keine Ahnung.

Holger

 

[Holger Schieferdecker]

Am 18.11.2019 um 21:33 schrieb Klaus Bahner:

On 18-11-2019 16:10, Holger Schieferdecker wrote:
Hallo,

[snip]

Zu Isolationsabstaenden, Totzeit usw haben die beiden Michael ja schon
alles gesagt.

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen
darf. Habt ihr da Erfahrungen?

Guck dir mal Murata NMS-Series DC/DC Wandler an. Die haben mit Abstand
die niedrigste kapazitive Kopplung zwischen Eingang und Ausgang. Und ich
habe einen dauerhaft erfolgreich mit ca. 2kV Potentialdifferenz
betrieben. (Nach UL ist der aber nur fuer 300/150 Vrms gut)

Die kapazitive Kopplung ist in der Tat echt gering, aber die NMS-Serie
schafft leider nicht den Strom, den ich im Mittel brauche. Nach der
Abschätzung im Design Guide sind das nämlich 440 mA bei 12 V und 5 MHz.

Bei Murata habe ich aber sonst nichts gefunden, was den Strom bei
ebenfalls hoher Isolationsspannung liefern kann.

Trotzdem danke,
Holger

 

[Holger Schieferdecker]

Am 19.11.2019 um 07:47 schrieb Markus Faust:

Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:
Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich
im Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier
Bauteile zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Hallo Holger,

beachte auch den Wert CMTI (Common Mode Transient Immunity) im Datenblatt.

Ist bei beiden nicht so verschieden, typ. 50 kV/Âľs, min. 25 vs. 35 kV/Âľs.

Kann man das eigentlich skalieren?

Angenommen die Brßcke schaltet 500 V in 3 ns, das wären dann 166 V/ns.
Tolerabel wären bei 50 kV/¾s umgerechnet 50 V/ns.

Dann wäre es wohl anzuraten, die im Design-Guide des DRF1400 angegebenen
Drosseln einzusetzen.

> Schau Dir auch mal Silabs Si86xx an.

Danke, den gibt es auch als Wide Body SOIC mit 5 kV Isolation Rating.
Ist sicher die bessere Wahl, zudem noch etwas gĂźnstiger.

Holger

 

Hallo Holger,
Traco hat inzwischen doch was.
Sorry.
Michael

Am Dienstag, 19. November 2019 13:32:52 UTC+1 schrieb Holger Schieferdecker:

Am 18.11.2019 um 16:23 schrieb Michael S.:
Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen
darf. Habt ihr da Erfahrungen?

Die Kapazität Primär/Sekundär beträgt bis zu 300pF. Bist Du sicher, dass
Du damit klar kommst?

Sicher bin ich bei dem Projekt noch bei gar nichts

Nun bin ich auf den THM 10 von Traco gestoßen, der liegt deutlich
niedriger mit 12 pF typ., 17 pF max.

Isolationsspannung ist 5000 VAC, Working Voltage 250 VAC. Sollte schon
mal deutlich besser geeignet sein. Ob es reicht, keine Ahnung.

Holger

 

[Holger Schieferdecker]

Am 18.11.2019 um 18:19 schrieb michael.woestenfeld@gmail.com:

Hallo Holger,

Erfahrungen nicht, da gelten die Normen

Zum Isolator:
Meines Erachtens (aus dem Gedächnis) brauchst du bei einer
Leiter-Erde Spannung von 230V 5,5 mm Kriechstrecke, das wird mit SO8 knapp.
Vermutlich ist auch reinforced Insulation gefordert.
3KV / 1 Minute, working Voltage 300V.

Der SI8610 (wie von Markus vorgeschlagen) hat im Wide SOIC-16 package
8,0 mm Kriechstrecke, Max. Working Insulation Voltage 1200 V. Ist sicher
die bessere Wahl.

> Zur Spannungsversorgung sagst Du ja leider nicht ob es Netz ist.

Was meinst Du genau mit Netz? Die Hochspannung kommt von einem
kommerziellen Netzteil mit max. 600 VDC Ausgang. Auf der Ansteuerplatine
wird es ansonsten keine 230 V Netzspannung geben.

Ich bezweifle auch dass es ohne Totzeit geht, das Einschalten geht zwar
schnell, aber das Ausschalten der BrĂźcke dauert.

Stimmt, das Ausschalten ist verheerend langsam. Wie die im Datenblatt
angegebenen max. 30 MHz Schaltfrequenz und die ebenso angegebene
Toff=45..49 ns zusammenpassen, ist mir nicht ganz klar.

Als Verzögerungsglied bin ich auf DS1100 von Maxim gestoßen. Das gibt es
mit verschiedenen Zeiten, wobei 5 Ausgänge mit gleichen Delay-Abständen
zur Verfßgung stehen. Dann kann ich später nachmessen und den passenden
Ausgang zuschalten. Sollte das bei einigen 10 ns mit einer DrahtbrĂźcke
noch funktionieren?

Nachrechnen, statt Taschenrechner geht das gut mit den Digital devices von
LTSpice.

Sorry, wie meinst Du das? Die Schaltzeiten simulieren? Mit Digital
Devices habe ich in LTspice noch nichts gemacht.

Holger

DC/DC Wandler:
Wenn es so ist wie oben beschrieben hat Traco nix, schau mal bei Recom.
Gruß
Michael

Am Montag, 18. November 2019 16:15:46 UTC+1 schrieb Holger Schieferdecker:
Hallo,

für folgende Halbbrückenmodule muß ich eine Ansteuerung entwerfen.

https://www.microsemi.com/existing-parts/parts/49440

Die Anforderungen sind folgende:

- Schaltfrequenz 5 MHz max.
- geschaltet wird eine kapazitive Last (Pockels-Zelle)
- zu schaltende Spannung ist 300-500 V
- 1 TTL-Signal

Da die Brßcke nur umschalten soll, wird eine Hälfte mit dem FN-Pin so
konfiguriert, daß sie das Steuersignal intern invertiert.

Die Steuersignale fßr die beiden Hälften mßssen ja galvanisch isoliert
werden. Da mache ich mir nun Sorgen, ob durch diese Isolierung eine
Laufzeitverzögerung entstehen kann, die dazu führt, daß kurzzeitig ein
Kurzschluß über das ganze Modul entsteht (beide Hälften leiten).

Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich im
Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier Bauteile
zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen darf.
Habt ihr da Erfahrungen?

Im Design Guide des DRF1400 sind Gleichtaktdrosseln sowohl im isolierten
Signalpfad als auch in der isolierten Versorgungsspannung erwähnt. Ist
das bei Verwendung des ISO721 und eines DCDC-Wandlers noch notwendig?

Gibt es sonst noch Hinweise, was zu beachten wäre?

Vielen Dank,
Holger

 

[Michael S.]

Am 19.11.2019 um 13:15 schrieb Holger Schieferdecker:

Am 19.11.2019 um 07:47 schrieb Markus Faust:
Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:
Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich
im Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier
Bauteile zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Hallo Holger,

beachte auch den Wert CMTI (Common Mode Transient Immunity) im
Datenblatt.

Ist bei beiden nicht so verschieden, typ. 50 kV/Âľs, min. 25 vs. 35 kV/Âľs.

Kann man das eigentlich skalieren?

Angenommen die Brßcke schaltet 500 V in 3 ns, das wären dann 166 V/ns.
Tolerabel wären bei 50 kV/¾s umgerechnet 50 V/ns.

Aus Erfahrung kann ich dazu folgendes berichten:
Diese Isolatoren arbeiten intern mit einem RS-Flip-Flop auf der
Sekundärseite. Es werden also nur Änderungen, keine Zustände übertragen.
Mit einer relativ geringen Wiederholrate wird auch ein statischer
Zustand Ăźbertragen, falls doch mal was kippen sollte. Das steht nicht
bei allen ISOs gescheit im Datenblatt.
Wir hatten immer dann Probleme, wenn eine HV-Schaltflanke genau auf eine
Signalflanke im ISO gefallen ist. Dann konnte es sein, das das Set oder
Reset-Signal nicht Ăźbertragen wurde und der Ausgang fĂźr einige
Microsekunden auf dem falschen Zustand hing. Das ging damals auch schon
deutlich unter 50kV/Âľs los, obwohl 50kV/Âľs spezifiziert waren.

Es kann sein, dass Deine Anwendung hier aber relativ unkritisch ist, da
die hohen DU/dt ja zeitlich immer hinter den ISO-Flanken liegen. Das
muss man sich aber genau anschauen, zusammen mit der Dead-Time kĂśnnte
das dann doch wieder Probleme machen.

--
Michael

 

Hallo Holger

Am Dienstag, 19. November 2019 13:50:00 UTC+1 schrieb Holger Schieferdecker:

Am 18.11.2019 um 18:19 schrieb michael.woestenfeld@gmail.com:
Hallo Holger,

Erfahrungen nicht, da gelten die Normen

Zum Isolator:
Meines Erachtens (aus dem Gedächnis) brauchst du bei einer
Leiter-Erde Spannung von 230V 5,5 mm Kriechstrecke, das wird mit SO8 knapp.
Vermutlich ist auch reinforced Insulation gefordert.
3KV / 1 Minute, working Voltage 300V.

Der SI8610 (wie von Markus vorgeschlagen) hat im Wide SOIC-16 package
8,0 mm Kriechstrecke, Max. Working Insulation Voltage 1200 V. Ist sicher
die bessere Wahl.

Sehe ich auch so.

Zur Spannungsversorgung sagst Du ja leider nicht ob es Netz ist.

Was meinst Du genau mit Netz? Die Hochspannung kommt von einem
kommerziellen Netzteil mit max. 600 VDC Ausgang. Auf der Ansteuerplatine
wird es ansonsten keine 230 V Netzspannung geben.

Zur Abschätzung der Kriechstrecken und der Isolationsspannung,
bei Netzbetrieb geht da die Leiterspannung mit ein.
Ist jetzt aber uninteressant.
Kriechstrecke bei 700VDC + nach - 4mm.
Zu der Logikschaltung 5,5mm.

Ich bezweifle auch dass es ohne Totzeit geht, das Einschalten geht zwar
schnell, aber das Ausschalten der BrĂźcke dauert.

Stimmt, das Ausschalten ist verheerend langsam. Wie die im Datenblatt
angegebenen max. 30 MHz Schaltfrequenz und die ebenso angegebene
Toff=45..49 ns zusammenpassen, ist mir nicht ganz klar.

Als Verzögerungsglied bin ich auf DS1100 von Maxim gestoßen. Das gibt es
mit verschiedenen Zeiten, wobei 5 Ausgänge mit gleichen Delay-Abständen
zur Verfßgung stehen. Dann kann ich später nachmessen und den passenden
Ausgang zuschalten. Sollte das bei einigen 10 ns mit einer DrahtbrĂźcke
noch funktionieren?

Du hast etwa 15 - 20cm / Nanosekunde auf einer Leiterplatte.
Sollte gehen.
Wenn du einen passend hohen Takt zur VerfĂźgung hast
geht das auch gut mit Schieberegistern, z.B. 74AC164.

Nachrechnen, statt Taschenrechner geht das gut mit den Digital devices von
LTSpice.

Sorry, wie meinst Du das? Die Schaltzeiten simulieren? Mit Digital
Devices habe ich in LTspice noch nichts gemacht.

Die Digital ("A") Devices in LTSpice lassen sich umfassend parametrieren.
Delay, Risetime, Falltime etc.
Damit kann man die Schaltung prima aufbauen und am Ende H- und L-Ansteuerung
Übereinanderlegen uns schauen, ob man noch Luft hat oder nicht.
http://ltwiki.org/LTspiceHelp/LTspiceHelp/A_Special_functions_.htm

Michael

Holger


DC/DC Wandler:
Wenn es so ist wie oben beschrieben hat Traco nix, schau mal bei Recom.
Gruß
Michael

Am Montag, 18. November 2019 16:15:46 UTC+1 schrieb Holger Schieferdecker:
Hallo,

für folgende Halbbrückenmodule muß ich eine Ansteuerung entwerfen.

https://www.microsemi.com/existing-parts/parts/49440

Die Anforderungen sind folgende:

- Schaltfrequenz 5 MHz max.
- geschaltet wird eine kapazitive Last (Pockels-Zelle)
- zu schaltende Spannung ist 300-500 V
- 1 TTL-Signal

Da die Brßcke nur umschalten soll, wird eine Hälfte mit dem FN-Pin so
konfiguriert, daß sie das Steuersignal intern invertiert.

Die Steuersignale fßr die beiden Hälften mßssen ja galvanisch isoliert
werden. Da mache ich mir nun Sorgen, ob durch diese Isolierung eine
Laufzeitverzögerung entstehen kann, die dazu führt, daß kurzzeitig ein
Kurzschluß über das ganze Modul entsteht (beide Hälften leiten).

Als Isolator hatte ich zunächst einen ADUM2400 im Auge. Da finde ich im
Datenblatt aber keine Angabe Ăźber die Delay-Verteilung zweier Bauteile
zueinander.

Nun bin ich auf den ISO721 gestoßen. Da ist ein Part-to-part skew von
maximal 3 ns angegeben. Das sollte doch ausreichend sein, oder?

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen darf..
Habt ihr da Erfahrungen?

Im Design Guide des DRF1400 sind Gleichtaktdrosseln sowohl im isolierten
Signalpfad als auch in der isolierten Versorgungsspannung erwähnt.. Ist
das bei Verwendung des ISO721 und eines DCDC-Wandlers noch notwendig?

Gibt es sonst noch Hinweise, was zu beachten wäre?

Vielen Dank,
Holger

 

[Michael S.]

Am 19.11.2019 um 13:27 schrieb Holger Schieferdecker:

Am 18.11.2019 um 16:23 schrieb Michael S.:
Am 18.11.2019 um 16:10 schrieb Holger Schieferdecker:

Die isolierte Versorgung soll mit einem DCDC-Wandler (etwa Traco TEN
8-1212) realisiert werden. Leider steht im Datenblatt nicht, welche
Differenzspannung zwischen Eingang und Ausgang dauerhaft anliegen
darf. Habt ihr da Erfahrungen?

Die Kapazität Primär/Sekundär beträgt bis zu 300pF. Bist Du sicher, dass
Du damit klar kommst?

Sicher bin ich bei dem Projekt noch bei gar nichts

Nun bin ich auf den THM 10 von Traco gestoßen, der liegt deutlich
niedriger mit 12 pF typ., 17 pF max.

Isolationsspannung ist 5000 VAC, Working Voltage 250 VAC. Sollte schon
mal deutlich besser geeignet sein. Ob es reicht, keine Ahnung.

Mit welchen Spannungsgradienten rechnest denn Du auf der Hochvoltseite?

Daraus kannst Du dann auch abschätzen, welche Ströme in den 17pF fließen
kĂśnnen.
Da ist man schnell in Bereiche vorgestoßen, in denen auch Dein ISO721
mit seinen maximal erlaubten 50kV/Âľs Probleme macht (ich spreche aus
Erfahrung).

Der Traco ist geregelt. Du musst auch sicherstellen, dass diese Regelung
durch 5MHz-Ströme durch die Isolation nicht außer Tritt geraten kann. Im
Datenblatt gibt es keine Angabe zu den maximale erlaubten kV/Âľs.
IGBT-Driver steht als Anwendung drin, aber IGBT schaltet halt eher
gemächlich.

Eventuell macht es Sinn, das auf die altmodische Art mit Gate-Trafos zu
machen. Die sind auch sehr schnell, erfordern aber "altmodisches" Know
How. Billiger ist es alle mal.


--
Michael

 

[Markus Faust]

Am 19.11.2019 um 14:15 schrieb Michael S.:

Mit welchen Spannungsgradienten rechnest denn Du auf der Hochvoltseite?

[...]
Da ist man schnell in Bereiche vorgestoßen, in denen auch Dein ISO721
mit seinen maximal erlaubten 50kV/Âľs Probleme macht (ich spreche aus
Erfahrung).

Eben, so ging es uns vor 10 Jahren in der vorigen Firma auch, obwohl es
da "nur" um 140V und 384kHz ging (allerdings auch mit schnellen
Flanken). Wir haben dann mit verschiedenen Devices experimentiert und
sind letztendlich bei Si8410BB-D-IS gelandet.

Si86xxxT sind Ăźbrigens mit 60(min) / 100(typ) kV/Âľs angegeben.

Markus

 

[Holger Schieferdecker]

Am 19.11.2019 um 14:58 schrieb Markus Faust:

Am 19.11.2019 um 14:15 schrieb Michael S.:
Mit welchen Spannungsgradienten rechnest denn Du auf der Hochvoltseite?

[...]
Da ist man schnell in Bereiche vorgestoßen, in denen auch Dein ISO721
mit seinen maximal erlaubten 50kV/Âľs Probleme macht (ich spreche aus
Erfahrung).

Eben, so ging es uns vor 10 Jahren in der vorigen Firma auch, obwohl es
da "nur" um 140V und 384kHz ging (allerdings auch mit schnellen
Flanken). Wir haben dann mit verschiedenen Devices experimentiert und
sind letztendlich bei Si8410BB-D-IS gelandet.

Si86xxxT sind Ăźbrigens mit 60(min) / 100(typ) kV/Âľs angegeben.

Danke fĂźr den Hinweis, ist notiert.

Holger

 

[Holger Schieferdecker]

Am 19.11.2019 um 14:28 schrieb michael.woestenfeld@gmail.com:

Sorry, wie meinst Du das? Die Schaltzeiten simulieren? Mit Digital
Devices habe ich in LTspice noch nichts gemacht.

Die Digital ("A") Devices in LTSpice lassen sich umfassend parametrieren.
Delay, Risetime, Falltime etc.
Damit kann man die Schaltung prima aufbauen und am Ende H- und L-Ansteuerung
Übereinanderlegen uns schauen, ob man noch Luft hat oder nicht.
http://ltwiki.org/LTspiceHelp/LTspiceHelp/A_Special_functions_.htm

Danke, sehe ich mir mal genauer an.

Holger

 

[Holger Schieferdecker]

Am 19.11.2019 um 14:15 schrieb Michael S.:

Am 19.11.2019 um 13:27 schrieb Holger Schieferdecker:
Nun bin ich auf den THM 10 von Traco gestoßen, der liegt deutlich
niedriger mit 12 pF typ., 17 pF max.

Isolationsspannung ist 5000 VAC, Working Voltage 250 VAC. Sollte schon
mal deutlich besser geeignet sein. Ob es reicht, keine Ahnung.

Mit welchen Spannungsgradienten rechnest denn Du auf der Hochvoltseite?

Die maximal zulässige Drain Source Spannung des DRF1400 ist 500 V, mehr
werden es also nicht.

Im Datenblatt finden sich die Angaben
T_on=2..4 ns
T_off=45..49 ns

Worst Case ist dann also das Einschalten eines BrĂźckenteils. Ob das in
Realität so schnell geht, ist die andere Frage. Der Digitalisolator
SI86xx hat laut Datenblatt eine rise time von 2.5 ns. Das
VerzĂśgerungsglied, das ggf. noch dazukommt, hat eine rise time von 3 ns.
Ob das Signal von extern überhaupt so eine steile Flanke hat, weiß ich
nicht.

Wenn ich jetzt 500 V und 3 ns nehme, wären das 166 V/ns. Ist das zu grob
geschätzt?

Daraus kannst Du dann auch abschätzen, welche Ströme in den 17pF fließen
kĂśnnen.

Du meinst so eine Abschätzung wie hier?

https://www.quora.com/What-is-the-current-through-a-capacitor-of-an-AC-circuit-at-a-high-frequency

I=U/X_C

Da ist man schnell in Bereiche vorgestoßen, in denen auch Dein ISO721
mit seinen maximal erlaubten 50kV/Âľs Probleme macht (ich spreche aus
Erfahrung).

Der Traco ist geregelt. Du musst auch sicherstellen, dass diese Regelung
durch 5MHz-Ströme durch die Isolation nicht außer Tritt geraten kann. Im
Datenblatt gibt es keine Angabe zu den maximale erlaubten kV/Âľs.
IGBT-Driver steht als Anwendung drin, aber IGBT schaltet halt eher
gemächlich.

Im Design Guide des DRF1400 ist in Abbildung 50 auf Seite 23 ein
Beispiel, wie ein DCDC-Wandler vor diesen Transienten geschĂźtzt wird.

https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/123628-drf-series-design-guide

Dieser dort gezeigte SQ24T/S03150 hat laut seinem Datenblatt eine
Isolationsspannung von 2000 VDC und 230 pF, ist also nicht so gut wie
der THM 10.

Eventuell macht es Sinn, das auf die altmodische Art mit Gate-Trafos zu
machen. Die sind auch sehr schnell, erfordern aber "altmodisches" Know
How. Billiger ist es alle mal.

Das Problem dabei wäre wohl, daß mir das "altmodische" Know How fehlt...

Holger

 

[Michael S.]

Am 19.11.2019 um 16:21 schrieb Holger Schieferdecker:

Am 19.11.2019 um 14:15 schrieb Michael S.:
Am 19.11.2019 um 13:27 schrieb Holger Schieferdecker:
Nun bin ich auf den THM 10 von Traco gestoßen, der liegt deutlich
niedriger mit 12 pF typ., 17 pF max.

Isolationsspannung ist 5000 VAC, Working Voltage 250 VAC. Sollte schon
mal deutlich besser geeignet sein. Ob es reicht, keine Ahnung.

Mit welchen Spannungsgradienten rechnest denn Du auf der Hochvoltseite?

Die maximal zulässige Drain Source Spannung des DRF1400 ist 500 V, mehr
werden es also nicht.

Im Datenblatt finden sich die Angaben
T_on=2..4 ns
T_off=45..49 ns

Worst Case ist dann also das Einschalten eines BrĂźckenteils. Ob das in
Realität so schnell geht, ist die andere Frage. Der Digitalisolator
SI86xx hat laut Datenblatt eine rise time von 2.5 ns. Das
VerzĂśgerungsglied, das ggf. noch dazukommt, hat eine rise time von 3 ns.
Ob das Signal von extern überhaupt so eine steile Flanke hat, weiß ich
nicht.

Wenn ich jetzt 500 V und 3 ns nehme, wären das 166 V/ns. Ist das zu grob
geschätzt?

Passt ungefähr. Hängt aber stark von der Last und der Leitungslänge
dahin ab. Du bist ja Kapazitiv unterwegs. Da wird das ganze eher
langsamer. DafĂźr hast Du riesige Peak-StrĂśme.

Mach Dich auf massives Klingeln gefasst. Die Leitungen zur Pockels-Zelle
sind sicher länger als 1cm, oder?

Daraus kannst Du dann auch abschätzen, welche Ströme in den 17pF fließen
kĂśnnen.

Du meinst so eine Abschätzung wie hier?

https://www.quora.com/What-is-the-current-through-a-capacitor-of-an-AC-circuit-at-a-high-frequency


I=U/X_C

Oder halt ganz einfach: bei 100kV/Âľs

I = C*dU/dt = 17pF * 100kV/1Âľs = 1,7A

RMS usw. Ăźberlasse ich Dir. Ist mit LTSpice schnell gemacht, wenn man
wie ich Mathe nicht so mag.

Da ist man schnell in Bereiche vorgestoßen, in denen auch Dein ISO721
mit seinen maximal erlaubten 50kV/Âľs Probleme macht (ich spreche aus
Erfahrung).

Der Traco ist geregelt. Du musst auch sicherstellen, dass diese Regelung
durch 5MHz-Ströme durch die Isolation nicht außer Tritt geraten kann. Im
Datenblatt gibt es keine Angabe zu den maximale erlaubten kV/Âľs.
IGBT-Driver steht als Anwendung drin, aber IGBT schaltet halt eher
gemächlich.

Im Design Guide des DRF1400 ist in Abbildung 50 auf Seite 23 ein
Beispiel, wie ein DCDC-Wandler vor diesen Transienten geschĂźtzt wird.

Habe ich mir jetzt nicht angeschaut, vermutlich Seriendrossel.
Spannungsfestigkeit und vor allem auch parasitäre Kapazität und
Eigenresonanzfrequenz dieser Drosseln beachten.

Eventuell macht es Sinn, das auf die altmodische Art mit Gate-Trafos zu
machen. Die sind auch sehr schnell, erfordern aber "altmodisches" Know
How. Billiger ist es alle mal.

Das Problem dabei wäre wohl, daß mir das "altmodische" Know How fehlt...

Ist keine Hexerei. Lässt sich auch gut simulieren. Kann aber sein, dass
das bei den Schaltgschwindigkeiten und Gate-StrĂśmen dann doch nicht mehr
geht. Man spart sich ein paar Probleme, hat aber dafĂźr andere.

Aber ich sehe gerade. Die BrĂźcke hat die Treiber schon integriert und
braucht eh ne Versorgung. Dann ist der Gate-Trafo eh vom Tisch.

--
Michael

 

[Holger Schieferdecker]

Am 19.11.2019 um 16:50 schrieb Michael S.:

Am 19.11.2019 um 16:21 schrieb Holger Schieferdecker:
Am 19.11.2019 um 14:15 schrieb Michael S.:
Am 19.11.2019 um 13:27 schrieb Holger Schieferdecker:
Nun bin ich auf den THM 10 von Traco gestoßen, der liegt deutlich
niedriger mit 12 pF typ., 17 pF max.

Isolationsspannung ist 5000 VAC, Working Voltage 250 VAC. Sollte schon
mal deutlich besser geeignet sein. Ob es reicht, keine Ahnung.

Mit welchen Spannungsgradienten rechnest denn Du auf der Hochvoltseite?

Die maximal zulässige Drain Source Spannung des DRF1400 ist 500 V,
mehr werden es also nicht.

Im Datenblatt finden sich die Angaben
T_on=2..4 ns
T_off=45..49 ns

Worst Case ist dann also das Einschalten eines BrĂźckenteils. Ob das in
Realität so schnell geht, ist die andere Frage. Der Digitalisolator
SI86xx hat laut Datenblatt eine rise time von 2.5 ns. Das
VerzĂśgerungsglied, das ggf. noch dazukommt, hat eine rise time von 3
ns. Ob das Signal von extern überhaupt so eine steile Flanke hat, weiß
ich nicht.

Wenn ich jetzt 500 V und 3 ns nehme, wären das 166 V/ns. Ist das zu
grob geschätzt?

Passt ungefähr. Hängt aber stark von der Last und der Leitungslänge
dahin ab. Du bist ja Kapazitiv unterwegs. Da wird das ganze eher
langsamer. DafĂźr hast Du riesige Peak-StrĂśme.

Ja, da sollte ich sowieso zwischen Netzteil und BrĂźcke passende
Widerstände vorsehen, ich dachte so an 20..50 Ohm. Damit wäre der
Peak-Strom auf 25..10 A begrenzt. Hier ist sowas an anderer Stelle auch
schon als kommerzielles Gerät im Einsatz (HTS31-GSM von Behlke). In
dessen Anleitung werden auch entsprechende Serienwiderstände zum
Netzteil empfohlen.

Mach Dich auf massives Klingeln gefasst. Die Leitungen zur Pockels-Zelle
sind sicher länger als 1cm, oder?

Ganz sicher. Selbst wenn die Steuerung bei der Zelle auf dem Labortisch
noch Platz haben wßrde (kann ich momentan nicht sagen), wären es
vermutlich bestimmt 50 cm, andernfalls evtl. deutlich mehr.

Daraus kannst Du dann auch abschätzen, welche Ströme in den 17pF fließen
kĂśnnen.

Du meinst so eine Abschätzung wie hier?

https://www.quora.com/What-is-the-current-through-a-capacitor-of-an-AC-circuit-at-a-high-frequency


I=U/X_C

Oder halt ganz einfach: bei 100kV/Âľs

I = C*dU/dt = 17pF * 100kV/1Âľs = 1,7A

RMS usw. Ăźberlasse ich Dir. Ist mit LTSpice schnell gemacht, wenn man
wie ich Mathe nicht so mag.

Stimmt, daran denke ich nicht immer. Mit den MĂśglichkeiten von LTspice
muß ich mich wohl auch noch mehr beschäftigen.

Da ist man schnell in Bereiche vorgestoßen, in denen auch Dein ISO721
mit seinen maximal erlaubten 50kV/Âľs Probleme macht (ich spreche aus
Erfahrung).

Der Traco ist geregelt. Du musst auch sicherstellen, dass diese Regelung
durch 5MHz-Ströme durch die Isolation nicht außer Tritt geraten kann. Im
Datenblatt gibt es keine Angabe zu den maximale erlaubten kV/Âľs.
IGBT-Driver steht als Anwendung drin, aber IGBT schaltet halt eher
gemächlich.

Im Design Guide des DRF1400 ist in Abbildung 50 auf Seite 23 ein
Beispiel, wie ein DCDC-Wandler vor diesen Transienten geschĂźtzt wird.

Habe ich mir jetzt nicht angeschaut, vermutlich Seriendrossel.
Spannungsfestigkeit und vor allem auch parasitäre Kapazität und
Eigenresonanzfrequenz dieser Drosseln beachten.

Nein, ist eine Gleichtaktdrossel.

Holger

 

[Michael S.]

Am 20.11.2019 um 13:11 schrieb Holger Schieferdecker:

Am 19.11.2019 um 16:50 schrieb Michael S.:

Passt ungefähr. Hängt aber stark von der Last und der Leitungslänge
dahin ab. Du bist ja Kapazitiv unterwegs. Da wird das ganze eher
langsamer. DafĂźr hast Du riesige Peak-StrĂśme.

Ja, da sollte ich sowieso zwischen Netzteil und BrĂźcke passende
Widerstände vorsehen, ich dachte so an 20..50 Ohm. Damit wäre der
Peak-Strom auf 25..10 A begrenzt.

Diese Widerstände sind in Reihe zur Pockels-Zelle direkt am Ausgang der
BrĂźcke sicher besser aufgehoben. Vor allem reduzieren sie das Klingeln
massiv.
Über die Brücke kommt ja eh ein Abblock-Kondensator hin, oder?

Mit welchen Kapazitätswerten der Pockels-Zelle muss man denn rechnen?

Hier ist sowas an anderer Stelle auch
schon als kommerzielles Gerät im Einsatz (HTS31-GSM von Behlke). In
dessen Anleitung werden auch entsprechende Serienwiderstände zum
Netzteil empfohlen.

Mach Dich auf massives Klingeln gefasst. Die Leitungen zur Pockels-Zelle
sind sicher länger als 1cm, oder?

Ganz sicher. Selbst wenn die Steuerung bei der Zelle auf dem Labortisch
noch Platz haben wßrde (kann ich momentan nicht sagen), wären es
vermutlich bestimmt 50 cm, andernfalls evtl. deutlich mehr.

Oh, das wird lustig. Da fangen dann Reflektionen an, eine Rolle zu
spielen. Serienwiderstände am Brßckenausgang kÜnnen da durchaus Sinn
machen, oder halt gleich langsamer schalten.

Habe ich mir jetzt nicht angeschaut, vermutlich Seriendrossel.
Spannungsfestigkeit und vor allem auch parasitäre Kapazität und
Eigenresonanzfrequenz dieser Drosseln beachten.

Nein, ist eine Gleichtaktdrossel.

Hat aber potentiell die gleichen Probleme, wenn sie falsch ausgelegt wurde.


--
Michael