IGBT für Analoganwendung

Für ein experimetielles Projekt möchte ich kurze Sinusschwingungspakete
im Bereich +/- 100-300V und 40-90 Hz erzeugen. Ausgangsströme könnten
30A erreichen. Als Anlehnung an die Ausgangsstufen von Frequenzumrichtern
habe ich hier an die Realisierung mit IGBT-Brücken gedacht. In FUs wird
jedoch mit PWM ein Sinussignal in Verbindung mit der Motorinduktivität
generiert. Dieses Verfahren scheidet auf Grund der geforderten EMV aus,
so dass ich die IGBT (so ich diese nehme) analog betreiben will. Die
Verlustleistung ist zwar dabei enorm, jedoch sollen die Pakete nur 30-100ms
betragen und die Abstände sind Minuten bis Stunden. Nun meine Frage;
gibt es hier im Forum Erfahrungen mit den linearen Betrieb von IGBT?
VG Micha

Ich hab meinen selbstgestarteten Tread nochmal "hochgeholt". Ich hoffe,
es wird mir nicht übelgenmmen. Obwohl eine Info zu dieser Thematik für
mich sehr wertvoll wäre, glaube ich, dass im Roboterbau möglicherweise,
nicht mit derartigen Bauelementen gearbeitet wird, da bisher überhaupt kein
Feedback kam. Speicherplatz will ich natürlich nicht verschwenden und wäre
daher nicht böse, wenn die Moderation den Tread löscht, falls in der ersten
Maiwoche noch kein Feedback erfolgt ist. Viele Grüße und ein schönes
Feiertagswochenende. Micha

Hallo Hardware.bas,

ich kenne mich aus beruflichen gründen ziehmlich gut mit Umrichtern aus. IGBT werden nach meiner Erfahrung nur zum (schnellen) ein und ausschalten verwendet also für Rechtecksignale. Du hattest ja schon selber erwähnt das bei einem Sinus die Verlustleistung doch sehr arg ist.
Als alternatives Bauteil würde mir für solche Ströme nur noch ein Thyristor einfallen, damit sollten doch Sinussignale möglich sein?
Bei MOSTETS bin ich mir nicht sicher ob es solche für deinen geplanten Einsatz gibt. Praktische Erfahrungen zum Betrieb einer Sinusschwingung mit IGBT habe ich aber leider nicht (noch nie getestet).

Vielleicht konnte ich dir ja ein klein wenig weiterhelfen.

MfG

Neutro

Vielen Dank, so uninteressant scheint das Thema ja doch nicht zu sein.
Getestet hatte ich bis jetzt das lineare Durchfahren mit einem
Analogoptokoppler und IGBTs vom Typ BUP 213 mit ca. 350V und
500mA Strom. Natürlich auch nur im Sekundenbereich, so daß sich
die IGBT kaum erwärmten. Für o.g. Aufgabenstellung möchte ich eine
Halbrücke (aus FU) nutzen (1200V/400A), deren Ptot ich zwar nicht
kenne, da in FUs ja geschaltet wird, die Gehäuseform jedoch eine
zulässige Ptot von einigen Watt erwarten lässt. Nun... der Burst soll
ja auch nur höchstens 100ms dauern und frühestens nach Minuten
wiederholt werden. Aus störtechnischen Gründen ist keine PWM, wie
in FUs erlaubt. Ich weiss, das Thema geht etwas am Gesamtinteresse
vorbei, für mich war es wichtig, eventuelle Erfahrungsberichte über
diese Betriebsart mal zu erfahren. VG Micha

Hmm, mir ist da noch was unklar was deine Anwendung betrifft:
Du möchtst ja einen Burst von ca 100ms erzeugen, soll der Burst den
Sinusförmig sein? Ist doch eher ungewöhnlich. Was genau willst du damit
schalten? bei der Spannung und dem Strom muss das ja schon fast eine
E Heizung oder sowas sein. Extrem wichtig ist aber das du ja immer nur den oberen oder den unteren IGBT schalten darfst. Beide gleichzeitig kommt ja nicht so gut, zumindest wenn du am oberen Collektor 350V hast und am unteren Emitter GND. Da musst du dir genau die Applikationen vom Hersteller anschauen, weil man das Gate das IGBT bei schnellen Schaltzyklen auch hardwaremäßig mit einer Schaltung aus Dioden und niederohmigen Widerständen entladen muss. Wie man sowas aber bei einem Sinus erreichen will weiss ich auch nicht. Die standart Treiber für IGBT Module von IR (IR2113 z.B) fallen ja auch schon aus weil die nach meiner Einschätzung nur Rechtecke schalten können.
Wenn du möchtest kann ich nächste Woche, wenn ich wieder in der Firma bin, ja bei unseren spezialisierten Ing. aus der Entwicklungsabteilung nachfragen.

Gruß

Neutro

Neutro: Vielen Dank für die kompetente Antwort. Es ist so, dass ich
soweit bin, dass die Schaltung mit etwas geringerem Strom auch
so funktioniert, wie ich mir das gedacht habe. Deshalb werde ich die
Frage einfach mal umformulieren:... Ist es möglich, bei IGBT-Blöcken
(1200V/400A) während ca. 60ms die VERLUSTLEISTUNGSHYPERBEL
zu schneiden, wenn der IGBT danach mindestens 5 Minuten "Ruhe" hat.
Eckdaten 350V (700Vss), max 60A. PWM wäre super, geht jedoch nicht,
da der Verbraucher keine Induktivität ist und die Zuleitung normales
unabgeschirmtes NYM-Kabel ist. Phasenverschiebung ist ausgeschlossen.
Mehr kenn ich von Projjekt nicht. VG Micha

Hallo!

@ hardware.bas

Ich konnte mir bisher dein Problem nicht genau vorstellen, deswegen ist meine Antwort rein theoretisch. "Nichts ist unmöglich" sagte mal Toyota... :)

Angeblich brauchst du nur einen Kühlkörper der als Wärmeakku dient. Ich habe mich bisher praktisch damit nicht beschäftigt, weiß aber, dass dafür am besten sich ein Kupferblock mit ausreichendem Volumen eignet, der die in der kurzen Zeit enstandene Wärme aufnehmen und danach langsam abgeben kann.

Das einzige Problem ist die enstandene Wärme in den Wärmeakku genug schnel zu übertragen damit die innere Temperatur von IGBT die zulässige (150°C ?) nicht überschritten wird. Für Abschätzung, ob es praktisch realisierbar ist, wären rth(j-c) und rth(c-s) entscheidend.

MfG

Vielen Dank für die Statements. Dann folgt nun der "harte" Test. Die
Ergebnisse werd ich dann hier kundtun. VG Micha

Vielen Dank für die Statements. Dann folgt nun der "harte" Test. Die
Ergebnisse werd ich dann hier kundtun. VG Micha

Hallo ich noch mal,

ich habe heute mal in unserer Entwicklungsabteilung den Ing. für IGBT Modulansteuerungen gefragt, ob deine Anwendung möglich ist. Er sagte nach relativ kurzer Überlegung das er sich das lieber "verkneifen" würde. Das Problem ist halt die Verlustleistung also Wärmebildung schnell genung in einen Kühlkörper abzuführen. Picture hatte ja auch schon was in dieser Richtung angedeutet. Warscheinlich würden die IGBTs den Hitzetod sterben.
Aber ich bin trotzdem auf deine eigenen Versuche und deren Ergebnisse
gespannt.

Gruß

Neutro

Das ist versprochen! Dauert jedoch noch ein paar Tage. Ich stelle mir vor -
erst der praktische Versuch wird die Tatsache offenlegen - daß der IGBT
sich so verhalten wird, wie mit hoher Schaltfrequenz, jedoch verschliffenen
Flanken. VG Micha

Die professionelle Methode wäre wohl, das mit der thermischen Impedanz (gibt's nicht in jedem Datenblatt...) auszurechnen.

Beispiel: http://www.farnell.com/datasheets/83061.pdf, Figure 3

Bei tp=0,1s und duty-cycle=0,01 bist du bei ca. 1,2 K/W.

300V * 30 Ampere sind 9 kW, angenommener Wirkungsgrad 78% macht 2,5 kW Verlustleistung.

1,2 K/W * 2,5 kW = 3000 K. => viel zu viel.

Vielen Dank erstmal für die vielen Hinweise. Bisher hatte ich noch keine
Funktionsprobleme mit meiner Testschaltung, allerdings lief sie auch
noch nicht "hardcore". Mein zweites "Problem" ist die Nutzung zweier
IGBT als TRIAC-Ersatz, um die parasitären Zundungen zu vermeiden.
Dazu schalte ich 2 einzelne IGBT mit integrierter Paralleldiode antiseriell.
Probleme konnte ich auch noch nicht feststellen, meine Frage lautet
jedoch, ob die integrierten Paralleldioden perspektivisch für Funktions-
zwecke genutzt werden können mit dem vollen Schaltstrom des
eigentlichen IGBT? VG Micha