DC resitieve chopper zonder afvlakking, hulp en meningen gewenst

Beste

De bedoeling van deze opstelling is dat ik een continu regelbare AC resisiteve belasting bouw die bij 230 volt regelbaar is tussen 0 en 16 A. Aangezien de power-factor aan AC zijde zo goed als 1 moet zijn wil ik dit realiseren door een vorm van sine-wave dimming toe te passen op één weerstand. Aangezien in de meeste gevallen dit een H-brug vereist kwam ik op het idee om op deze belasting te gaan hakken in een DC netwerk. (basically wat je met een reotor doet, maar dan de digitaal aangestuurde versie zonder bewegende onderdelen)

Dit wil ik realiseren door de spanning gelijk te richten (niet afvlakken) en deze te hakken met één N-channel mosfet.

hiervoor gebruik ik volgende elektronische componenten:

MOSFET driver IR2113 (ik gebruik enkel de Low side driver)
MOSFET IRFP460 (zal verander worden naar een met een lagere RDson)
gate-weerstand = 330 ohm 15 ohm + diode

gatespanning : 12 V
PWM frequentie 15,6 kHz (dit ga ik nog verhogen wegens geluid :P )

bij een duty cycle van 39,2 % ziet mij PWM er zo uit:

https://dl.dropboxusercontent.com/u/74666006/TEK0000.BMP

(reeds opgelost d.m.v. verlagen weerstand en plaatsen diode)

Als ik de duty cycle nu verder begin op de drijven komt op een bepaald moment de gatespanning niet meer op 0, wat dus betekend dat de mosfet lichtjes gaat blijven geleiden. Ik vrees er dan voor dat hij bij die hoge duty cycles te warm zal worden.

Mijn vraag is nu: Hoe kan ik dit oplossen ?

mag mijn weerstand lager zijn dan 330 en dichter bij de 2 A die de driver maximaal aankan ? Of is het beter gebruik te maken van een fast discharge diode in parallel met de gateweerstand ?

hopelijk is het antwoord zo simpel als ik denk en kan ik dit snel oplossen :)

UPDATE [16/07 : 16u15] : straks zal ik hier verdere uitleg posten met de elektronische schema's want bij de eerste test merkte ik op mijn gezond net random spanningspieken tot 600 V. Ik vermoed dat het aan mijn vrijloopdiode ligt, maar straks meer hierover ;)

UPDATE 2 [16/07] : onderstaand schema toont mijn het vermogenbord, links komt de netspanning binnen. Vervolgens gaat het naar klemmen waar dit wordt gelijkgericht en terug naar het vermogenbord gaat. Daarna is er de positieve en negatieve zijde, met aan de negatieve zijde de IRFP460 mosfet en net voor de 2 uitgaande klemmen een snelle diode om inductieve stromen te laten vloeien.
Onderstaande link naar schema:

https://dl.dropboxusercontent.com/u/74666006/vermogenschema.png

Nu is mijn probleem als volgt: Bij het testen merkte ik dat er veel spanningspieken waren die soms opliepen tot over de 600 V aan AC zijde. Mijn eigen vermoeden gaat uit naar die vrijloopdiode (ik vermoed niet snel genoeg) , onderstaande scoopbeelden tonen : Spanning AC , Stroom AC en spanning DC

https://dl.dropboxusercontent.com/u/74666006/spanningspieken.jpg

de 230 gemeten aan AC zijde (1/200)

https://dl.dropboxusercontent.com/u/74666006/stroomspikes.jpg

Ziet er enorm grillig uit :( ik moet nog een filter plaatsen, maar dit lijkt totaal niet op mijn matlab simulatie) (werkelijk gemeten moet ik even berekenen want is via hall sensor met spanningsdeler)

https://dl.dropboxusercontent.com/u/74666006/spikesdc.jpg

(piek helemaal rechts in beeld)

Nu begin ik zelfs te twijfelen of het wel mogelijk is dit slecht met één mosfet en een vrijloopdiode te realiseren. Zou een snubber netwerkje hier zinvol zijn om over de diodes en de mosfet te plaatsen ? zo ja bestaan hier vuistregels voor ? Eventueel de diodebrug ook ultra fast recovery diodes gebruiken ?

Alvast bedankt

in de datasheet van de IRFP460 staat wat tijden op basis van een 4,3Ω gate weerstand. je zou eens naar de gatecapaciteit kunnen kijken, je kan dan de gatespanning berekenen en de bijbehorende stromen berekenen.

GMT+1

zeer snelle fast discharge diode (ES1x) en rond de 10ohm als gate weerstand moet gewoon gaan.

zelf narekenen
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00786a.pdf

Je hebt (terecht) een 2A fet-driver gekocht. En vervolgens ga je de gatestroom limiteren op 36mA. Da's 50x minder.

Door de gate-weerstand van 4.3 ohm zal je effectief ook al zoiets hebben in de gate zelf. Dus meer dan rond de 500mA zal in de praktijk al niet haalbaar zijn. Maar goed. Dat is toch al rond de 15x beter dan wat je nu hebt. En dat scheelt.

Hoe kom je aan die 330 ohm? Wie heeft je dat aangesmeerd?

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 5 juli 2013 17:51:06 schreef rew:
Je hebt (terecht) een 2A fet-driver gekocht. En vervolgens ga je de gatestroom limiteren op 36mA. Da's 50x minder.

Door de gate-weerstand van 4.3 ohm zal je effectief ook al zoiets hebben in de gate zelf. Dus meer dan rond de 500mA zal in de praktijk al niet haalbaar zijn. Maar goed. Dat is toch al rond de 15x beter dan wat je nu hebt. En dat scheelt.

Hoe kom je aan die 330 ohm? Wie heeft je dat aangesmeerd?

bedankt allemaal voor de antwoorden, dus volgens jullie zal ik zelfs niet eens en gate-weerstand nodig hebben omdat de interne gate-weerstand van de mosfet.
(de 330 ohm werd kwam van mijn docent (is nu met vakantie) maar dat was om te testen en nu realiseer ik het mij ook at dit echt te veel is)

Op 5 juli 2013 18:40:45 schreef Zonnepaneeltje:
Is dus een schoolvraag..

schoolvraag maar voor iemand die totaal geen elektronica richting volgt is was dit een behoorlijke uitdaging (ik kan er ook bij niemand mee terecht). Ik wist niet goed onder welk subforum ik het moest plaatsen zonnepaneeltje.

@ progger en rew: ik ben nog eens gaan kijken in het datasheet, maar zie niet direct jullie 4,3 ohm staan. kan het zijn dut jullie zich vergissen want ik vind het volgende:

VDD= 50V, starting TJ= 25oC, L = 4.3mH, RGS= 25ohm,Peak IAS= 20A

dus eerder 25 ohm gebruiken dan 4,3 en dan werken met een ES2AA om hem snel te ontladen.

(@ moderators: ik vind het wel nogal kort door de bocht om dit zo maar direct naar schoolvragen te verbannen)

rbeckers

Overleden

Als je geen elektronica richting volgt, dan is het goed dat je zover gekomen bent.

Edit:
Waarschijnlijk datasheet verkeerd gelezen?

Op 5 juli 2013 15:39:06 schreef pm1online:

Mijn vraag is nu: Hoe kan ik dit oplossen ?

mag mijn weerstand lager zijn dan 330 en dichter bij de 2 A die de driver maximaal aankan ? Of is het beter gebruik te maken van een fast discharge diode in parallel met de gateweerstand ?

Ik zou gewoon die serie weerstand in de gate weglaten. Eigenlijk zit zo'n ding er alleen maar in om te hoge gate stromen tegen te gaan. In principe maak je de gate weerstand zo groot dat er geen nadelig effect meer waarneembaar is op de schakelsnelheid. Je zou dus kunnen beginnen met een weerstand van nul ohm en deze dan in kleine stapjes te vergroten totdat een negatief effect op je schakelflanken zichtbaar wordt. Feitelijk is het optimaliseren van zo'n gate weerstand een EMC maatregel en voegt het functioneel meestal niets toe.

De welbekende schakeling met een terugloop diode zie je vooral in MOSFET's en of IGBT's die via een puls transformator worden aangestuurd, bij een push-pull driver zoals de IR211x is dat gewoon totaal overbodig.

This is the world we know best, the world of madness

als ik google op IRFP460 is mijn eerste resultaat een datasheet:
http://redlum.xohp.pagesperso-orange.fr/electronics/data/IRFP460.pdf

vervolgens ga ik naar de 2e pagina (2-4). daar staan wat meetwaardes met een Rg van 4,3Ω.. 25Ω zie ik nergens.

welke heb jij gebruikt?

GMT+1

Ik gebruikte deze datasheet:

http://www.vishay.com/docs/91237/91237.pdf

Ik ga in ieder geval de gateweerstand drastisch verlagen tot dit effect weg is :) dit zullen wel gewone 0,5 W weerstandjes mogen zijn zeker :P

Ik was gewoon bang dat ik de mosfet driver zou opblazen als de gate weerstand te laag zou worden.

I ga trouwens zo nog een topic openen, want ik zit me hopeloos vast te rekenen voor de koelplaat die ik nodig zal hebben :( ik kom hier waarden van 512 Watt en meer uit en dat is echt niet realistisch meer.

alvast bedankt iedereen :)

Niet vergeten:
230v AC wordt zo'n 325V dc wordt als je het gelijkricht+afvlakt.

Als je niet afvlakt, dan hou je wel 230v over maar dan heb je een pulserende dc van 100 Hz.

Ik zou gewoon die serie weerstand in de gate weglaten.

Als je de FET enkel als aan/uit-schakelaar gebruikt, kan je dat zonder problemen doen.
Ook als je voor een lage PWM-frequentie kiest --400Hz of zo-- heeft een weerstand tussen driver en FET weinig nut.
Bij 15kHz zou ik er toch voor kiezen om de stroom tussen driver de gate te beperken. Niet met 330Ω, uiteraard. 10Ω lijkt me een verstandige waarde om mee te beginnen. Vervolgens kan je gaan meten en zonodig aanpassen.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Ik had die 4.3 ohm als "gate weerstand" gevonden in een eerdere post. Bij nader inzien is dat een externe 4.3 ohm die in het datasheet genoemd wordt. En dat brengt ons bij de externe gate weerstand. Pros zegt 10 ohm. Als het datasheet 4.3 als voorbeeld noemt dan is dat geen slecht plan. En 10 of 4.3 dat scheelt niet eens zo veel. Dus pak de ene of de andere. Zie maar.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Hier ook even een update geven, wegens te veel schakelverliezen ga ik overschakelen naar een FCA76N60N mosfet.
Ik ga als gateweerstand inderdaad ergens rond de 10 ohm gebruiken ;) maar is dan een fast discharge nog nodig volgens jullie ?
Daarnaast heb ik nog een vraagje: Is het noodzakelijk om een pull down resistor te gebruiken, want momenteel zit dat er nog niet op ?

De pulldown is wel eens handig dat je FET niet half-aan gaat als je bijvoorbeeld de microcontroller "in circuit" aan het programmeren bent. Meestal ben je hem kwijt als dat zou gebeuren.

Veel fet-drivers hebben deze pull-down gewoon ingebouwd. Check dat!

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

ja inderdaad domme vraag XD de FET driver is een CMOS switched dus wanneer mijn ingang laag is dan ground hij de uitgang.
Maar misschien voor de veiligheid toch nog een eentje van een paar Kohm van gate naar ground voor de veiligheid, want de driver zit niet op hetzelfde voedingscircuit als de mosfet zelf dus better safe than sorry.

De vraag is wat de cmos driver doet met een OPEN ingang. Als die dan soms de boel "ongecontroleerd" aan gaat zetten of op een ongeschikte frequentie aan en uit gaat lopen floepen, moet je hem beschermen door een pulldown.

Als de driver geen power heeft, verwacht ik dat z'n uitgang (in de chip!) met een diode naar de voeding hangt. Geen voeding -> dan wordt die uitgang maximaal 0.6V. Meet maar na.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Sine

Moderator

En daarom hou je dit soort discussies binnen 1 topic, nu lopen er twee topics over het kiezen van een andere fet voor het zelfde probleem.

bump* UPDATE (zie eerste post)

meningen zijn gewenst :)

Zet je scoop eens wat sneller en trigger op een negatieve spanning. Ik vermoed dat je vrijwel iedere cycle zo'n piek hebt, maar dat ie zo kort is dat je scoop zelden een sample neemt als ie er is.

De vraag is ook een beetje: In hoeverre is het 'echt' en in hoeverre is het een meetfout: Mogelijk is er een inductie die zorgt dat je dit meet, terwijl het niet zo is.

Als je kan bepalen hoeveel energie er in zit, kan je eens over een snubber gaan nadenken. Als ik het zo inschat zijn die pulsjes erg kort, dus zou een heel klein C-tje al voldoen.

Een foto van je opstelling kan helpen. Je pieken doen vermoeden dat je behoorlijk lange draden gebruikt. (als je wel al fotos van je opstelling hebt geplaatst, help me door ze prominenter in beeld te plaatsen...)

je "additionele vragen" hadden wat mij betreft beter in je "bump" kunnen staan. Mijn manier van lezen van een topic gaat er van uit dat ik alles boven mijn laatste reactie al gelezen heb. Dus ik lees zelden de topic-start-post opnieuw.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
rbeckers

Overleden

Zet er een ontstoorfilter voor en achter de brug een kleine condensator met voldoende werkspanning, ong. 0,1uF/1000V.

Voor een foto zal ik morgen eens zorgen :)

De aansluitkabels naar deze specifieke meting waren niet zo lang, max 2 meter.

Maar eenmaal alles zal worden afgewerkt zal het aangesloten worden met een kabel van ongeveer 6 meter (niet afgeschermd).
Eén stuk van ongeveer 3 meter normale kabel 3 x 2,5 mm² en dan via een 32A enkelfasig stopcontact naar een brandvrije kabel van 3 x 6 mm² naar de vermogenweerstand.

rbeckers

Overleden

Bij snel schakelen is 2m lang.
En je stoort o.a. de radio.