[Redegle]

Hallo,

zur Gateansteuerung einer Halbbrücke benötige ich jeweils für Low- und Highside eine galvanisch getrennte Spannungsversorgung.

Kenndaten:
Eingangsseite: 12V DC
Ausgangsseite: 12V DC / -3,3V DC (max. 166mA), wahlweise auch -3,0V DC
Die Ausgangsspannung sollte geregelt sein und maximal um 3% schwanken.

Zudem müsste ich später noch aus den 15,3V Gesamtspannung per Linearregler 5V erzeugen.

Wie kann ich soetwas am geschicktesten realisieren.

Eine Möglichkeit wäre mit fertigen DC/DC-Wandler.
Für 12V:
http://de.farnell.com/xp-power/jah0212s1...JAH0212S12
Für 3,3V:
http://de.farnell.com/xp-power/jah0212s3...dp/1859069

Das währen dann aber ca. 50 Euro für Low- und Highside + Linearregler. Zudem sind diese fertigen Module meist nur sehr schwer zu bekommen. Bei diesen Teilen gibt es z.B. eine Lieferzeit von 65Tagen.
Wenn kein besserer Vorschlag kommt würde ich diesen Variante verwenden!

Kennt jemand ein Modul, dass mir ca. +12V/-3,3V erzeugt?
+15V/-5V währe auch sehr gut denkbar, dann würde ich die Ausgangsspannung nocheinmal per Filter + Lowdropregler sauber machen. Bei dieser Variante dürfte die Spannung auch wesentlich stärker schwanken.


EDIT: Isolationsspannung wäre min. 500V und die parasitäre Kapazität zwischen Primär- und Sekundärseite sollte auch nicht zu groß sein. Also die parasitäre Kapazität wird mit 500kHz auf +/- 250V aufgeladen.

Edit: Rechtschreibfehler in der Überschrift behoben.

[alfsch]

...wenn erstmal zeigen würdest, WAS damit angetrieben werden soll...
mos, igbt...welche????
...wäre es evtl möglich, dazu was sinnvolles zu sagen

[Redegle]

Eigentlich wollte ich euch später mit einem fast fertigen Konzept überraschen. Nur bei der Spannungsversorgung bin ich mir etwas unsicher, wollte nämlich eine Eigenentwicklung vermeiden.

Als Mosfet soll zuerst etwas kapazitätsarmes zum Einsatz kommen. Deswegen möchte ich hier den STW16N65M5 verwenden. Gateumladung sollte ca. 0,186W benötigen. Coss sollte 3,75W schlucken.

Wenn man später mehr Leistung haben möchte könnte man auf einen STW35N65M5 ausweichen.

Wenn ich etwas noch leitungsstäres einsetzte gehen die Umladeverlsute von Coss schell über 30W hoch.

EDIT: Ich denke, dass du mit den gegeben Daten schon viel sinnvolles beisteuern kannst. Ggf. könnte man auch ein Aufsteckmodul erstellen, dass die geforderten Spannungen zur Verfügung stellt. Wäre aber perfekt, wenn es soetwas bereits fertig gibt.

[E_Tobi]

Warum reicht hier nicht ein ganz normaler Gateantrieb per Ansteuertrafo oder Impulstrafo?

Grüße

[voltwide]

In diesem Umfeld bin ich auf die Problematik der HF-Isolation gestoßen:
In solchen Halbbrücken können beim harten Schalten und mehreren hundert Volt Betriebsspannung beträchtliche Spannungsraten zustande kommen -
400V in 20ns sind schon 20kV/usec!

Und eine solche Flanke schiebt durch 20pF Koppelkapazität eine Stromspitze von 1A.
Mit der Anstiegssteilheit steigt die Gefahr von Überschlägen.
Genau das habe ich mal erlebt:
In dem Moment, wo die Brücke stärker belastet wurde, wurden die Schaltflanken steiler und kurz vor Volllast ist der gate-Ansteuer-Übertrager irreversibel durchgeschlagen. Und zwar von HiSide nach LoSide, (Kupferlackdraht!), nicht jedoch nach primär (Tex-E).

Das Problem der HF-Isolation ist zwar seit Ewigkeiten bekannt, aber die Norm kennt afaik bis heute maximal 30kHz-Sinus-Spannungen.
Mehrere 100kHz Rechteck im Netzbetrieb sind eine echte Herausforderung

Von daher hätte ich keinerlei Vertrauen in diese netten Fertigmodule mit 500V/50Hz Prüfspannung für Deine Anwendung

[Redegle]

Zitat:Original geschrieben von E_Tobi

Warum reicht hier nicht ein ganz normaler Gateantrieb per Ansteuertrafo oder Impulstrafo?

Grüße

Welche Schaltzeiten sind hiermit zu erreichen?
Meist muss hierzu der Transformator auf den Mosfet abgestimmt werden und das Gate muss vor Überspannung geschützt werden. Das wollte ich vermeiden. Möchte mein Halbbrückenkonzept ohne großen Aufwand mit verschiedenen Mosfets benutzten könne.

Zitat:Original geschrieben von voltwide
In diesem Umfeld bin ich auf die Problematik der HF-Isolation gestoßen:
In solchen Halbbrücken können beim harten Schalten und mehreren hundert Volt Betriebsspannung beträchtliche Spannungsraten zustande kommen -
400V in 20ns sind schon 20kV/usec!

Und eine solche Flanke schiebt durch 20pF Koppelkapazität eine Stromspitze von 1A.
Grüße

Vollkommen richtig.
Die Fertigmodule die ich bis jetzt gefunden habe haben minimal 60pF Kapazität zwischen Primär- und Sekundärseite. Zusätzlich bedeutet dies auch Schaltverluste von 1,875W bei 500kHz und 250V.

Das Problem sollte sich aber dadurch reduzieren lassen, dass ich an beide Ausgangspins des DC/DC-Wandlers eine kapazitätsarme Spule anschließe. Diese befinden sind dann nämlich in Reihe zur parasitären Kapazität und sollte den Impuls somit zeitlich strecken. Aber da die Trennung nicht Sicherheitsrelevant ist könnte ich auch damit leben, wenn der DC/DC-Wandler zerstört wird.

Alternativkonzept:
Aufsteckplatine mit Transformator. Dieser könnte mit einer Rechteckspannung angeregt werden. Auf eine Regelung würde ich verzichten. Stattdessen wird die Ausgangsspannung 5V höher als notwendig gewählt und mit Tiefpassfilter + Lowdrop-Regler auf +12/-3,3 eingestellt.

Contra:
Schaltung muss erstellt werden
Platine kostet
Spezieller Transformator muss gewickelt werden
Platine muss bestückt werden
Also alles in allem viel mehr Aufwand und nicht nur einmal sondern bei jedem Modul.
So ein Modul wird auch nicht billiger als 2 fertige DC/DC-Wanlder.

Pro:
Die Kapazität lässt sich auf wenige pF reduzieren, wodurch auch die Leerlaufverluste sinken.
Die Spannungen sind sehr gut geregelt.

[voltwide]

Ich würde heutzutage vmtl einen integrierten Ansteuerbaustein nehmnen, mit der üblichen bootstrap-versorgung auf hi-side.
Die sind meist garantiert bis 50V/ns Slewrate - das muß ein Trafo erstmal können- und wenn, ist er vmtl teurer.
Wobei die Trafolösung ja auch noch einigen Entwicklungsaufwand nach sich zieht -
Stichwörter verschlechtere Schaltzeiten dank Streuinduktivität, unterschiedliche gate-Pegel bei variablem Tastverhältnis, primärer Magnetisierungstrom...

[E_Tobi]

15ns/500pF/12V sagen sie hier

Grüße

[voltwide]

Guter Beitrag soweit, stammt wohl aus dem Anfang der 90er Jahre.
Die 2-kanalige Übertragung ist zwar aufwändiger, aber meiner
Ansicht nach besser beherrschbar wenn es um otptimale Flanken
an größeren MOSFETs geht (so gesehen ist der MTP3055 mit 60V/200mR eher ein kleiner chip").

Interessant könnten auch die "iCoupler" von Analog Devices für Dich sein.

[Redegle]

Zitat:Original geschrieben von voltwide

Interessant könnten auch die "iCoupler" von Analog Devices für Dich sein.

Ja da hast du Recht! Die habe ich damals Rumgucker mal vorgestellt. Irgendwo müsste hier im Forum noch ein Versuchsaufbau mit den Schaltflanken gepostet sein. Musste damals ewig warten bis die Teile gekommen sind.

Werde mal im Forenbereich "D-Amp DIY (nur für aktive Mitglieder!)" mein Konzept posten.

Vielleicht kommen hier ja dann ein paar Vorschläge zum DC/DC-Wandler.

[alfsch]

also fertige DC-DC gibts auch mit wenig koppel-kapazität...zb von Murata oder Recom
http://de.rs-online.com/web/p/dc-dc-wand...t/0417017/
..hat 5kV trenn. und 2..10pF koppel.

ansonsten...selbst nen kleinen Sperrwandler bauen...

[Redegle]

Danke für den Link. Diese DC/DC-Wandler habe ich auch schon gefunden, jedoch damals direkt aussortiert, da nicht geregelt. Wobei die 2pf bis 10pf schön sehr gut sind.
Das Problem ist ganz einfach, dass die Ausgangsspannung bei maximaler Last um 10% einbrechen kann. Das macht aus 12V 10,8V. Das tut dem RDson meines Mosfets nicht gerade gut. Gleichzeitig kann die Ausgangsspannung ohne Last um ca. 20% zunehmen. Das grillt dann meine Mosfet-Treiber.

Denke aktuell darüber nach, mir einen kleinen Royerconverter zu bauen. Wenn ich einen groß genugen Ringkern benutzte und 10mm Abstand zwischen Primär- und Sekundärspulen lassen sollte die Spanungsfestigkeit sowie eine niedrigen Kapazität gewährleistet werden.

Im Anschluss würde ich auf die Sekundärseite 3 kleine Linearregler packen und die DC-Spannungen einzustellen.

Muss nochmal die Parameter für L und C durchrechnen und dann simulieren. Möchte nach Möglichkeit auf einen Kühlkörper verzichten können.

[voltwide]

Bei der Spannungsfestigkeit / Kriechstrecken ist zu beachten, dass der Kern als leitfähige Masse betrachtet wird.

[Redegle]

Gut das du das erwähnst!
Gefallen tut mir das aber nicht.

Ist ein Ferritkern leitfähig (bzw. hat ein nicht definiertes Verhalten) oder wo kommt das her?

Normal sollte doch schon die Isolation von dem Kupferlackdraht ausreichen.
Was wäre denn die Alternative? Ein Isolationsmaterial zwischen Ringkern und Wicklung?

[voltwide]

Die Ferrite oder Eisenpulver sind eher "Halbleiter". Wobei wohl die Leitfähigkeit bei höheren Frequenzen auch noch zunimmt.
Also sind sie jedenfalls keine Isolatoren, und deshalb werden sie sicherheitstechnisch als leitend angenommen.

CuL reicht da auch erstmal nicht aus, TeX-E würde wohl gehen.
Oder eines Isolation zwischen Kern und Wicklung(en).

[alfsch]

..es gibt auch beschichtete Kerne...die sind dann gut "isoliert"
[Bild: G250237.JPG]
> von Pollin ; Ferrit mit (Polyester-?)Beschichtung

-- Kriechstrecke und iso-Test bleiben trotzdem zu beachten

[voltwide]

Im Zuge der Renovierung meines betagten Gitarrenverstärkers baue ich gerade einen kleinen DC-DC-Wandler um OPVs symmetrisch zu speisen.Die Eckdaten
Eingangsspannungsbereich. 10-30V
Galvanische Trennung: keine
Ausgangsspannung: +-12V
Ausgangsstrom: > 100mA

Das funzt schon mal soweit

[voltwide]

Den L6161 oder L6165 habe ich hier mal durch den FAN7527 ersetzt, einfach weil der auch schon mit 12V-Betriebsspannung (Autobatterie!) sicher startet.

Der Trafo hat ein Transformationsverhältnis von 1:1:1, d.h. man kann vorteilhafterweise tri-filar wickeln (20..40Wdg).

[voltwide]

[voltwide]

[URL] https://stromrichter.org/d-amp/content/i..._dc2dc.asc[/URL]