[kahlo]

(11.11.2024, 10:51 AM)alfsch schrieb: Wenn die TVS-Diode genug Kapazität hat...reicht die auch. 

Immer eine Freude wie du meine Ideen kompromissbereit berücksichtigst     .

[alfsch]

Da siehste mal :   So bin ich halt, kompromissbereit bis zum Anschlag. 

[kahlo]

Ok. Simulation zeigt, dass da ganz schön was einschlägt, wenn der Mosfet versucht zu sperren. Besonders, wenn die neue Zündspule mit nur 1,5 Ohm daherkommt. Plan: TVS-Diode pluss 22n Kondensator .

Da brauch ich mehr Platz auf der Platine...

[alfsch]

...wobei -laut Kopfrechnen- minimal 50nF nötig sind, damit der mosfet sicher überlebt.
Also 2 x 22nF --- minimal.

Falls du es in der simu "testen" willst : die slew-rate beim Abschalten muss (deutlich) unter 80V/ns bleiben - in jeder Lage, also zb auch bei 1,5 ohm Spule an 6V.

[kahlo]

(11.11.2024, 09:43 PM)alfsch schrieb: ...wobei -laut Kopfrechnen- minimal 50nF nötig sind, damit der mosfet sicher überlebt.
Also 2 x 22nF --- minimal.

Falls du es in der simu "testen" willst : die slew-rate beim Abschalten muss (deutlich) unter 80V/ns bleiben - in jeder Lage, also zb auch bei 1,5 ohm Spule an 6V.

Ich bin da nicht so bewandert - wie berechnet man das?

Simulation: Basierend auf dieser Schaltung, erstmal komplett ohne Kondensator und TVS-Kram. DS-Spannung am Mosfet bei Kontaktöffnung an der 5ms-Marke.
   

Mit der Originalzündspule ergibt sich dieser Anstieg, der weit entfernt von Nanosekunden ist (80V/2µs).
   

Bei reduziertem Widerstand der Primärspule auf 1,5 Ohm sieht es so aus. Etwas schneller, aber nicht viel (80V/1,7µs)
   

Das kann natürlich auch mit unzureichender Modellierung der Spule zusammenhängen.
Aber mal weiter: Idealer Kondensator 50n über den Mosfet, Spule 1,5 Ohm gibt auch etwa 80V/2,2µs:
   

Vielleicht liegt es daran, dass der in der Simulation verwendete Mosfet etwa 10µs braucht, um komplett dicht zu machen...
---
Ok, gesehen... Ohne Kondensator gibt es eine satte Leistungsentfaltung im Mosfet   . Mal eben an die 700W Peak. Mit Kondensator erträgliche 160W für ein paar µs.

[voltwide]

Überlagere mal in Deiner Simu Vgs*10 mit der gezeigten Spur Vds.
Das ist oft sehr erhellend und dürfte in diesem Falle die Wirkung der Miller-Kapazität des PowerMOSFET wiederspiegeln als Erklärung für den langsamen Anstieg von Vds.
btw - Slewrate SLR = Ic/C
mit Ic=1A und C=1uF ergibt sich
SLR = 1V/us

[alfsch]

>Ok, gesehen... Ohne Kondensator gibt es eine satte Leistungsentfaltung im Mosfet  undefined . Mal eben an die 700W Peak. Mit Kondensator erträgliche 160W für ein paar µs.

Nu stell dir das mal mit dem echten coolmos vor, angesteuert mit dem 8A gate driver, der das gate in 4ns abdreht, statt mit dem hundert mal langsameren (Mist-) Mos-model :
Abschaltverlust kommt komplett in 5ns , statt 12 us (!!!!), entsprechend mehr Leistung . Das killt auch den coolsten coolmos. 

Bing - 1x schalten, Ende. Muss ich nicht mal meine Propheten-Sandalen anziehen, um es vorher zu sagen.

Glaub' es - oder versuch' es real selbst, bis du es "glaubst". Ein paar Mos werden halt auch dran glauben.... 

btw
Ich würde mit etwa 100nF  als cap anfangen (nur so von meinem "Gefühl" her, was passen könnte) und dann real messen, wie der Abschalt-Puls so aussieht. DANN kann man überlegen, ob sich noch was verbessern lässt, durch cap grösser/kleiner ; und das auch messtechnisch belegen. 
Es wird sich zeigen : ein bestimmter cap Bereich ergibt minimale Erwärmung des Mosfet , bei maximalem Zündfunken. 
Mehr - oder weniger - Kapazität verschieben den Arbeitspunkt Richtung mehr Schaltverlust im Mos oder weniger Energie im Zündfunken. Die gesamte Energie beim Abschalten entspricht ja einfach der zu dem Zeitpunkt im Magnetfeld der Spule vorhandenen Energie - nur wohin die dann zu welchen Anteilen geht - das ist der eigentliche Dreh an dem Spiel.

[alfsch]

...noch was : du kannst das so nicht simulieren, ohne exakte (!) models für Treiber + Mos -- und die haben wir nicht.

Was ich in so Fällen mache: nimm statt driver+mos einen spannungs-gesteuerten switch in swcad, der schaltet entsprechend schnell 
(im Prinzip: 0 ns - wenn du willst ) und sei nicht erstaunt, wenn ohne cap an der Spule dann ein paar MV peak entstehen, an der Primär-seite !
(in der simu sind die Explosionen ja glücklicherweise eher lautlos...)
Da kannst dann mal nen grob passenden cap per simu ausprobieren.


btw
etwas zum lesen.... -> parasitic + power mosfet ->
https://www.monolithicpower.com/learning...converters

[voltwide]

(12.11.2024, 08:43 AM)alfsch schrieb: Nu stell dir das mal mit dem echten coolmos vor, angesteuert mit dem 8A gate driver, der das gate in 4ns abdreht, statt mit dem hundert mal langsameren (Mist-) Mos-model :
Abschaltverlust kommt komplett in 5ns , statt 12 us (!!!!), entsprechend mehr Leistung . Das killt auch den coolsten coolmos. 

Das sehe ich allerdings anders:
Im Abschaltmoment fließt der induktive Strom von wenigen Ampere, immer derselbe, egal wie schnell man abschaltet.
Genau das ist unser avalanche Strom.
Es ist also nicht so dass extrem rasches Abschalten den Streß vergrößert - im Gegenteil - je langsamer abgeschaltet wird, desto länger dauert der avalanche Stromfluß
Das jedenfalls sagen mir die üblichen avalanche-rating Diagramme der Hersteller.
Der Kondensator diente in der herkömmlichen Schaltung wohl primär der Funkenlöschung - und sollte beim PowerMOSFET verzichtbar sein.
Ungeachtet aller Theorie würde ich auch erst mal eine Versuchsreihe mit todgeweihten MOSFET-Gladiatoren starten.

[alfsch]

@ Volti....ich sah das ganz genau wie du. 
Nach einigen "grundlos" verstorbenen Mosfets beginnt man aber zu erkennen, dass der Abschaltvorgang doch deutlich komplexer ist und in den Datenblättern der diversen Hersteller auch nicht weiter erklärt oder die limits überhaupt beschrieben werden.
Und meist braucht man das auch nicht zu wissen, da es nur ab paar hundert Volt aufwärts und bei einigen Ampere aufwärts überhaupt passiert.
Muss wohl jeder selbst mal testen... 

Ich hab zB ein kleines PFC gebaut, mit SMD Dosseln , 1kW output. Schaltet ein Mosfet im To220 - ohne "Schutz-/Brems-/Abfang-" cap !
Dieser Mosfet kann das ab - es ist aber der einzige !!! (vmtl. genau dafür entwickelt bzw optimiert)
(Ich habe mehrere andere Typen versucht...ehe ich es "geglaubt" habe. Der Test geht ganz schnell: einschalten...Sicherung fliegt...alles klar.
Der Nächste, bitte zum test. Es blieb dann bei 1kW max. , weil ich keinen Mosfet fand, der mehr power verkraftet ; also lieber 10 von diesen PFC in den Schaltschrank , als lange ein 10 kW - Monster bauen...mit ungewissem Ausgang. )

[kahlo]

Was sagen eigentlich die Kondensatoren zu so einer schnellen Umladung? X7R zum Beispiel?

[alfsch]

Die sind natürlich voll beglückt darüber, dass SIE jetzt den Puls abfangen dürfen.
Sollte hier kein Problem sein, da die Taktfrequenz ja extrem niedrig ist. (bei 6000 U/min -> 100Hz oder 50Hz - right?)

Bei 50kHz siehts anders aus: nachdem ich bei so nem mini-Inverter (1kW max.) ein zuverlässiges Bomms bei 1kW hatte,
was irgendwie die falsche Art von "zuverlässig" war, bestand der Verdacht, es können eigentlich nur noch peaks auf der Betriebsspannung sein, die das Zeug komplett killen. Den loop zu den (Puls-Strom-festen) DC-Link Kondensatoren konnte ich versuchsweise mit fetten SMD caps (so die dickste Nummer, die noch bezahlbar ist) abkürzen - um ca. 20mm Weglänge. (kürzer war die Verbindung von den To247 IGBTs und den To220 Abfangdioden nicht möglich.)
Sollte DAS was ändern ?  Nu, nur Versuch macht kluch...
Jaaa - es lief mit 1kW problemlos. 5 Minuten oder so....dann Boummm.
Lustig: zur Sicherheit hatte ich 2 von den smd-monster-caps an den "besten" Stellen drauf gelötet.
Davon hat sich durch die gewissen internen Verluste erst einer ausgelötet, und war wohl von der (stehenden) Platine abgefallen.
Der andere fühlte sich dann so allein und wollte dem ersten folgen, die Verluste waren hier aber anscheinend dann so heftig, daß er nicht mehr zum Auslöten kam - sondern sich gleich von dem board absprengen wollte.
Die caps dort hatten allerdings auch ca. 300V bei 50A..60A und 50kHz abzufangen - da wirds dann auch Keramik mal schnell zu warm.

+ ja , Klasse 1 Keramik ist sowieso angesagt.

+ in diesem Falle wäre das also für 47nF /630V / NPO / 1812 / 2,35 €

810-C4532C0G2J473JKA

oder 22nF / NPO /1210 / 50 ct 
80-C1210C223KBG

-- aber bei 100Hz sollte auch X7R aufgelötet bleiben.    (hier im Vgl.: 1/10 Strom x 1/1000 Frequ. -> 10000 x weniger Verlust im cap...)

[voltwide]

(12.11.2024, 06:44 PM)alfsch schrieb: oder 22nF / NPO /1210 / 50 ct 
80-C1210C223KBG

Wobei ich aber denke, dass diese mysteriösen Ausfälle mindestens quadratisch mit der Betriebsspannung zunehmen.
Bei Kahlos 6V-Applikation dürfte das wesentlich entspannter angehen.
Die kritischen Anstiegsraten dVds/dt werden mit 15~50V/ns angegeben (oder garnicht) - da wird auch bei härtester gate-Ansteuerung die TSZ kaum in die Nähe von kommen.

[voltwide]

Kritisch erscheint mir nach wie vor vor allem Abschalten hoher Ströme - die Last ist eigentlich immer "hinreichend" induktiv.
Beispiel 1
MOSFET mit Qds=50nC
Abschaltstrom = 50A
schaltet den MOSFET in 50nC/50A=1ns ab (worst case, ohne Miller Effekt)
Wenn Vds hierbei von 0 auf 300V hoch rampt, errechnet sich
Vds/dt = 300V/ns -> der parasitäre BJT zündet und es macht Bumm!
Beispiel2
MOSFET mit Qds=50nC
Abschaltstrom = 3A
schaltet den MOSFET in 50nC/3A=17ns ab (worst case, ohne Miller Effekt)
Klammert man auf 30V, folgt
dVds/dt < 2V/ns
Das sind natürlich nur ganz grobe Schätzwerte, um mal die Größenordnung zu skizzieren

[alfsch]

Volti, du rechnest mit einem Qds von 50 nC.  ok...warum eigentlich ?

Der IPB... hat bei 100V etwa 50 pF Coss , also 5 nC .  Was ihn auch bei 3A problemlos killen könnte...    (ohne Last- cap.)
falls die Spannung auf 300V hochgeht, oder mehr, hat der Mos 40pF Coss bei < 10 pF Crss . Der wird also wirklich schnell schalten - zumindest einmal.

Aber wir brauchen nicht lange zu diskutieren - sowas zeigt nur der reale Test (wie du ja sicher auch weißt ).

Ich habe in meinem Schaltungsvorschlag ja auch 22r als gate turn-off reingesetzt, im db sind 3r für 5ns Toff angegeben;
sprich : versucht, das Abschalten sowieso langsamer zu machen, um Selbstmord des mos zu verhindern. Ob das ohne zusätzlichen cap reicht - kann man nur real messen.

[kahlo]

So... zuerst mal wollte ich sehen, ob es wirklich "bumm" macht. Also einmal ohne Kondensator aufgebaut (TVS war aber drin   ).

   

So aufgebaut, wie und wo ich es später gern hätte:
   

Es hat nicht gebrannt, auch nicht bumm gemacht. Es ist nur gepflegt langsam heiss geworden (der Schaltmosfet). Abgeschaltet hat er nicht, angeschaltet (geleitet) nur sehr spät, er brauchte mehr als 6V zum voll Durchschalten. Die Bauteilauswahl ist also schlecht.

Die schlechten Bauteile sind alle noch ganz, soweit ich das beurteilen kann. Ich hab den kleinen Mosfet unter Verdacht, kann das aber im eingelöteten Zustand nicht prüfen. Keine Zeit mehr heute...

---

Mal ein paar Infos, wie andere das gemacht haben. Allerdings bei 12V, wo IGBT's nutzbar sind...

   

Oder der hier:

  Zuendbox_V3.4.pdf (Größe: 1,46 MB / Downloads: 5)

[kahlo]

Ok, wenn man seinen Pmos in der Schaltung als NMOS deklariert und ihn dadurch falschrum einbaut, kann das ja nix werden.
Harrr!

[alfsch]

>zuerst mal wollte ich sehen, ob es wirklich "bumm" macht. 
Das "bumm" kommt - wenn überhaupt- nur bei entsprechend schnellem Abschalten (in wenigen ns !) und einigen Ampere bei > 100V - sonst passiert gar nix spektakuläres.

Bei deiner netten Schaltung wird das gate von dem 220r "abgeschaltet" , oder besser : gemütlich auf null gezogen.
DA passiert garantiert nix, ausser der Erwärmung des Mosfet durch die (quasi) statische Erwärmung.

+
zur anderen Schaltung: natürlich hätte ich nen IGBT genommen, da gibts dann keine extra "Probleme"; bauen und fertisch.
Leider geht das mit deiner Betriebsspannung nur, mit nem DC-DC Wandler zur Versorgung der Ansteuerung - und da wird der Spass dann doch unnötig komplex.

[kahlo]

Vielleicht reicht "gemütlich" ja .

Jetzt muss ich erstmal in mich gehen, wie ich weitermache...

[alfsch]

(13.11.2024, 11:34 AM)kahlo schrieb: Vielleicht reicht "gemütlich" ja   .

Mag durchaus sein...aber da fehlt doch dann der sportliche Reiz total.