IGBT schaltet nur langsam ab

[bdanubis]

Hallo,

ich habe folgendes Problem und komme einfach nicht weiter.

Ich steuere einen IGBT (BUP 314) über einen Trafo zur potentialtrennung mit einem +/-15V (50kHz) Signal an. Zwischen Gate und Emitter liegt auch ein schönes Rechtecksignal mit gennanter Spannung. Vor dem Kollektor hängt ein Widerstand.




^ positive Spannung
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| | R
| |
---
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| / C
G _|/ BUP314
|\
| \ E
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---- GND



Messe ich jedoch den Spannungsabfall über den Widerstand, bzw am IGBT zwischen Kollektor und Emitter so stoße ich auf folgendes Phänomen:
Beim Flankenwechsel auf +15V schaltet er wunderbar und schnell durch. Nur das Abschalten funktioniert verzögert und sehr sehr schleichend (über die Gesamte Halbwelle). Ähnelt einer Kodensator Entladekurve. Das widerspricht für mich jeglicher Logik, da ja (wie bereits erwähnt) schon mehrere mikrosekunden lang ein sauberes -15V Signal zwischen Gate und Emitter liegt. Würde hier ebenfalls eine ähnlich langsam abnehmede Spannung zu messen sein, dann wäre es ja logisch und ich könnte die Ursache im Aufbau meiner Treiberschaltung suchen. Dies ist jedoch nicht der Fall. Daher muss meiner Meinung nach dieses Fehlverhalten woanders liegen. Kann mir da jemand weiterhelfen?

[bdanubis]

Um das ganze nochmal etwas deutlicher zu veranschaulichen, hier nochmal das prinzipielle Schaltbild.
Ug ist die 50kHz Rechteck-Spannung (+/-15V)

[bdanubis]

Weiß niemand einen Rat oder habe ich unverständlich ausgedrückt?

[Ceos]

ich hab mal versucht die schaltung zu simulieren, hast du vielleicht noch ein paar mehr infos was du damit bewerkstelligen magst? weil bei meinen simulationen kommt nur murks raus, weil ich keine infos über den trafo und die zenerdiode habe , letzzteres wirst du mir wohl aber noch verraten können, beim trafo kann cih mir gut vorstelln dass du das netzteil net aufmachen magst ^^

[bdanubis]

Die Zener Diode ist eine 16V Zener Diode.

Der Trafo stammt nicht aus einem Netzteil. Primärseitig ist eine IGBT Treiberschaltung aufgebaut, deren PWM Signal über den Trafo übertragen wird. (Treiberleistung 14A, sollte reichen). Bei dem Trafo handelt es sich um einen SD250-3L (sekundärseitig allerdings in Reihe geschaltet, so dass es keine 1:1:1 sondern 1:2 Übertragung ergibt, da primärseitig eine Spannung von +7,5 / -7,5V anliegt)

[Ceos]

da fällt mir ein, wo issn die last ?

[bdanubis]

Die Last ist der 820 Ohm Widerstand über dem IGBT.

[bdanubis]

Auf dem Bild (Link) sieht man oben die Gatespannung von +/-15V und unten den Spannungsverlauf am Lastwiderstand. Wie man deutlich erkennt, beginnt das Abschalten erst einige us zu spät und zudem auch nur langsam.

http://s11b.directupload.net/file/d/1808/4zorlie3_png.htm


(Anm.: Konnte leider kein Bild mehr ins Forum hochladen, weil ich angeblich mein Limit erreicht habe. Jedoch habe ich bisher nur das Bild oben mit einer Größe von 55kB hochgeladen und weiter nichts. Dieses hier hat nur 5kB)

[Ceos]

ich hab die schaltung immer wieder versucht zu simulieren, ich weis echt nicht wie du das mit dem rechtecksignal an der transistorbasis hinbekommen hast, ich simuliere bei eirner negativen flanke immer einen -30V impuls, der flach abfällt (logisch, bei der restkapazität im kondensator, dem geringen basisstrom des transistor und dem umgekehrten impuls, da kommen schon 30V zusammen, das flache abfallen inklusive... sicher dass die Z-Diode nicht in sperrichtugn und reihe mit dem kondensator und der basis stehen und die normale diode zwischen mit der neg seite zwischen z-diode und kondensator geklemt werden muss ? iwie würde das in meinen augen auch mehr sinn geben, aber ich bin nur informatiker ^^

[hardware.bas]

Die beiden Dioden am Gateeingang stellen einen Klipper dar, der von
einem durch einen C zugeleitetenden Signal gespeist wird. Auf Grund
der Tatsache, daß hinterm C kein Rechteck rauskommt, wird dieses
Signal nur begrenzt und kann bestenfalls !! rechteckähnlich !! werden.
Versuch das Gate mal mit einem mölichst niederohmieen echten
Rechteckgenerator oder Frequenzteiler anzusteuern, der wirklich !! ein
Rechecksignal aufs Gate gibt. VG Micha

[Ceos]

du könntest zwecks potentialtrennung ein sinussignal über den trafo schicken und dein rechteck über nen schmitt trigger machen, so würdest sogar noch bei logiklevelspannung bleiben oder eben systemspannung

@bas danke, "klipper" *googel aufmach* wieder was zum lernen ^^

[bdanubis]

@Ceos:

Leider hilft mir logiklevel nicht weiter. Der IGBT kann schließlich nicht mit Logiklevel angesteuert werden. Der braucht schon "etwas" Leistung. Ich möchte über den Trafo also nicht nur ein Signal übertragen.

Zur Simulation: Ich habe mir auch mal eine Simulation erstellt. Dort habe ich als Gateansteuerung nur ein 50kHz Rechteckspannung gewählt und als IGBT den irgpc40u. Darüber ein Widerstand und eine Spannung von 200V.
Weiter habe ich absolut nichts eingefügt. Habe die Schaltung also möglichst einfach gehalten. Wenn ich nun in dieser Simulation die Spannung über dem Widerstand messe, dann komme ich zu dem gleichen schlechten Ergebnis beim abschalten, wie bei meiner oben geposteten real aufgebauten Schaltung (Spannungsverlauf wie bei meinem bereits weiter oben geposteten Link, untere Grafik:
http://s11b.directupload.net/file/d/1808/4zorlie3_png.htm
) . Verwende ich andere IGBTs in der Simulation, so bessert sich dieses Verhalten zum Teil ein wenig.
Da frage ich mich nun: Warum ist das so? eigentlich müsste der IGBT in der Simulation doch vernünftig schalten.





^ +200V
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---
| | R
| |
---
|
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G| / C
__________|/ IRGPC40U
| |\
| | \ E
50kHz |
| |
|____________|
|
---- GND

[bdanubis]

Noch etwas ist mir aufgefallen. Je kleiner der Widerstand, desto kleiner der Effekt. Dies ist sowohl bei der simulierten, als auch bei der realen Schaltung so.


EDIT:
Mal als Beispiel 2 von mir simulierte IGBTs:
Beim direkten Vergleich zwischen IRGPC40U und IRG4BC40U zeigt sich zwar bei beiden der beschriebene Effekt, beim IRG4BC40U ist dieser aber deutlich geringer.

[Ceos]

okay, wenn cih die datenblätter seh, fällt mir auf, dass sid ja garkeine echten transistoren *duck* lesen und so ja ich weis XD

aber in dne datenblättern steht ja schon sowas drinne von wegen optimiert für frequenzen über 5kHz beim erste und optimiert bis 40kHz beim 2ten, vielleicht hast du die grenzen der bauteile einfach überschritten ?
interessant, diese art von transistor ist mir auch noch nciht über dne weg gelaufen

[bdanubis]

Im Falle meiner real aufgebauten Schaltung mit dem BUP314 denke ich nicht, dass ich die Grenze überschritten habe. Denn mit einer anderen (vom genauen Aufbau her unbekannten) Schaltung, kann dieser sogar mit weit über 100kHz noch sauber angesteuert werden. Am Gate liegt dabei auch nur eine Spannung von +15/-15V an. Daher verstehe ich nicht, warum es bei meiner Schaltung nicht klappt.

[Ceos]

im datenblatt steht auch explizit, im "resonanzmodus" schaft er über 200kHz, im normalen "hard switching" modus aber nur bis 40kHz, was genau das aber bedeutet weis ich nicht!

EDIT: ich hab mich mal ein wenig durch google gefressen, sicher dass die andere schalltung mit DC versorgung läuft?

resonanzmodus heißt scheinbar nichts anderes, dass der IGBT nur im stromlosen zustand geschalten wird(also verzögert um den nulldurchgang der versorgungsspannung), weil beim abschalten unter spannung offenbar ein "tail" unumgänglich ist, es sei denn man lässt ihn irgendwie schneller entladen .. ich finde leider nur schaltungen für AC betrieb

[bdanubis]

So in etwa habe ich das dank google auch verstanden.

Auf der Lastseite ist definitiv eine DC Spannungsversorgung. Das Gate wird mit +/- 15 V angesteuert.

Ich habe noch ein bißchen herum simuliert. Es gibt IGBTs, bei denen klappt die Ansteuerung, wie in meiner vereinfachten Schaltung einige Posts weiter oben. Wenn ich bei diesen am Gate ein zu hochfrequentes signal anlege, verzögert sich sowohl EIN- als auch AUSschaltzeit. Und nicht nur die Ausschaltzeitzeit. Was ja auch Sinn macht. Bei meinem Problem habe ich aber eine wunderbare und sehr schnelle Einschaltzeit, aber das Ausschalten ist um ein vielfaches verlangsamt (Grafik aus dem von mir geposteten Link). Ich glaube also eher gesagt nicht, dass ich den IGBT zu schnell ansteuere (Auch aus dem Grund, dass die andere Treiberschaltung ein ähnliches Signal ausgibt, bei dem lediglich die Flanken etwas steiler sind, als bei meiner realen Treiberschaltung aus Post #2).

[Ceos]

http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-9020.pdf

auf seite 23 sind ein paar sehr interessante schaltungen, auch mit irgendwas mit entladung, theoretisch müsstest den unteren pfad weglassen können, wenn du unipolar arbeitest