Synchrongleichrichtung mit MOSFETs

**echo** · 19.01.2009, 20:13

Moin,

ich benötige zum betrieben einer kleinen elektrolysezelle eine Spannung von ca 12V @ 100A . Die Zelle besteht eigentlich aus 2 Zellen, sodass jede Einzelle ne Spannung von 6V erhält.

Bitte keine Warnhinweise zu Wasserstoff/knallgas, etc. , ich bin mir im klaren um was es sich handelt, aber da auch schon Erfahrung. Oder anders gesagt: Ich erkläre hiermit das ich selbst schuld bin wenn später gliedmaßen fehlen.

Die 100A stellen lediglich den Spitzenstromwert da, nur für Experimente für kurze Zeit. Um die 12V/100A zu erhalten verwende ich einen umgewickelten Ringkerntrafo. Da nun aber eine ungesteuerter Silizium-Brückengleichrichter zuviel Leistung bei dem hohen Strom verbraten würde, wäre es mir lieb einen Synchrongleichrichter zu bauen.

Das Problem ist nur das MOSFETs so nicht als Diodenersatz verwendbar sind, sie benötigen eine relativ hohe Drain-Source-Spannung zum durchschalten, sodass kurz nach Nulldurchgang kein Durchschalten des MOSFETs erfolgt.
Meine frage is nun wie man das Problem umgehen kann. Hatte dran gedacht die MOSFETs positiv vorzuspannen am Drain, sodass er auch kurz nach Nulldurchgang schon durchschaltet. Weiß aber nicht ob das so funzen könnte, SW-Cad-MOSFET-Models sind eben nich für solche realitätsnahen kritischen Punkte zu gebrauchen.

Mit freundlichen Grüßen,

Echo

**nikolaus10** · 19.01.2009, 20:38

So etwas hatten wir vor ein paar Wochen schon einmal.
Unabhaengig von deinem Synchrongleichrichter wurde dort als Loesung ein Eltroschweisgerat vorgeschlagen.
Koenntest du nicht die Secundaerwicklung in den Drainkreis legen und dann einen Halbwellengleichrichter simulieren?

**Besserwessi** · 19.01.2009, 22:48

Die Drain Source Spannung ist nicht das Problem, die kann bis auf ein paar mV runter gehen. Die SW Cad MOdelle sollten dafür durch aus Ausreichend sein. Man wird die Gate Spannung aus einer unabhängigen Quelle besorgen müßen, z.B. zusätzliche Wicklungen des Trafos. Immerhin hat man ja nur eher kurze Strompulse mit Pausen dazwischen, das vereinfacht die Steuerung.

Allerdings sollte man bei so hoher Leistung keine normalen Trafo/Gleichrichter kombination mehr nutzen. Das gibt ziehmlich heftige Stromspitzen und damit einen sehr schlechten Power Faktor. Für neue, normale kommerzielle Netzteile ist ab 50 W ein deultlich besserer Powerfactor vorgeschrieben.

Elektroschweißgeräte sind da auch nicht optimal, denn die sind für rund 30 V Brennspannung ausgelegt und haben auch oft noch normale Dioden als Gleichrichter. Allerdings bei den neuen wenigstens nicht als Brücke.

**echo** · 20.01.2009, 17:24

Hallo,

nochma nachgelesen über die nicht-notwendigkeit ner Mindestspannung zwischen Drain und Source. Jetzt wird mir das meiste wieder klar, Berufsschule is schon lange her xD. Naja Schweißgerät wollte ich nich verwenden, soll schon ne eigenentwicklung werden. Ich werde dafür entsprechende MOSFETs mit entsprechend kleinem RDSon besorgen, so ca 1mR, alles andere bringt sonst wieder zuviel Spannungsabfall. Wenns notwendig wird werde ich die FETs auch noch mit passenden Angleichungswiderständen matchen. Das ganze wird mit nem entsprechenden Controll-IC angesteuert, momentan noch als M2C-Schaltung, also nur mit 2 schaltenden Elementen.

Mit freundlichen Grüßen

**Besserwessi** · 20.01.2009, 18:23

Bei FETs braucht man keine Ausgleichswiderstände, die kann man direkt so parallel schalten. Seperate Widerstände am Gate wären aber eventuell angebracht. Wenn man wirklich beim Trafo und Brückengleichrichter bleiben will, solle man wenigstens hinter den Gleichrichter eine Induktivität schalten, damit der Strom nicht ganz so Scharfkantige pulse macht. Das entlastet die FETs und den Trafo und reduziert die hochfrequenten Störungen im Netz wenigstens etwas.
Bei älteren Schweißgeräten ist die entsprechende Spule manchmal 1/4 so groß wie der Trafo, also gar nicht so klein. Selbst die meisten Ladegeräte für 12 V Batterien sparen selten an der Spule und haben dann als Ausgleich einen sonst antiken Selengleichrichter als zusätzlichen Widerstand.

Ein Gleichrichter so direkt an einem größeren Ringkerntrafo ist sonst problematisch, denn die Elektrolysecellen sollten eine relativ steile Kennlinie habe und ähnlich einem großen Elko wirken.

**echo** · 20.01.2009, 19:52

Danke für die vielen Tips besserwessi^^

Ne Drossel werd ich wohl später einbauen um den strom etwas zu glätten. Ich weiß jetzt allerdings nicht welche HF-störungen ins netz abgegeben werden sollten. Im wesentlichen sollte meine schaltung sekundär die Nulldurchgänge der 50Hz ermitteln und kurz danach die jeweiligen FETs entsprechend voll durchschalten, bis der nächste nulldurchgang folgt wobei der FET abgeschaltet wird und der andere an. Momentan ma n bisschen an der Zelle rumgespielt, bei relativ weitem elektrodenabstand sind schonma 25A bei 4V Zellenspannung drin.

Edit: Achja, womit ich noch n Problem hab sind die internen Freilaufdioden der MOSFETs. Diese sorgen dafür das der Strom nich zur Elektrolysezelle fließt, sondern durch die Diode direkt wieder zum Trafo.

Mit freundlichen Grüßen,

Echo

**Besserwessi** · 20.01.2009, 20:54

Durch die Elektrolysezellen als Last wird unter etwa 2 V je Zelle kaum Strom fließen, darüber aber recht viel. So soll das ja auch sein, wenn die Zellen gut gebaut sind. In der Zeit um den Nulldurchgang der Spannung wird man also eine Zeit keinen Strom haben und dann sowie wenn die Spannung die 2 V je Zelle überschreitet steigt der Strom ziehmlichschnell an und gibt eine recht heftigen Puls, der dann ähnlich plötzlich wieder aufhört. Für das umschalten der FETs ist das praktisch, da kommts nicht so drauf an weil ja ein paar ms Pause bein Strom sind. Für die Netzrückwirkung ist das aber nicht so gut. Wenn das alle so machen hat man fast Rechteckspannung in Netz. Die Störungen sind noch keine richtig HF, sondern mehr so was bei 250 Hz...1 KHz, halt eine Menge der ungraden Oberwellen zu den 50 Hz. Das belastet den Trafo und man bräuchte für die 100A bei 12 V halt schon mehr einen 3000 VA Trafo statt sonst vielleicht 1500 VA. Auch die Trafos und Leitungen der Stromversorgung kriegen zusätzliche Verluste.

**echo** · 20.01.2009, 21:56

Jop, das mit den paar ms in den kein strom fließt bedingt durch die elektrolysespannung(+Überspannung der elektroden) hab ich mir heute auch gedacht, allerdings hätte ich nich gedacht das die Oberwellen und die großen Stromspitzen im Scheitelpunkt den Trafo dann doch so belasten. Naja, schade das ich den trafo noch nicht gewickelt habe sodass ich gucken könnte wie ich ihn exakt auszulegen habe.