SineWave Dimmer zelf maken: oplossingen naderen...

Waarom zou je een geïsoleerde half-bridge driver willen gebuiken en niet een gewone? In het vorige topic hierover gaf ik ook al een link naar naar het schema van de inverter waar ik toen der tijd mee bezig was:
http://www.meettechniek.info/concept/images/3phase-inverter.gif
Wat is er mis met die MOSFET-driver?

In datzelfde vorige topic vroeg ik me ook af waarom we jou in het topic "DE vermogen/temperatuur-vraag" nooit weer hebben gezien. Blijkbaar lees je graag over het geschrevene heen.

Op 19 april 2007 23:43:02 schreef Freddy:
Waarom zou je een geïsoleerde half-bridge driver willen gebuiken en niet een gewone? In het vorige topic hierover gaf ik ook al een link naar naar het schema van de inverter waar ik toen der tijd mee bezig was:
http://www.meettechniek.info/concept/images/3phase-inverter.gif
Wat is er mis met die MOSFET-driver?

De link die je stuurde kwam op de hoofdpagina uit van je site, geen idee waar ik toen moest gaan zoeken...

In datzelfde vorige topic vroeg ik me ook af waarom we jou in het topic "DE vermogen/temperatuur-vraag" nooit weer hebben gezien. Blijkbaar lees je graag over het geschrevene heen.

Nee, ik vond dat de discussie nutteloos werd, dus welk nuttig doel voor ogen? Het was een vraag waardat we jaren geleden op de Philips eens hebben over gediscussieerd, maar er geen reden voor was, het wiskundige rekenvoorbeeld klopt. (Wet van behoud van energie)

Je hebt nu de goede link naar de inverter. Het toegepaste soort MOSFET-driver is in vele soorten en maten verkrijgbaar en nog goedkoop ook.

Ik haalde dat oude topic aan omdat ik zeer geïntereseerd was naar de wijze hoe de temperaturen bepaald waren. Toegepaste meetmethode's, meetopstelling, gebruikte meetapparatuur enz.
Ik heb later naar aanleiding van dat bewuste topic een artikel geschreven over het meten van temperaturen waarvoor ik dit soort informatie goed kon gebruiken. Ik vroeg me af waarom je niet terug kwam om deze info te delen.

effe sidetrtacken ..

ik las net dat artikel over warmtemeting. eigenlijk nooit stilgestaan bij de meting via de optische temperatuurmeter.

ik gebruik dergelijk instrument regelmatig ( ding van fluke met lasertje erin ) om de behuizingstemperatuur te meten als een compnent in de oven zit. )

de oventemperatuur meten we met een termokoppel ( 2 inch van het te meten object verwijderd ) en dan via ene IR thermometer het de te meten chip zelf .
via een 2vbe binnenin de chip en een digitizer gaan we de echte junctietemperatuur gaan meten ook.

we kennen de stroom en spanning , dus het opgenomen vermogen en kunnen zo de RthJc en RthJA gaan opnemen

nu doen we die meting door een glas in de oven. en die Ir thermometer geeft nochthans de juiste indicatie ... ( geverifeerd met thermockoppels die we op de chips lijmden met thermische lijm.

zou dat kijkgaatje geen glas zijn maar quartz of zoiets ?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op vrijdag 20 april 2007 02:05:02

Vincent, dit gaat waarschijnlijk iets te veel offtopic. Je hebt mail.

Freddy, goede info! Dat isoleren is om de veiligheid. Maar ik kan de schakeling evt wel via deze driver aan de IGBT's koppelen en dan de bedieningstoets via een optocoupler scheiden, wat dan weer een extra voeding kost...
Verder vraag ik me af, als je een duty-cycle van 100% hebt met deze driver, dus als de bovenste FET/IGBT in geleiding blijft, hoe word de condensator dan geladen welke de stuurspanning voor diens gate voorziet???

Er zit een speciale PWM-generator voor waar de duty-cycle nooit groter wordt dan zo'n 90%. In de datasheet en applicatiesheet staan vaak ook opties aangegeven met een extra voeding voor de bovenste gatedriver.

Op 20 april 2007 10:22:01 schreef Freddy:
Er zit een speciale PWM-generator voor waar de duty-cycle nooit groter wordt dan zo'n 90%. In de datasheet en applicatiesheet staan vaak ook opties aangegeven met een extra voeding voor de bovenste gatedriver.

Heb de datasheet eens bekeken. Met dit IC kan ik dus niet het 0-100% bereik halen uit de lampen, is wel jammer... Die geintegreerde dead-time is wel handig om kritische timing en dus vonken te voorkomen... ik ben er nog niet helemaal uit welke te gebruiken.

Maar, Freddy, waar heb je dat gezien van die 10 tot 90% duty cycle? Ik heb dat nergens in de datasheet gevonden. Er staan wel allemaal tips en berekeningen om de capaciteit van de BootCondensator te berekenen, dus miss kan het wel? Als ik een tijd van 10ms kan overbruggen is alles ok. De IGBT die ik wil gebuiken heeft een gatecapaciteit van 1560pF. Het geheel word gevoed op een gelijkgerichte, maar NIET afgevlakte wisselspanning, dus met top 325 volt. Dit zou geen probleem mogen zijn als ik een diode tussen de voedingslijn plaats.

Voor diegene die zouden willen helpen, het concept dat ik voorhaan gepost had kan niet werken zoals de commercieel verkochte dimmers, maar ik heb iets anders gevonden.
De trap die ik nu heb getekend. (link onderaan in de post) Enkel heb ik nu verschillende "floating voltages" nodig om de FET's/IGBT's te kunnen sturen. Het nieuwe concept haalt ook een hoger rendement! Voor de geinteresseerden wil ik wel eens een schema posten om te brainstormen over de Gate-aansturing van de eindtrap, want dan komt de kat op het koord...

Dit is de stuurtrap zoals die zou moeten zijn. FET's of IGBT's kan je zelf kiezen. Onder 500 watt zou ik FET's nemen en erboven IGBT's. Q1 en Q2 ("Buck"-gedeelte)moeten gelijktijdig aangestuurd worden, net zoals Q3 en Q4 ("Boost"-gedeelte) bij Wisselspanning. De dioden dienen om de stroom over te nemen als de FET/IGBT een stroomstoot in inverse richting krijgt, zoals bij inductieve en capacitieve belastingen. Een nuldetectie-schakeling is bij deze opstelling overbodig.

http://www.uploadarchief.net/files/download/sinewavedimmer3.jpg

[Bericht gewijzigd door Wiebo op woensdag 25 april 2007 19:47:21

ok, de zooi schijnt feilloos te werken, enkel de FET's worden veel te heet naar mijn zin, maar daar vind ik wel iets op. miss een buffertrapje plaatsen? Volgens de datasheet is de output van de FET driver (ADUM1230) voor gates tot 200pF, maar van mijn MOSFETs is dit ongeveer 1260pF. Afschakeltijd is 400ns, welk ik veel te traag vind. Ik gebruik de IRFZ44N. Iemand een idee hoe ik dit kan verkorten?

Echt een perfekte modulatie van de aangeboden spanningsvorm, sinus, gelijkgerichte AC, DC, puls, triangle, alles kan je dimmen. Het uitgansfilter blijft ook mooi klein bij 78,125kHz. Miss post ik dit wel eens op een "Show your projects"-pagina. Thanks to the samples of the ADUM1230 van Analog Devices )

Je werkt toch met de netspanning? Hoe kan het dan goed gaan met de IRFZ44, die kan max. 60V hebben.

Op 7 mei 2007 13:08:26 schreef Zonnepaneeltje:
Je werkt toch met de netspanning? Hoe kan het dan goed gaan met de IRFZ44, die kan max. 60V hebben.

ja, klopt, maar deze is nu in "testfase" nog achter een transfo aangesloten. Zo ineens op de netspanning vind ik maar niks, zeker niet als de dead-time verkeerd gekozen is, dan kan het wel eens gaan vonken... Als alles goed werkt op een lage spanning gaan we over op netspanning en enkele 400 volt FET's of 600 volt IGBT's.

ok, ben weeral wat wijzer. Het uitgangsfilter welk ik gemaakt heb bestaat uit 2 kleine spoeltjes (niet symmetrisch) en 2 2X-condensatoren. Hij filtert de 78,125kHz perfekt weg. Er is zelfs niets meer van te zien op de scoop, zelfs niet op de kleinste tijds of spanningsinstelling. Mooi dus. De ADUM1230 MOET magnetisch worden afgeschermd en zo ver mogelijk van het uitgangs filter geplaatst worden, omdat de ADUM1230 met een soort "magnetische" koppeling werkt, en dus verstoord word door de hoogfrequente pulsen van het filter. Zonder dit ging bij belasting (of stroom door je filter) de driver (dat ADUM1230 geval) over zijn nek en spouwde rotzooi naar de gates van de FET's uit, waardoor deze teveel in lineair gebied werkten en dus flink heet werden. Een stukje aluminium tape rond de driver loste dit al op bij m'n proefmodel. Verder moet er nog een buffertrapje geplaatst worden. Er worden 4 N-channel FET's gebruikt, waarvan 2 voor de toevoer (Buck-trap) en 2 om de uitgang te kortsluiten (boost-trap) Telkens 2 stuks voor de stroom in beide richtingen te kunnen verwerken. De gate's hangen met 2 aan elkaar, welk de gate-capaciteit naar zo'n 2x1500 pF brengt. (factortje 15 teveel) De driver is geschikt voor 200pF, dus ik hoop dat dat buffertrapje veel gaat afdoen. Op de scoop las ik een uitschakeltijd van 400ns af, dus te lang in lineair gebied!
Het leuke is, door dit soort Buck-Boost combinatie te gebruiken worden zelfs de eventuele faseverschuivingen naar het net doorgesluisd!! Mooi toch? Er is alleen nog heel veel werk aan om alles op punt te krijgen, maar ik het vertrouwen in een heel goed resultaat. Miss post ik vroeg of laat eens een schema. Als controller is een PIC16F690 gebruikt, welke een ingebouwde "dead-time" heeft en geconfigureerd is als half-bridge.

Is er toevallig een FET-specialist in de buurt? Raar probleem. Als ik de eindtrap volledig uitstuur (100%) dan blijven de FET's koel, net zoals bij geen uitsturing. Maar ga ik dimmen dan worden ze heet. Voor de duidelijkheid heb ik een voorlopig schema gepost. Ik kan de gate-spanningen op de scoop zichtbaar maken. In en uitschakeltijd is nu 200ns, en de deadtime staat op 400ns, dat zou vlot tijd genoeg moeten zijn om geen shoot-through te krijgen. Het uitgangsfilter heb ik er ook eens uitgegooid, geen verschil. Als belasting gebruik ik een halogeenlampje. de FET's zijn IRFZ44N met een Ron van 22mOhm, wat zeer laag is. De dioden (D5, D6, D7 en D8) mogen in principe weg, omdat deze reeds in de FET's aanwezig zijn en de maximale Drain-Source stroom kunnen verwerken, zelfs op 100% belasting worden de FET's niet warm, dus de diodes kunnen het ook niet zijn. Zou het kunnen dat door het buffertrapje nog steeds 700mV op de Gate blijft staan waardoor de FET nog niet helemaal uit geleiding is?

http://www.uploadarchief.net/files/download/sinewave%20dimmer.pdf

D6 en D8 staan verkeerd om. Dus al sper je Q6/Q8, toch zal er veel stroom lopen via gnd ipv door de belasting.

Thanks voor je antwoord. Maar bekijk het schema nog eens aandachtig? Deze trap stuurt wisselspanning, en D5 tot D8 nemen de inverse stroom over die anders door de FET gaat. De FET's hangen met de Sources aan elkaar, dus D6 en D8 staan goed. Ik heb deze trouwens weggelaten, was niet nodig want er zitten prima dioden in de FET's. Maar de vraag blijft... Zou het beter zijn om de Gate's tot een negatieve spanning te trekken? En zo ja, hoeveel?? Zou het die 700mV kunnen zijn die op de Gate blijft staan wanneer de FET uit zou moeten zijn??? (ik denk dit omdat bij volle uitsturing of geen uitsturing de FET's koud blijven, zelfs bij een flink uitgangsvermogen)

[Bericht gewijzigd door Wiebo op vrijdag 11 mei 2007 19:28:43

Maak me gek... Volgens mij is dit niet de methode.
Wat de fets betreft: Zie de datasheets.

BTW, wat concept betreft ga ik met Freddy mee.

Die fets doen al niks meer bij 2Volt UGs dus dat is het probleem niet.
Fets aansturen met een BC547/BC557 is geen goed idee. Die kunnen de piekstroom voor de gates niet leveren.
Neem een echte fet-driver.

@ Henry S:
Hierover staat niets in de datasheet, wel dat de gate max. 20 volt mag hebben, maar bij 10 volt haal je er al het maximum uit. Ik heb het zo vroeger toch geleerd (in theorie) dat je een FET enkele volts onder de source-spanning mag "Afknijpen".

@ Zonnepaneeltje:
Het probleem zit het hem niet in de driver of die BC transistoren, maar in de opbouw van het trapje welk de gate's aanstuurt... Enfin, ik pruts nog even verder De gatedriver die Freddy gebruikt werkt heel goed, voor motorsturingen ja, maar voor licht... :s

Op 11 mei 2007 19:34:16 schreef Henry S.:
Maak me gek... Volgens mij is dit niet de methode.
Wat de fets betreft: Zie de datasheets.

Het werkt!!! 12 doorgebrande FET's en 8 zekeringen verder werkt het! (weliswaar nog achter een transfo :s)
Idd, je had gelijk, ik heb het uitvoerig getest en ze hebben maximale Drain-Source weerstand bij 3,4 volt, dus er was geen shoot-through. Het probleem zat het hem in de dead-time. De PIC kan minimaal 200ns hebben, wat veel teveel is. De induktiespanningen van de spoel van het uitgangsfilter staan in serie met de ingangsspanning (netspanning) en de spanning over de FET's werd veel te hoog waardoor ze kapot gingen. Nu heb ik de dead-time op 0 gezet, geen problemen meer! Een onbelaste tranformator kan je ook perfekt dimmen, evenals belast, en alles blijft redelijk koel. Morgen als ik tijd heb ga ik meten of de faseverschuiving netjes naar de netspanning word doorgesluisd, dat zou deze trap toch moeten doen. Het lag dus niet aan de driver of de buffertrapjes met BC547-BC557 transistoren. (deze worden in het uiteindelijk ontwerp vervangen door sterkere types, zoals de BC639 en de BC640, ook al volstaan deze)

Nu nog iets anders... Het uitgangsfilter, hier ben ik echt niet goed in. De PWM frequentie is 78,125 kHz en ik gebruik 5Amp spoelen van 100µH. Welke condensator ga ik moeten nemen om tot resonantie te komen, zodat de FET's zo weinig mogelijk inductiespanningen over hun nek krijgen?
Fr = 1 / 2 x pi x wortel(LxC) en Fr = 78125 Hz en L = 100µH
C=?
=> wortel(LxC) = 1 / 2 x pi x Fr
=> (wortel(LxC))² = (1 / 2 x pi x Fr)²
=> LxC = (1 / 2 x pi x Fr)²
=> C = (1 / 2 x pi x Fr x L)²
=> C = (1 / 2 x 3,1415tralala x 78125 x 0,0001)²
=> C = 415 µF???? Waar gaat het fout?

[Bericht gewijzigd door Wiebo op woensdag 16 mei 2007 23:34:39

Sorry voor 't schopje, maar ik ben benieuwd of Wiebo tot een werkend prototype is gekomen.

Op 2 augustus 2007 17:33:53 schreef Zonnepaneeltje:
Sorry voor 't schopje, maar ik ben benieuwd of Wiebo tot een werkend prototype is gekomen.

Yup!

Wiebo, dead-time zou niet uit mogen maken, ook niet bij inductieve last. Daarvoor heb je nl de blusdiodes. Zolang het hele zaakje maar niet tegelijk in geleiding gaat, gaat alles goed.

Het probleem zit 'm dus in je blusdiodes. Die je nu hebt toegepast zijn veel-en-veel te langzaam! 1N5405 zijn normale 50Hz rectifier diodes. Je moet iets veel snellers hebben. Dan zou eea niet mogen sneuvelen.

Nog even over het temperatuur verhaal (sorry, als natuurko vind ik dat nou eenmaal mooi):

De kern van het verhaal zit 'm in
1) de eindige warmtegeleiding IN het koellichaam
2) warmteweerstand tor <=> koellichaam

Stel, het contactoppervlak van de tor is 1cm2. Dan wordt bij 10 torren 100W over 10x1cm2 verdeeld, terwijl bij 1 tor die 100W door slechts 1cm2 moet. De weerstand tor <=> koellichaam is dus al 10x zo groot en alleen al daarom wordt de tor een stuk heter.

Daarnaast is slechts bij grove benadering de temperatuur van het koellichaam overal gelijk. Dat is echter zeker niet zo. De *gemiddelde* temperatuur van het koellichaam moet echter wel ongeveer gelijk blijven in beide gevallen. Er moet nou eenmaal 100W getransporteerd worden.

Merk op dat ik de vrije convectie verwaarloosd heb. De lucht rond het koellichaam gaat alleen maar harder stromen bij hogere temperaturen. Hierdoor neemt de warmeweerstand zelfs af (en dat is zeker een significant effect)! De *gemiddelde* temperatuur van het koellichaam bij 1 tor zal dus zelfs iets lager zijn dan de gemiddelde temperatuur bij 10 torren