Getakteter Transistor mit ind. Last und Streuinduktivitäten

Getakteter Transistor mit ind. Last
und Streuinduktivitäten
Limberger Franz
Schwandtner Alexander
Angabe
• Gegeben:
–
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Schaltung Skriptum Seite 40 (mit Streuinduktivitäten)
Induktive Last L = 25 mH, R = 40 Ohm
Versorgungsspannung 325 V
Puls-Pausen-Verhältnis p = 0.5
Schaltfrequenz 80 kHz
Streuinduktivitäten: Ls,x zwischen 500 nH und 2 µH
Transistormodell und Diodenmodell vorgegeben
• Aufgabenstellung:
– Dimensionierung der Ansteuerung für den geg. Transistor
– Zeigen und klassifizieren der Auswirkungen der Streuinduktivitäten auf
das Verhalten der Schaltung
– Modifizieren des Halbleitermodells, sodass die hochfrequenten
Schwingungen weitgehend nicht mehr auftreten
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Schaltung
13 Juni 2012
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Dimensionierung
•für Sättigung:
Basisstrom auf IB = 2 A, damit folgt
eine Pulsspannung von VIB = 20 V
und ein erforderlicher Vorwiderstand
von R2 = 10 Ohm.
•für Ein/Ausschaltzeit:
Basisstrom von IB = 2 A muss
während Ausschaltzeit negativ
vorgespannt werden, sonst ist eine
Schaltfrequenz von 80 kHz nicht
möglich.
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Ein – und Ausschaltvorgang
•Ausschaltbeginn bei t0:
Zunächst steigt UCE an bis die Spannung
U0+uDf zum Leiten der Diode erreicht ist.
Ic nimmt ab und gleichzeitig steigt UCE
infolge der Stromänderung in den
Streuinduktivitäten auf Werte oberhalb
der Speisespannung an.
•Einschaltbeginn bei t3:
Der über den Basisstrom gesteuerte
Ic- Anstieg verursacht einen
Spannungsabfall von UCE nach Gl.1 und
steigt kurzfristig auf einen Wert Ic > I0.
Zurückzuführen durch das Ausräumen
der in der Diode gespeicherten Ladung
Qrr (reverse recovery charge).
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UCE = U0 – Lσ * diC/dt
(1)
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls1 = 500nH
Verlustleistung
Mittel
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls1
15 W
2784 W
-373 W
434 V
10.7 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls1 = 2 µH
Verlustleistung
Mittel
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls1
14 W
2756 W
-587 W
802 V
10.8 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls2 = 500 nH
Verlustleistung
Mittel
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls2
16 W
3503 W
-721 W
704 V
11.5 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls2 = 2 µH
Verlustleistung
Mittel
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls2
14 W
2430 W
-747 W
798 V
11.1 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls3 = 500 nH
Auswertung keinen Sinn!
Deshalb auch keine Simulation mit
Ls3 = 2 µH durchgeführt.
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls4 = 500 nH
Verlustleistung
Mittel
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls4
21 W
2059 W
-6 W
341 V
6.6 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Auswirkung mit Streuinduktivität
Ls4 = 2 µH
Verlustleistung
Mittel
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls4
32 W
1474 W
-3 W
344 V
4.8 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Gesamtübersicht Streuinduktivitäten
Mittel
Verlustleistung
Max
Min
UCE
Peak
IC
Peak
ohne
15 W
3100 W
-50 W
326 V
9.7 A
mit Ls1 = 500 nH
15 W
2784 W
-373 W
434 V
10.7 A
mit Ls1 = 2 µH
14 W
2756 W
-587 W
802 V
10.8 A
mit Ls2 = 500nH
16 W
3503 W
-721 W
704 V
11.5 A
mit Ls2 = 2 µH
14 W
2430 W
-747 W
798 V
11.1 A
mit Ls4 = 500nH
21 W
2059 W
-6 W
341 V
6.6 A
mit Ls4 = 2 µH
32 W
1474 W
-3 W
344 V
4.8 A
BUX48: UCE,max = 850 V
Ic,Peak = 30 A
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Änderung des Transistormodells
• Einstellung der Transistorkapazität Cje und Cjc:
Um die hochfrequenten Schwingungen der Schaltung zu
unterdrücken, sollte das Transistormodell verändert werden.
Es stehen folgende Parameter zur Verfügung:
- Cje = Kapazität zw. Basis und Emitter
- Cjc = Kapazität zw. Basis und Kollektor
• Veränderungen nach Einstellung:
Es wurde nun die beiden Kapazitätswerte geändert, aber es konnte
keine Verbesserung festgestellt werden.
Eine höhere Schwingneigung zeigte sich eher, wenn man die
beiden Kapazitäten höher als die voreingestellten Werte wählte.
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