Synchrongleichrichter

[jb79]

Erst mal kurz, worum es geht:

Bei einem Gleichrichter hat man immer gewisse Verluste an den Dioden. Silitium ca. 0,7V aufwärts, bei Schottky gehts schon bei 0,3-0,4V los, ja nach Type.
Im Bereich der DC/DC Wandler werden Mosfets eingesetzt, die zum richtigen Zeitpunkt durchschalten und damit die Diode ersetzen. Zur Sicherheit ist aber trotzdem eine Diode eingebaut bzw. haben Mosfets die systembedingt schon integriert.
Die "Flußspannung" sinkt dann auf sehr kleine Werte, nimmt man z.B. einen Mosfet mit 50mOhm, so hat man bei 1A nur noch 50mV Flußspannung.
Bei DC/DC Wandlern ist die Ansteuerung dieses Transistors recht einfach, bei einer "netzgeführten" Gleichrichtung schon schwieriger.

Meine Idee ist folgende (für 3-Phasen):
Basierend auf den PowerMos Bausteinen von Panasonic, die einen Optokopplereingang (LED) mit zwei antiseriell geschalteten Mosfets verbinden:

Man baut 6 solcher Powermos Bausteine wie eine B6 Brücke zusammen, sowohl auf der Lastseite als auch auf der Steuerseite des Powermos.
Auf der Steuerseite kommt in Serie mit der internen LED des Powermos noch eine Kleinsignaldiode (z.B. 1N4148).
Der Eingang (wo der Generator drankommt) des Steuerteils und des Lastteils werden miteinander verschalten, an der Ausgang des Lastteils kommt logischerweise an die Last/das Ladegerät, der Ausgang der Steuerseite bekommt eine Konstantstromsenke, man baut also eine kleine Last die bei steigender Spannung trotzdem konstanten Strom zieht, damit die LEDs in den Powermos Bausteinen leuchten.

Damit leuchtet immer genau die LED, über die der Strom fließen kann und schaltet auch im Lastteil genau die entsprechenden Powermos Transistoren ein.

Vorteil des Ganzen: durch die noch weiter reduzierten Flußspannungen setzt der Ladebeginn noch früher ein. Prinzipiell müßte das Ganze auch mit einem Spannungsverdoppler machbar sein.

Schaltung zeichne ich heute am Nachmittag mal, vielleicht kann Mario das mal austesten, der hat glaub ich von den Teilen ein paar rumliegen, hab ihm mal ne PN geschickt.

[andreas]

Hallo Jürgen,

ich sehe an der Sache zwei Probleme. Erstens dürfte es bei kleinen Quellspannungen schwierig sein, die Optoeingänge zu öffnen. Daher ist es ratsam, zum Starten der Schaltung einen normalen Brückengleichrichter parallel zu betreiben. Zweitens ist mir der Einsatzpunkt der Schaltung noch zu undefiniert.

Bei einem einphasigen Gleichrichter sicher gar kein Problem, da kann man hart mit dem Nulldurchgang die Fets schalten, sie überlappen sich zeitlich nicht. Beim mehrphasigen Gleichrichter wird es schwieriger, da sich die Phasen überlappen und so hohe Kurzschlußströme in den Überlappungszeiten der Phasen auftreten können - also immer. Dort wird es sinnvoll sein, die Fets nur in den Sinusspitzen durchzuschalten, wo die entsprechende Sinusspannung einer Phase gerade höher ist als die der vorlaufenden Phase. Will man das direkt nach den Spannungsverläufen auswerten, braucht es wohl einige Komparatoren dazu.

MfG. Andreas.

[jb79]

Wo gibts Kurzschlußstöme zwischen den Phasen beim Drehstromgleichrichter?
Die Powermos Teile sperren nicht bei Nulldurchgang sondern wenn die LED wieder finster ist, nicht wie ein Opto-Triac wenn der Strom wieder 0 ist.
Laut Datenblatt ist außerdem die Einschaltzeit um den Faktor 10 höher als die Ausschaltzeit, die Kommutierung sollte also kein großes Problem darstellen.

Das Leuchten der Dioden bei ganz kleinen Spannungen ist egal da am Anfang einer Sinusschwingung die Spannung sowieso noch zu gering ist um Nutzen zu ziehen, durch die zusätzliche Diode in Serie zur Photodiode schaltet das Ganze ohnehin noch nen Tick später ein und aus.

[andreas]

Hallo Jürgen,

wenn Du die drei Phasen nicht vor den Optoeingängen synchronisierst oder gegenseitig verriegelst, schalten die Fets von immer zwei Phasen gleichzeitig (in der Überlappungszeit der beiden Phasen) durch. Das gibt einen deftigen Kurzen zwischen zwei Phasen.

MfG. Andreas

[jb79]

Also du meinst, daß es so wie in der Zeichnung nicht geht?

Photomos_Gleichrichter.GIF (19.31 KiB) 12007-mal betrachtet

[andreas]

Hallo Jürgen,

leider geht es nicht so simpel, wie gezeichnet. Betrachte bitte mal den Zeitpunkt, an dem 2 Phasen bei gerade gleicher Polarität nicht die gleiche Spannung haben, aber schon durch die Koppler durchgeschaltet sind. Es gibt einen ziemlich großen Abschnitt pro Halbschwingung, wo die Koppler überlappt arbeiten werden. Das darf aber nicht sein, zu jedem Zeitpunkt darf nur genau eine Phase durchgeschaltet werden.

Der Umschaltpunkt von Phase zu Phase sollte dort liegen, wo die Spannungskurve der von der Spitze herunter fallenden Phase die ansteigende Kurve der folgenden Phase kreuzt. Das ist quasi genau der Punkt, an dem beim normalen Brücken-Gleichrichter die Stromübernahme durch die Gleichrichter erfolgt, also der Strom durch sie zu fließen beginnt.

MfG. Andreas

[jb79]

Ja, ist wieder klar. Hab das alles eh mal gelernt, aber gekonnt verdrängt. Elektrische Maschinen und Anlagen (wo auch gesteuerte Gleichrichter vorkamen) war nie wirklich ein Lieblingsfach, einphasiger Schaltungen sind mir lieber und außerdem einfacher zu handhaben.

[andreas]

Hallo Jürgen,

einfacher werden die Überlegungen derart, wenn man sich mal ein passendes Bild dazu nimmt:



Da erkennt man, daß sich schon die Phasen U1 und U2 im positiven Bereich zwischen 120 und 180 Grad überlappen. Will man also nur die positive Halbwelle korrekt durchschalten, müßte man zum Zeitpunkt 150 Grad U1 ab- und U2 einschalten. Dergleichen bei 270 Grad U2 ab- und U3 einschalten.

Nun stelle Dir das Ganze noch einmal ideal gleichgerichtet vor, also die negativen Halbwellen nach oben geklappt. Da wird dann die Spitze von U3 genau in die 150 Grad fallen und der korrekte Umschaltpunkt von U1positiv auf U3negativ liegt dann zwischen 120 und 150 Grad, also bei 135 Grad.

Diese Punkte gilt es zu ermitteln und anzufahren, vielleicht reichen einige Komparatoren und ein wenig Logik dazu aus.

Ansonsten halte ich es für eine gute Idee, dort Optokoppler einzusetzen, aber bitte nicht diese lahmen Opto-Mos-Teile. Gewöhnlich haben die Ausschaltverzögerungen im ms-Bereich, das ist selbst für die paar zig Hertz am Windrad etwas dürftig. Normale Optokoppler und normale Fets scheinen mir die bessere Kombination.

MfG. Andreas

[jb79]

Ok hast mich überzeugt, der Maximalstrom der Photomos Teile ist leider auch recht gering, mit ordentlichen Mosfets im TO220 Gehäuse läßt sich da viel mehr machen.
Würdest du für die oberen Mosfets P-Kanal Typen nehmen oder alles mit N-Kanal und eben eine Hilfsspannung generieren, mit der die Mosfets angesteuert werden können?
Die Logik und die Komperatoren richtig hinzubekommen wird aber schwieriger als ich dachte. Hab erstmal an der korrekten Ansteuerung einer einzelnen Diode herumsimuliert, nur funktioniert das nicht so ganz wie ich es mir vorstelle.

Hast du vielleicht einen Ansatz bzw. eine erste Schaltung?

[simplicissimus]

Hallo Jürgen...
Hier ein Link, wo es um die Synchrongleichrichtung geht und auch einige Erklärungen zu finden sind... Leider nur für Wechselstrom - für Drehstrom hab ich noch nichts gescheites gefunden. Es gibt wohl einige Patente von Siemens in Östereich darüber, aber keiner zeigt die Ansteuerung

http://www.elektronik-kompendium.de/pub ... yncrec.htm

Vielleicht hilft es trotzdem nen bisl...
LG vom Simpli...