Aktiver Gleichrichter

[miniwindi]

Edit jb79: Dieser Beitrag entstammt ursprünglich diesem Thread, habe ihn aber abgetrennt und hierher gespeichert, weil er nichts mit dem ursprünglichen Thema zu tun hat und meiner Meinung nach auch als eigenständiger Beitrag geführt werden kann.

Hier die Schaltung vom aktiven Gleichrichter

[Wilfried]

Hallo Miniwindi,

gibt es zu der Schaltung eine Beschreibung?

Gruß
Wilfried

[jb79]

Nun ja, die Schaltung ist kein kompletter Brückengleichrichter sondern nur als Mittelpunktschaltung zu brauchen (M2 Schaltung).

Mein "Versuch" der Erklärung, hoffe es ist halbwegs verständlich:

Die Schaltung besteht im Prinzip aus 2 aktiven Dioden, die allerdings nicht im Plus-Zweig der Schaltung sind, sondern genau anders herum gepolt sind. Damit ist der Mittelpunkt der Windung nicht mehr Masse sondern +.

M2 mit Mosfets.GIF (14.23 KiB) 13581-mal betrachtet

Der Grund dafür ist die Verwendung von N-Kanal Mosfets, diese benötigen nämlich eine Steuerspannung, die höher ist als das Spannungspotenial auf der Drain-Source Strecke. Das funktioniert nur, wenn man die Mosfets spannungsmäßig in die Masseleitung schaltet.

Schaut man sich nun die oben verlinkte M2 Schaltung, so wird AC1 und AC2 oben und unten an die Spule/den Trafo angeschlossen, AC3 an den Mittelpunkt.
Betrachten wir das Ganze, als wäre nur eine Diode da, die aus F2, D1, R1, P1, R2, IC1a, R7, R9, D3 und T1 sowie den gemeinsam genutzten Widerständen R3/R4 und den Kondensatoren C1-C3) besteht.

M2 mit Mosfets Einzeldiode.GIF (21.1 KiB) 13583-mal betrachtet

Der Transistor T1 würde ohne Ansteuerung wie eine einfache Diode arbeiten, also immer dann leiten, wenn AC3 höheres Potential als AC2 hat. Dann werden die Kondensatoren aufgeladen. Sobald das Spannungspotetial wieder sinkt und geringer wird als die Spannung an der Transistor-Bodydiode und den Kondensatoren sperrt die Transistor-Bodydiode wieder.


Nun zur Steuerung:
Der OPV IC1a arbeitet als Komperator, dessen Schaltschwelle die in der Mitte seiner Versorgungsspannung (Ausgangsspannung) liegt.
Solange das Potential an AC2 höher ist als an AC3 wird die Spannung an Pin 2 durch die Diode D1 auf ca. 0,4-0,4V festgehalten, was sicher unter der IC Versorgungsspannung liegt.
Geht jetzt AC2 gegenüber AC3 ins Negative, so ist D1 gesperrt.
Wenn die Spannung nun weit genug gesunken ist, daß die Bodydiode des Transistors leitend geworden ist steht durch die Serienschaltung von P1 und R1 an Pin2 eine Spannung an, die höher ist als die Referenzspannung an Pin 3 des Komperators. Dadurch schaltet dieser seinen Ausgang auf + und damit auch den Transistor ein. Das Poti dient dabei zur Feinabstimmung, weil sich aufgrund von Bauteiltoleranzen Abweichungen ergeben könnten und sich der Kondensator durch einen zu früh einschaltenden Transistor über diesen zur Spannungsquelle hin entladen könnte.
R7 schützt den Ausgang des Komperators vor zu hohen Schaltströmen aufgrund der Gatekapazität (besonders bei hohen Schaltfrequenzen wichtig), D3 das Gate von T1 vor zu hohen oder zu kleinen Spannungen. R9 hilft bei der Entladung des Gates.

Zum Abgleich: Das Poti wird auf maximalen Widerstand gestellt (später Schaltpunkt, Transistor wird erst spät leitend). Dann dreht man das Poti langsam in die andere Richtung, bis die Spannung ein Maximum erreicht. Dann schaltet der Transistor genau zum richtigen Zeitpunkt.
Zu früh einschalten bedeutet wie schon gesagt teilweises Entladen des Kondensators, beim zu späten Einschalten ist die relativ hohe Flußspannung der Transistor-Bodydiode wirksam bis der Transistor schaltet => höhere Gleichrichtverluste.

[bernhard8]

Ist mal ein guter und überschaubarer Ansatz für diese Problematik.

Folgende Nachteile fallen mir dazu ein:
* Woher werden die OP's versorgt? Geht das mit der Ausgangsspannung? Die OPs vertragen sicher keine allzuhohe Spannung.
* Die maximale Eingangsspannung wird dadurch auch begrenzt (vermutlich auf die +/- 15V
* Der OP ist teuer, wahrscheinlich wird aber so ein Typ gebraucht (Rail to Rail)

[jb79]

Die OPVs werden aus der Ausgangsspannung versorgt und vertragen bis zu 36V. Man kann aber auch eine Z-Diode (z.B. 15V) und einen Widerstand für die IC Versorgung nehmen, dann sind auch höhere Ausgangsspannungen realisierbar. Allerdings sollte man dann auf die Maximalspannung der FETs achten.
Der Typ des OPV ist Rail2 Rail, prinzipiell gehts aber auch mit jedem anderen OPV bzw. eigentlich Komperator. Der vorliegende IC scheint noch dazu eine sehr geringe Leerlaufstromaufnahme zu haben => entlädt den angeschlossenen Akku weniger, man könnte aber den IC mit 2 Dioden, einem Kondensator und der Z-Dioden/Widerstandskombination auch direkt aus der Quelle versorgen mit dem Vorteil, daß die Versorgung des ICs dann aus der Eingangsspannung erfolgt.


Die Eingangsspannung wird nur durch die FETs begrenzt.

[bernhard8]

Weils zum Thema passen könnte ergänze ich diesen Link:
http://www.didactronic.de/stromric.htm

Ich überlege ob nicht eine Gleichrichter-Ladekombination mit Phasenanschnittsteuerung als aktiven, gesteuerten Gleichrichter am Ende einfacher und effizienter wäre. Eine passende Schaltung dafür hab ich aber nicht parat. Es geht aber in die gleiche Richtung wie die Ansteuerung von Mosfets.

[jb79]

Also ein gesteuerter B6 Gleichrichter (B6C) mit Thyristoren würde prinzipiell auch funktionieren, bedenke aber, daß Thyristoren eine weitaus höhere Flußspannung haben als Mosfets oder Schottky Dioden. Die liegt dann meist so um die 2V/Thyristor, außerdem braucht man kräftige Ströme zum Einschalten.

Eventuell könnte man etwas mit IGBTs machen, die sind wie ein Fet per Spannung steuerbar, können aber hohe Spannungen und Ströme schalten wie ein Bipolartransistor (so verhält sich das Teil auch am Ausgang). Sber auch hier gibts leider hohe Flußspannungen.

Für niedrige Spannungen (<50V) kommt man um Powermosfets+Schottky B6 Gleichrichter wohl kaum herum, je höher die Spannung, desto lohnender der Einsatz von IGBTs oder Thyristoren.

[bernhard8]

Ich habe zum Thema passend gerade diesen Artikel gelesen:
http://www.eue24.net/pi/index.php?Story ... leID=13388

Allerdings kommt mir der Chip etwas komisch vor. Ist auch nur schwer zu finden. Vielleicht gibts ja wo einen brauchbaren, fertigen Chip der Mosfets als Brückengleichrichter ansteuern kann.

http://www.icbase.com/pdf/ONS/ONS24940605.pdf

[andreas]

Hallo Bernhard,

ich habe so etwas als B6-Gleichrichter (ungesteuert) mal entworfen und gebaut. Allerdings nur als "kleines" Teil für geringe Ströme und daher kann ich es hier am Windrad nicht wirklich einsetzen - es würde vermutlich bei zu viel Wind aufgrund des Stromes versterben. Da sind aber auch nur Dil4-Fets drauf... Die weitere Erprobung habe ich zurückgestellt, bis ich die drei Phasen per Erdkabel im Bastelkeller habe. Momentan enden die drei Phasen zehn Meter entfernt in einer Feuchtraumdose unter dem Dach und werden von zwei dicken gewöhnlichen Gleichrichterbrücken zu zwei Polen verwandelt.

MfG. Andreas