Gate Drive Transformer TVS-Dioden werden heiß

Hallo!

Bin schon seit längerem damit beschäftigt Induktionserhitzer zu bauen. Am Anfang waren es eher kleinere Aufbauten mit einer Ausgangsleistung von 50-200W, dann kam ich schon in den Bereich von ca.1kW und nun nach vielen Tests und Experimenten möchte ich nun noch ein 2kW Modell bauen.

Der Grundaufbau besteht aus einer IGBT-Halbbrücke und einem Parallelschwingkreis aus HF-Cap und der Induktionsspule.
Als Ansteuerung verwende ich einen GDT, der im Verhältnis 1:1, bifilar auf einen Ferrit-Ringkern (10Wdg.) gewickelt wurde und ein Rechtecksignal von +/- 20V herausgibt (ca.40kHz). An den Gate's der IGBT's befinden sich 22V TVS-Dioden (1,5KE22CA, bidirektional). Die IGBT's sind die SKM400GAL124D (1200V, 570A, 30nF Eingangskapazität).

Nun tritt das Problem auf, dass sich die TVS-Dioden sehr stark erhitzen. Nach einigen Test's habe ich herausgefunden, dass die TVS-Dioden nur heiß werden, wenn die Gate's der IGBT's mit angeschlossen sind. Nach weiteren Experimenten, in denen ich die Eingangskapazität der IGBT's durch Folienkondensatoren simuliert habe, habe ich am Oszi erkennen können, dass sich dadurch ein Schwingkreis aufbaut (siehe Bild) und die Spannungsspitzen entstehen, die die TVS-Dioden so heiß werden lassen. Trotz weiteren Messungen habe ich noch keinen Lösungsansatz für diese Problematik finden können. Da GDT's ja häufig zur Ansteuerung, auch von großen IGBT's verwendet werden, frage ich mich ob ich irgendwas grundlegendes falsch mache? Habt ihr evtl. Erfahrungen diesbezüglich?

Danke für jede Hilfe!

Gruß
Dennis

Hallo!

Wegen fehlender Erfahrung mit IGBT's kann ich nur theoretisch helfen versuchen. Ich stelle mir das wie folgt vor:

Code:

---

    ---. ,-----+-----+-----+      Lt = Induktivität der Wicklung
        )|(    |    |    |
        )|(    |    |    |      Cg = Gatekapazität von IGBT
        )|(    |    |    |
        )|(    |    |    |      DX = Schutzdioden
        )|(    |    |    |
        )|(    V    z    ---
        )|( Lt  z D1  A D2 --- Cg
        )|(    |    |    |
        )((    |    |    |
        )|(    |    |    |
        )|(    |    |    |
        )|(    |    |    |
        )|(    |    |    |
    ---' '-----+-----+-----+

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---

Die auf dem Oszibild auf der rechteckiger Spannung sichtbare Schwingungen stammen am wahrscheinlichsten aus dem per LtCg gebildetem Schwingkeis und könnten durch frequenzselektives "Unterbrechen" des Schwingkreises per auf ihre Frequenz abgestimmten Schwingkreis LpCp stark gedämpft werden:

Code:

---

                Cp

                ||
            +---||--+
            |  ||  |
            |  ___  |
    -. ,---+-|___|-+---+-----+-----+
      )|(  |  Rp  |  |    |    |
      )|(  |  ___  |  |    |    |
      )|(  +--UUU--+  |    |    |
      )|(              |    |    |
      )|(      Lp      |    |    |
      )|(              V    z    ---
      )|( Lt            z D1  A D2 --- Cg
      )|(              |    |    |
      )((              |    |    |
      )|(              |    |    |
      )|(              |    |    |
      )|(              |    |    |
      )|(              |    |    |
    -' '---------------+-----+-----+

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Sollten die Schwingungen damit unausreichend gedämpft sein, könnte man noch versuchen sie durch per auf ihre Frequenz abgestimmten Schwingkreis LsCs frequenzselektiv "kurzschliessen":

Code:

---

                Cp

                ||
            +---||--+
            |  ||  |
            |  ___  |
    -. ,---+-|___|-+---+-------+-----+-----+
      )|(  |  Rp  |  |      |    |    |
      )|(  |  ___  |  C|      |    |    |
      )|(  +--UUU--+  C| Ls  |    |    |
      )|(              C|      |    |    |
      )|(      Lp      |      |    |    |
      )|(              ---      V    z    ---
      )|( Lt          --- Cs  z D1  A D2 --- Cg
      )|(              |      |    |    |
      )((              .-.      |    |    |
      )|(              | | Rs  |    |    |
      )|(              | |      |    |    |
      )|(              '-'      |    |    |
      )|(              |      |    |    |
    -' '---------------+-------+-----+-----+

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Meine vorgeschlagene Lösungen müssen in der Praxis verifiziert werden, ob sie die gewünschte Verbesserung bringen. ;)

Hallo PICture!

Vielen Dank für deine Antwort :)!
Die Idee, die unerwünschten Schwingungen durch abgestimmte Schwingkreise herauszufiltern, ist sehr gut!
Ich werde dies aufjedenfall in der Praxis ausprobieren und davon berichten.

Grüße
Dennis