Schneller 2000V/20A Leistungsschalter

Hintergrund

Eine Ausgangstufe ist anzuregen. Es handelt sich um ein LC-Resonanzkreis. Beim Start des Betriebes muss eine hohe Spannung von ca. 4 kVRMS bei einer hohen Frequenz von bis zu 400 kHz generiert werden. In Normalbetrieb arbeitet die Ausgangsstufe dann mit niedrigen Frequenzen (um die 100 Hz). Für die Anregung des LC-Schwingkreises wurde eine kaskadierte Vollbrücke entwickelt. Es gibt  sonst keine Halbleiter die die Anforderungen erfüllen.

Anforderungen

Wie realisiert man einen Schalter, der hohe Sperrspannungen auch im DC-Betrieb hat, kleine Schaltzeiten aufweist und wenig kostet? Eine gute Lösung ist die Kaskadierung von mehreren 650 V-MOSFETs, die gute elektrische Eigenschaften haben und wenig kosten. Dafür braucht man eine schnelle und galvanisch getrennte Signalübertragung und eine galvanisch getrennte Versorgung. Nachdem das System mit einer Versorgungsspannung von 2000 VDC gespeist wird, muss die galvanische Trennung mindestens 2000 VDC dauerhaft aushalten. Die Vollbrücke und ihre zusätzliche Komponenten wurden im Rahmen dieses Projekts entwickelt und erfolgreich in Betrieb genommen.

Kern der Regelung des Systems ist ein DSP der C2000-Familie von Texas Instruments. Diese Rechner sind für die Leistungselektronik ausgelegt und bieten zahlreiche Peripherie, die geeignet sind, um PWM-Signale zu generieren und spezielle Regelungsaufgaben zu erledigen. Während der Startphase muss der LC-Schwingkreis gezielt angeregt werden. Eine Software-PLL wird eingesetzt, um die Frequenz gezielt in der Nähe der Resonanz zu führen.

Ergebnisse

Validierter und funktionsfähiger Prototyp

Weitere Informationen

Datum 28.02.2014
Kategorien Elektronik
Institute ESA
Projektleiter Prof. Guido Piai Clemens Alois Mathis, BSc. FHO Marco Müller