IGBT-Stromsenke

Auf einer meiner Schrott-Touren bin ich auf einen alten Frequenzumrichter mit 3 IGBTs gestossen.

Einen davon habe ich verwendet, um eine Stromsenke zu bauen. Das ist im Prinzip nichts anderes als ein geregelter, einstellbarer Widerstand. Nur ist der Widerstand halt ein IGBT ("Mischung" aus Bipolartransistor und Fet)

Der IGBT ist relativ gross und kann bis 400W Verlustleistung ab.
Aufgrund der Kühlungsbedingungen habe ich meine Stromsenke auf 150-200W Verlustleistung spezifiziert.

Der IGBT wird mit einer analogen Regelung stabilisiert. Der Strom wird von einem Shunt zu einer Spannung konvertiert. Ein OPV verstärkt diese. Ein zweiter OPV, lässt sich mit einem Poti regeln. Dieser steuert dann das Gate des IGBT.
Das folgende Bild zeigt den Schaltplan.

Rechts sieht man den Shunt mit dem IGBT. Es kann natürlich auch ein FET verwendet werden, der IGBT wird auf gleiche Weise angesteuert. 
Der Spannungsabfall vom Shunt wird dem linken OPV am nichtinvertierenden Eingang zugeführt. Diese Spannung wird dann verstärkt und dem rechten OPV zugeführt. Mit der Spannungsquelle V2 (durch Poti ersetzbar) wird der Strom durch den IGBT vorgegeben. ("Referenzspannung" für den rechten OPV). Als OPV wurde ein LM324 verwendet. Falls die Schaltung schwingen sollte (abhängig vom IGBT), kann man mit dem "try & error" Prinzip versuchen, die Kondensator- und Widerstandswerte zu ändern, bis es dann klappt :)
Die Betriebsspannung beträgt 12V und muss nicht symmetrisch sein, der LM324 kann das.

Der IGBT wurde auf einen dicken Kühlkörper mit Lüfter montiert. Zu Beginn hatte er noch eine elektronische Auswertung, welche mit einem ATMega8 realisiert wurde. So konnte man Strom, Spannung, Verlustleistung und Temperatur des Kühlkörpers an einem Display ablesen. Das folgende Bild zeigt diesen Aufbau:

Rechts sieht man den massiven IGBT. Auf der linken Seite des Kühlkörpers die Elektronik. Mit den zwei grossen Potis(grob/fein) wurde der Strom durch dne IGBT vorgegeben. Das Display zeigte dann die Infos an. Rechts neben dem IGBT sieht man noch den NTC zur Temperaturmessung. Bei 200W Verlustleistung erhitzte sich der Kühlkörper auf etwa 60°C. 

Hier noch der Gesamtaufbau:

Auf der Unterseite des Kühlkörpers sieht man noch den Lüfter.

Leider ist mir das Display dieses schönen Gerätes aus unerfindlichen Gründen gestorben. Also musste Version 2 gebaut werden.
Diese hatte nun 4 Shuntwiderstände, zweimal zwei parallel geschalten und das Ganze dann seriell. So konnten Ströme bis 20A durchgelassen werden.
Auf den Mega und das Display wurde verzichtet, stattdessen bekam die Stromsenke zwei schöne Potis, ein Gehäuse und schöne Anschlussklemmen. Das Folgende Bild zeigt diese finale Version.

Das Gehäuse war etwas klein für den Kühlkörper, deshalb gucken die Anschlussschrauben des IGBT oben raus... Lustig wirds, wenn ein Schraubenzieher diese Schrauben berührt und eine Autobatterie angeschlossen ist.. brazzzz... und die Shunts verdampfen :)

Die Löcher im Deckel verschaffen dem Lüfter Abluftwege. Angesogen wird die Luft von unten.

Hier noch ein Bild mit offenem Deckel:

Links ist die Elektronik, am rechten Rand sind die 4 Shunts erkennbar.

Diese Stromsenke hat sich als recht praktisch erwiesen, Autobatterien können ratzfatz entladen werden :) und man kann den IGBT auch als regelbaren Widerstand missbrauchen, wenn man z.B. einen Elektromotor steuern will, dann nutzt man den IGBT als Lowside-Treiber und kann den Motor kontrolliert steuern. Nur Mischspannungen funktionieren nicht, man kann also keine Rechteckströme steuern, dann schwingt die Regelung haltlos, es funktioniert nur mit Gleichstrom.

Diese Senke hat mir gut gefallen, deshalb habe ich sowas nochmals gebaut, einfach mit einem dicken FET. Die Schaltung war die gleiche, nur musste das Hühnerfutter etwas angepasst werden, da sie sonst schwang.

Die FET-Stromsenke habe ich z.B. auch genutzt, um den Motor der Propeller Clock zu steuern, nachdem mir der Modellbauregler verdampfte.

Alles in Allem ist sowas also eine nützliche Sache, besonders auch für Modellbauer geeignet, z.B. lassen sich Akkus mit hohen Strömen leeren.