validierungsbericht validation report dc/dc wandler … · ttlv1 wicklung von hf-trafo 1 ttlv2...

DC/DC – Wandler

DC/DC – Converter

BSC618-24V-A

VALIDIERUNGSBERICHT

VALIDATION REPORT

BRUSA Elektronik AG CH – 9466 Sennwald

[email protected] www.brusa.biz

mailto:[email protected]

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Validierungsbericht BSC618-24V-A Validation report BSC618-24V-A

BSC618-24V-A01_Validation_report_151210 2 / 138

Inhaltsverzeichnis Table of contents

1 Temperaturmessungen 1.1 Terminologie 1.2 Temperaturmessung mit Kühlung 1.3 Temperaturmessung ohne Kühlung

2 Wirkungsgrad und Verluste 2.1 Wirkungsgrad als Funktion der HV- und LV-Spannung 2.2 Wirkungsgradkennfeld als Funktion des LV-Stroms 2.3 Leerlaufverluste im Tiefsetzstellbetrieb 2.4 Leerlaufverluste im Hochsetzstellbetrieb 2.5 Stromaufnahme der Steuerschnittstelle

3 Dynamisches Verhalten 3.1 LV-Spannung Sprungantwort 3.2 HV-Spannung Sprungantwort 3.3 Lastabwurf auf LV-Seite 3.4 Lastabwurf auf HV-Seite 3.5 LV-Strom Sprungantwort 3.6 LV-Spannung Hochfahrvorgang 3.7 HV-Spannung Hochfahrvorgang

4 Regelgenauigkeit 4.1 LV-Spannung als Funktion des LV-Stroms 4.2 HV-Spannung als Funktion des HV- bzw. LV-Stroms 4.3 LV-Spannung als Funktion der HV-Spannung 4.4 HV-Spannung als Funktion der LV-Spannung 4.5 LV-Strom als Funktion des limitierenden LV-Stromreglers

5 EMV-Messungen 5.1 LV-Spannungsrippel im Tiefsetzstellbetrieb 5.2 HV-Spannungsrippel im Hochsetzstellbetrieb 5.3 Frequenzvariation des Hoch-/Tiefsetzstellers

6 Mechanische Tests 6.1 Druckabfall des Kühlkanals

7 Sicherheit 7.1 Trennen des HV-Steckers im Tiefsetzstellbetrieb 7.2 Trennen des HV-Steckers im Hochsetzstellbetrieb 7.3 Kurzschluss auf LV-Seite 7.4 Kurzschluss auf HV-Seite 7.5 LV-Sicherungsdefekt im Hochsetzstellbetrieb 7.6 HV-Überspannungstest

Temperature measurements ................................................ 3 Terminology .................................................................................. 3 Temperature measurement with cooling....................................... 4 Temperature measurement without cooling.................................. 7

Efficiency and losses .......................................................... 10 Efficiency as a function of the HV -and LV-voltage ..................... 10 Efficiency map as a function of the LV-current ........................... 19 No-load losses in buck mode ...................................................... 25 No-load losses in boost mode ..................................................... 29 Current consumption of user interface ........................................ 33

Dynamic behavior .............................................................. 36 LV-voltage step response ........................................................... 36 HV-voltage step response ........................................................... 41 Load dump at LV-side ................................................................. 47 Load dump at HV-side ................................................................ 51 LV-current step response ............................................................ 55 LV-voltage boost-up procedure ................................................... 58 HV-voltage boost-up procedure .................................................. 62

Regulation accuracy .......................................................... 72 LV-voltage as a function of the LV-current.................................. 72 HV-voltage as a function of the HV- resp. LV-current ................. 75 LV-voltage as a function of the HV-voltage................................. 79 HV-voltage as a function of the LV-voltage ................................ 82 LV-current as a function of the limiting LV-current regulator ...... 86

EMC-measurements .......................................................... 90 LV-voltage ripple in buck mode ................................................... 90 HV-voltage ripple in boost mode ................................................. 98 Frequency variation of buck/boost-converter ............................ 103

Mechanic tests .................................................................. 113 Pressure drop of cooling channel ............................................. 113

Safety ................................................................................ 116 Disconnection of HV-connector in buck mode .......................... 116 Disconnection of HV-connector in boost mode ......................... 120 Short-circuit at LV-side .............................................................. 125 Short-circuit at HV-side ............................................................. 129 LV-fuse failure in boost mode ................................................... 134 HV-Overvoltage test .................................................................. 137



1 Temperaturmessun-gen

Temperature measu-rements

1.1 Terminologie Terminology

Die beiden nachfolgend aufgeführten Messungen verwen-deten Abkürzungen beziehen sich auf einzelne Bauteile im Gerät und haben folgende Bedeutung:

The abbreviations used for the shown measurements hereafter are related to certain components inside the de-vice and have following meaning:

NTC-Bezeichnung Beschreibung/Bedeutung

TTLV1 Wicklung von HF-Trafo 1

TTLV2 Wicklung von HF-Trafo 2

TQLV1 Trafostufe, LV Schalter 1

TQLV2 Trafostufe, LV Schalter 2

TQHVTR1 Trafostufe, HV Schalter 1

TQHVTR2 Trafostufe, HV Schalter 2

TQHV1 Hoch-/Tiefsetzsteller, Schalter 1

TQHV2 Hoch-/Tiefsetzsteller, Schalter 2

NTC-designation Description/Meaning

TTLV1 Coil of hf-transformer 1

TTLV2 Coil of hf-transformer 2

TQLV1 Transformer stage, LV switch 1

TQLV2 Transformer stage, LV switch 2

TQHVTR1 Transformer stage, HV switch 1

TQHVTR2 Transformer stage, HV switch 2

TQHV1 Buck/Boost-stage, switch 1

TQHV2 Buck/Boost-stage, switch 2



1.2 Temperaturmessung mit Kühlung

Temperature measure-ment with cooling

1.2.1 Testaufbau Test setup

V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply

AUX-Supply, CAN and RS232 connected via testbox

V

A

Norma Kanal 2

AUX-Supply and CAN connected via testbox

A

mA

BSC618-24V-A

No. 1059

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 328

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

Meters: Brusa-No.: - Fluke Norma 5000: 655

1.2.2 Messaufbau Measurement setup

Temperatur- und Stromwerte werden mittels internem Di-agnosetool des BSC618-24V-A gemessen.

EOL-Arbeitsplatz mit Fluke Norma 5000 (Brusa-Nr. 655) und LV-Speisung.

Temperature and current values are measured with inter-nal diagnosis feature of BSC618-24V-A.

EOL-workplace with Norma 5000 (Brusa-No. 655) and LV-power supply.



1.2.3 Messbedingungen Measurement conditions

Testgerät:

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11” programmiert; stromlimitierend im Tiefsetzstellbetrieb eingesetzt

ILV_lim = 125A

HV-Speisung:

10kW Speisung EA-PS 81000-30 (Brusa-Nr. 642) wird für die Einstellung der HV-Spannung verwendet

UHV = 900V

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 328 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11” programmiert; als Spannungsregler im Hochsetzstellbetrieb eingesetzt

ULV_lim = 23.4V (so eingestellt, damit ULV_act des DUT ca. 24.0V beträgt)

Kühlung (50% Wasser, 50% Ethylenglykol):

Temperatur von Testgerät kontinuierlich erhöht von 25°C bis 75°C mittels Kühlflüssigkeitstemperaturre-gelsystem Julabo FP51 (Brusa-Nr. 415)

Durchflussrate 4l/min

Hilfsgerät mit Hilfe BRUSA-eigener mobiler Wasser-kühlung gekühlt (Durchflussrate nicht spezifiziert).

Device under test:

BSC618-24V-A No. 1059 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; operating as voltage controller in buck mode

ILV_lim = 125A

HV-power supply:

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-No. 642) is used to adjust the HV-voltage

UHV = 900V

Load (auxiliary device):

BSC618-24V-A No. 328 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; acting current limiting in boost mode

ULV_lim = 23.4V (adjusted that way that ULV_act at DUT was approximately 24.0V)

Cooling (50% water, 50% ethylene glycol):

Temperature of device under test continuously in-creased from 25°C to 75°C by coolant temperature regulation system Julabo FP51 (Brusa-No. 415)

Flow rate 4l/min

Auxiliary device cooled by BRUSA-proprietary mobile water cooling system (flow rate not specified).

1.2.4 Ergebnis Result

Das Diagramm unten zeigt auf, dass die LV-Dauerstromfähigkeit bei einer Kühlflüssigkeitstemperatur von 70°C immer noch bei etwa 125A liegt. Wie erwartet, ist die Temperatur der Trafowicklung prinzipiell die kri-tischste in Bezug auf andere. Erst bei einer weiteren Er-höhung auf 75°C schaltet der Wandler ab, um die interne Elektronik auf dem Controllerprint zu schützen. Dies er-folgt bei 81°C aufgrund der beiden Temperaturmessungen (TQHV1, TQHV2) der Buck/Boost-FETs, welche bedingt durch die geringe Eigenerwärmung sehr gut die Umge-bungstemperatur auf dem Controllerprint widerspiegeln.

The graph below indicates that the LV continuous current capability at a coolant temperature of 70°C is still about 125A. As expected, the temperature of the transformer coil is basically the most critical with respect to others. Only if the temperature is now further increased to 75°C, the con-verter switches off in order to protect the internal electron-ics on the controller board. This happens at 81°C based upon the two temperature measurements (TQHV1, TQHV2) of the buck/boost-FETs, which reflect the ambient temperature on the controller print very well due to their lit-tle self-heating.



1.3 Temperaturmessung ohne Kühlung

Temperature measure-ment without cooling


V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA

BSC618-24V-A

No. 1059

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 328

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3



Temperatur- und Stromwerte werden mittels internem Di-agnosetool des BSC618-24V-A gemessen.


Temperature and current values are measured with inter-nal diagnosis feature of BSC618-24V-A.





Testgerät:


ILV_lim = 125A

HV-Speisung:


UHV = 900V

Last (Hilfsgerät):


ULV_lim = 23.6V (so eingestellt, damit ULV_act des DUT ca. 24.0V beträgt)

Kühlung:

Testgerät nicht gekühlt (keine Kühlflüssigkeit im Kühl-kanal)!

Hilfsgerät mit Hilfe BRUSA-eigener mobiler Wasser-kühlung gekühlt (Durchflussrate nicht spezifiziert).

Device under test:


ILV_lim = 125A

HV-power supply:


UHV = 900V



ULV_lim = 23.6V (adjusted that way that ULV_act at DUT was approximately 24.0V)

Cooling:

Device under test not cooled (no coolant in cooling circuit)!

Auxiliary device cooled by BRUSA-proprietary mobile water cooling system (flow rate not specified).


Da die abzuführende Verlustleistung aufgrund des hohen Wirkungsgrads gering ist, werden die Leistungsbauteile überhaupt nicht schnell heiss, sodass es auch nicht zu ei-ner Rückregelung wie sonst üblich aufgrund der LV-FETs kommt. Vielmehr wärmt sich das Gerät relativ homogen auf, sodass es schliesslich erst nach ca. 27 Min. zu einer Abschaltung aufgrund der Buck/Boost-FETs (TQHV1, TQHV2) kommt, um die interne Elektronik auf dem Con-trollerprint zu schützen.

Es wird an dieser Stelle eindeutig festgehalten, dass dies kein regulärer Betrieb des Geräts ist und die Lebensdauer beeinträchtigen kann.

In diesem irregulären Betrieb werden nicht nur die Verlust-leistung abführenden Bauteile, sondern das ganze Gerät heiss. Um sensible Bauteile vor Schaden zu schützen, wird das Gerät abgeschaltet, wenn die Schalter des Hoch-/Tiefsetzstellers ein bestimmtes Temperaturlimit über-schreiten wie im Diagramm gezeigt.

Since the dissipation losses are quite little due to the high efficiency, the power components do not heat up rapidly at all, so that the derating does not take place as usual be-cause of the LV-FETs. The device rather warms up rela-tively homogeneous, which finally results in a shut-down after 27 min. due to the buck/boost-FETs (TQHV1, TQHV2), in order to protect the internal electronics on the controller board.

It is clearly stated that this does not represent a regular operation of the device and might affect the lifetime.

In this irregular mode, not only the loss producing parts but the entire device gets hot. To prevent any damage on sensitive components, the device is switched off, when the switches of the buck/boost-converter exceed a certain temperature limit as shown in the graph.



2 Wirkungsgrad und Verluste

Efficiency and losses

2.1 Wirkungsgrad als Funktion der HV- und LV-Spannung

Efficiency as a function of the HV -and LV-voltage

2.1.1 Tiefsetzstellbetrieb Buck mode

2.1.1.1 Testaufbau Test setup

V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3



2.1.1.2 Messaufbau Measurement setup

EOL-Arbeitsplatz mit Fluke Norma 5000 (Brusa-Nr. 655) und HV-Speisung.

Um den Wirkungsgrad zu ermitteln, werden Spannungen und Ströme zur gleichen Zeit durch einen Printscreen der graphischen Benutzeroberfläche des End-of-Line Prüfplatz festgehalten.

EOL-workplace with Norma 5000 (Brusa-No. 655) and HV-power supply.

In order to determine the efficiency, voltage and current values are captured by a printscreen of the graphical user interface of the end-of-line test station.

2.1.1.3 Messbedingungen Measurement conditions

Testgerät:

BSC618-24V-A Nr. 328 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11” programmiert; als Spannungsregler im Tiefsetzstellbetrieb eingesetzt

HV-Speisung:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11” programmiert; stromlimitierend im Hochsetzstellbetrieb eingesetzt

Kühlung (50% Wasser, 50% Ethylenglykol)

Kühlung beider Geräte

Kühlflüssigkeitstemperaturregelsystem Julabo FP51 (Brusa-Nr. 415)

Temperatur auf 25°C geregelt


Device under test:


HV-power supply:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 125A (adjusted by auxiliary device)




Both devices being cooled

Coolant temperature regulation system Julabo FP51 (Brusa-No. 415)

Temperature regulated to 25°C

Flow rate 4l/min

2.1.1.4 Ergebnis Result

Mit steigender HV-Spannung nimmt der Wirkungsgrad marginal ab, was durch zwar geringe, aber doch vorhan-dene Schaltverluste erklärt werden kann.

The efficiency drops marginally while the HV-voltage is in-creased, which can be explained by switching losses, that are little, but present though.



2.1.2 Hochsetzstellbetrieb Boost mode

2.1.2.1 Testaufbau Test setup

V


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply








2.1.2.3 Messbedingungen Measurement conditions

Testgerät:


LV-Speisung:

6.3kW Speisung SM45-40 (PM: 705) wird für die Ein-stellung der LV-Spannung verwendet

ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

ILV = -125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):


Kühlung (50% Wasser, 50% Ethylenglycol):





Device under test:

BSC618-24V-A No. 328 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; operating as voltage controller in boost mode

LV-power supply:

6.3kW power supply SM45-40 (PM: 705) is used to adjust the LV-voltage

ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

ILV = -125A (adjusted by auxiliary device)


BSC618-24V-A No. 1059 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; acting current limiting in buck mode





Flow rate 4l/min



2.2 Wirkungsgradkennfeld als Funktion des LV-Stroms

Efficiency map as a func-tion of the LV-current

2.2.1 Testaufbau für Tiefsetzstellbetrieb

Test setup for buck mode

V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3



2.2.2 Testaufbau für Hochsetzstellbetrieb

Test setup for boost mode

V


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply








2.2.4 Messbedingungen für Tiefsetzstellbetrieb

Measurement conditions for buck mode

Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 650V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 0A – 125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; stromlimitierend im Hochsetz-stellbetrieb eingesetzt






Device under test:


HV-power supply:


UHV = 650V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 0A – 125A (adjusted by auxiliary device)







Flow rate 4l/min



2.2.5 Messbedingungen für Hochsetzstellbetrieb

Measurement conditions for boost mode

Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 16.0V – 32.0V

ILV = -125A – 0A (eingestellt durch Hilfsgerät)

UHV_com = 650V

Last (Hilfsgerät):





Temperatur kontinuierlich auf 25°C geregelt


Device under test:


LV-power supply:


ULV = 16.0V – 32.0V

ILV = -125A – 0A (adjusted by auxiliary device)

UHV_com = 650V


BSC618-24V-A No. 1059 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”, acting current limiting in buck mode





Flow rate 4l/min


Da die Verluste grundsätzlich aus Leerlaufverlusten (Ver-sorgungsschaltungen, Treiber usw.) und Verlusten beste-hen, die hauptsächlich durch den RDSon der Schalter ver-ursacht werden, nimmt der Wirkungsgrad bei steigendem LV-Strom zuerst rapid zu und fällt dann wieder leicht ab.

Je höher die LV-Spannung bei einem konstanten LV-Strom, umso besser wird der Wirkungsgrad aufgrund des grösseren Leistungstransfers während die Verluste nur minimal ansteigen.

Since the entire losses basically consist of no-load losses (supply circuits, driver etc.) and losses mainly caused by the RDSon of the switches, the efficiency increases first rap-idly and then drops slightly while the LV-current is in-creased.

The higher the LV-voltage at a constant LV-current, the better becomes the efficiency due to the higher power transfer while the losses only slightly increase.



2.3 Leerlaufverluste im Tiefsetzstellbetrieb

No-load losses in buck mode


V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

BSC618-24V-A

328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Metrahit 28S

Meters: Brusa-No.: - Fluke Norma 5000: 655 - Metrahit 28S: 313

Contactor2

Norma Kanal 2

Norma Kanal 1

A


EOL-Arbeitsplatz mit Fluke Norma 5000 (Brusa-Nr. 655) und HV-Speisung. Der HV-Strom wird mit einem Multime-ter MetraHit 28S gemessen.

Um die Verlustleistung zu ermitteln, werden Spannungen und Ströme zur gleichen Zeit mit der Digitalkamera Pa-nasonic DMC-TZ5 (Brusa-Nr. 481) festgehalten.

EOL-workplace with Norma 5000 (Brusa-No. 655) and HV-power supply. The HV-current is measured with a multime-ter MetraHit 28S.

In order to determine the losses, voltage and current val-ues are captured with the digital camera Panasonic DMC-TZ5 (Brusa-No. 481).



2.3.3 Messbedingungen für Leerlaufverluste als Funktion der HV-Spannung

Measurement conditions for no-load losses as a function of the HV-voltage

Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 28.0V

ILV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:


HV-power supply:

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-Nr. 642) is used to adjust the HV-voltage

UHV = 400V – 900V

ULV_com = 28.0V

ILV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min

2.3.4 Messbedingungen für Leerlaufverluste als Funktion der HV- und LV-Spannung

Measurement conditions for no-load losses as a function of the HV- and LV-voltage

Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:


HV-power supply:

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-Nr. 642) is used to adjust the HV-voltage

UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min



2.4 Leerlaufverluste im Hochsetzstellbetrieb

No-load losses in boost mode


V


V Norma Kanal 2

A Meters: Brusa-No.: - Fluke Norma 5000: 655 - Metrahit 28S: 313

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply

A

Metrahit 28S


EOL-Arbeitsplatz mit Fluke Norma 5000 (Brusa-Nr. 655) und LV-Speisung. Der LV-Strom wird mit einem Multime-ter MetraHit 28S gemessen.

Um die Verlustleistung zu ermitteln, werden Spannungen und Ströme zur gleichen Zeit mit der Digitalkamera Pa-nasonic DMC-TZ5 (Brusa-Nr. 481) festgehalten.

EOL-workplace with Norma 5000 (Brusa-No. 655) and LV-power supply. The LV-current is measured with a multime-ter MetraHit 28S.

In order to determine the losses, voltage and current val-ues are captured with the digital camera Panasonic DMC-TZ5 (Brusa-No. 481).



2.4.3 Messbedingungen für Leerlaufverluste als Funktion der HV-Spannung

Measurement conditions for no-load losses as a function of the HV-voltage

Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 650V

IHV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:


LV-power supply:

6.3kW supply SM45-40 (PM: 705) is used to adjust the LV-voltage

ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 650V

IHV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min

2.4.4 Messbedingungen für Leerlaufverluste als Funktion der HV- und LV-Spannung

Measurement conditions for no-load losses as a function of the HV- and LV-voltage

Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

IHV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:


LV-power supply:

6.3kW supply SM45-40 (PM: 705) is used to adjust the LV-voltage

ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

IHV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min



2.5 Stromaufnahme der Steuerschnittstelle

Current consumption of user interface


Shunt: 60mV/200A (1mV/5A tap)

V

EA-PS 9750-25 Brusa-No. 397

750V/25A/9kW

Power Supply V

mV

MM4: Metrahit 29S

A

1) Valid meters: - Metrahit 23S, 28S, 29S - Agilent U1253A Meters: Brusa-No.: - Metrahit 23S: 004, 332 - Metrahit 29S: 401, 404 - Agilent U1253A: 528, 537, 539,

541, 542, 544

BSC624-12V-B

No. 007

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM1: Metrahit 23S 16A unfused

MM21) MM31)

EA-PS 3032-10B Brusa-No. 596

32V/10A

Power Supply

Testbox Brusa-No. 149

AUX-Supply, CAN and RS232 connected

V

A

MM61)

MM5: Metrahit 29S


Da die Steuerschnittstelle im BSC618-24V-A und im BSC624-12V-B dieselben Schaltungsteile versorgt, wer-den keine relevanten Unterschiede in der Messung erwar-tet. Aus diesem Grunde werden dessen Messresultate übernommen.

Die Stromaufnahme der Steuerschnittstelle wird mit einem Multimeter MetraHit 29S gemessen.

Since the control interface of the BSC618-24V-A and the BSC624-12V-B is composed of the same circuit compo-nents, no significant differences are expected in the measurement. For this reason, its measurement results are transferred.

The current consumption of the user interface is measured with a multimeter MetraHit 29S.




Testgerät:

BSC624-12V-B Nr. 007 mit Firmware „SW-FW-BSC6-04-00-00-T04” programmiert; als Spannungsregler im Tiefsetzstellbetrieb eingesetzt

HV-Speisung:


UHV = 0V / 330V

LV-Speisung:

LV-Speisung EA-PS 3032-10B (Brusa-Nr. 596) wird für die Einstellung der AUX-Spannung verwendet

UAUX = 0V – 32.0V

ULV_com = 14.0V

ILV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:

BSC624-12V-B No. 007 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-04-00-00-T04”; operating as voltage controller in buck mode

HV-power supply:


UHV = 0V / 330V

LV-power supply:

LV-power supply EA-PS 3032-10B (Brusa-No. 596) is used to adjust the AUX-voltage

UAUX = 0V – 32.0V

ULV_com = 14.0V

ILV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min



3 Dynamisches Verhal-ten

Dynamic behavior

3.1 LV-Spannung Sprungantwort

LV-voltage step response


Shunt: 60mV/200A

V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply V

mV

MM2: Metrahit 28S: No. 313

1) Valid meters:

- Metrahit 23S, 28S, 29S - Agilent U1253A Meters: Brusa-No.: - Metrahit 23S: 004, 332 - Metrahit 28S: 313 - Agilent U1253A: 529, 537, 539,

541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4

MM31)

No. 529

Lamps: 5 x (2 x 28V/600W in series) parallel

AUX-Supply, CAN connected via interface box


Oszilloskop: Agilent Technologies DSO-X 3014A (PM: 804)

CH1: ULV - PWM Befehl von Mikrokontroller (Differenz-tastkopf Agilent N2772A (Brusa-Nr. 368))

CH2: ULV (Agilent Tastkopf 10:1)

Trigger auf Tastverhältnis von CH1

Oscilloscope: Agilent Technologies DSO-X 3014A (PM: 804)

CH1: ULV - PWM command of microcontroller (active dif-ferential probe Agilent N2772A (Brusa-No. 368))

CH2: ULV (Agilent probe 10:1)

Trigger on duty cycle of CH1




Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 27.0V 28.0V

ILV = 0A / ca. 75A @ ULV = 28.0V

Last:

Lampen 5x (2x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) in Serie) parallel geschaltet



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-No. 653) is used to adjust the HV voltage

UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 27.0V 28.0V

ILV = 0A / app. 75A @ ULV = 28.0V

Load:

Lamps 5x (2x 28V/600W (Brusa-No. 338) in series) connected in parallel



Temperature: 25°C

Pump level 4


Dieser Test soll die Dynamik des Spannungsreglers sel-ber unter Beweis stellen. Aus diesem Grund ist der Span-nungssprung auch nicht grösser gewählt worden. Wäre das nämlich der Fall gewesen, wäre damit nicht nur der Spannungsregler, sondern auch der Stromregler überprüft worden.

Wie die Bilder unten jedenfalls zeigen, ist die Sprungant-wort im Leerlauf schneller als 400µs (10% bis 90%).

This test is dedicated to underline the performance of the voltage regulator itself. Therefore the voltage step has not been chosen bigger. If the voltage step was bigger, not only the voltage regulator, but also the current regulator would be tested.

However, as the graphs below show, the step response at no-load is faster than 400µs (10% to 90%).



3.1.4.1 ILV = 0A ILV = 0A

3.1.4.1.1 UHV = 460V ULV = 27V 28V UHV = 460V; Rise time = 232.3µs

ULV = 28V 27V UHV = 460V; Fall time = 342.3µs





3.1.4.1.3 UHV = 900V ULV = 27V 28V UHV: 900V; Rise time = 269.3µs

ULV = 28V 27V UHV: 900V; Fall time = 337.6µs

3.1.4.2 ILV = ca. 75A ILV = app. 75A







3.1.4.2.3 UHV = 900V ULV = 27V 28V UHV = 900V; Rise time = 347.7us

ULV = 28V 27V UHV = 900V; Fall time = 320.9us



3.2 HV-Spannung Sprungantwort

HV-voltage step response


V


V

1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4 MM2

1)

No. 529

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing) AUX-Supply and CAN connected via interface box

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply

Lamps: 7x 230V/2kW Lamps: 4x 230V/2kW Radiant heater: 3x 230V/2kW in series

6.6mF 2x18mF 5mF

Lead acid battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah



CH1: UHV - PWM Befehl von Mikrokontroller (Agilent Tast-kopf 10:1)

CH2: UHV (Differenztastkopf Testec TT-SI9010 (1000:1) (PM: 765))



CH1: UHV - PWM command of microcontroller (Agilent probe 10:1)

CH2: UHV (active differential probe Testec TT-SI9010 (1000:1) (PM: 765))





Testgerät:


HV-Speisung:

10kW Speisung EA-PS 81000-30 (Brusa-Nr. 653) wird für die Speisung des Hilfsgerät verwendet

LV-Speisung (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; als Spannungs-regler im Tiefsetzstellbetrieb

24V/110Ah Bleibatterie (Brusa-Nr. 378)

ULV = 25.6V (beim Sprung kann die Spannung durch-aus etwas zusammenbrechen)

UHV_com = 460V 470V / 650V 660V / 890V 900V

(resp. 780V 790V)

ILV ist aufgrund des resistiven Verhaltens der Lampen ab-hängig von der kommandierten Spannung

Last:

Leerlauf

Lampen 6x 230V/2kW (für 460V) in Serie geschaltet

Lampen 7x 230V/2kW und 4x 230V/2kW (für 650V) in Serie geschaltet

Lampen 7x 230V/2kW, 4x 230V/2kW und Heizstrahler (für 780V) in Serie geschaltet




Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-No. 653) is used to supply the auxiliary device

LV-power supply (auxiliary device):


24V/110Ah lead-acid battery (Brusa-No. 378)

ULV = 25.6V (during the step the voltage may drop quite a little)

UHV_com = 460V 470V / 650V 660V / 890V 900V

(resp. 780V 790V)

ILV depends on the commanded voltage due to the resis-tive behavior of the lamps

Load:

No load

Lamps 6x 230V/2kW (at 460V) connected in series

Lamps 7x 230V/2kW and 4x 230V/2kW (at 650V) connected in series

Lamps 7x 230V/2kW, 4x 230V/2kW and radiant heat-er 3x230V/2kW (at 780V) connected in series




Temperature: 25°C

Pump level 4




Dieser Test soll die Dynamik des Spannungsreglers sel-ber unter Beweis stellen. Aus diesem Grund ist der Span-nungssprung auch nicht grösser gewählt worden. Wäre das nämlich der Fall gewesen, wäre damit nicht nur der Spannungsregler, sondern auch der Stromregler überprüft worden.

Wie die Bilder unten jedenfalls zeigen, ist die Sprungant-wort im Leerlauf schneller als 450µs (10% bis 90%).

Bei Verwendung der 230V/2kW Lampen als Last zeigt der Regler geringfügige Schwingungstendenzen. Dies liegt daran, dass einerseits eine Lampe eine durchaus heikle Strecke darstellt, andererseits fehlen jegliche externe Kondensatoren auf der Hochspannung.

This test is dedicated to underline the performance of the voltage regulator itself. Therefore the voltage step has not been chosen bigger. If the voltage step was bigger, not only the voltage regulator, but also the current regulator would be tested.

However, as the graphs below show, the step response at no-load is faster than 450µs (10% to 90%).

When using 230V/2kW lamps as a load, the regulator shows marginal oscillation tendencies. This is caused on the one hand by the lamps that are somehow a critical controlled system, on the other hand there are no external capacitors at all on the high voltage.

3.2.4.1 ILV = 0A ILV = 0A

3.2.4.1.1 UHV = 460V 470V UHV_com = 460V 470V; Rise time = 303.4µs

UHV_com = 470V 460V; Fall time = 367.5µs



3.2.4.2 ILV = -90A ILV = -90A

3.2.4.2.1 UHV = 460V 470V UHV_com = 460V 470V, ILV = -90A @470V Rise time = 557.1µs

UHV_com = 470V 460V, ILV = -90A @470V Fall time = 499.8µs

3.2.4.3 ILV = -117A ILV = -117A





3.2.4.4 ILV = -119A ILV = -119A





3.3 Lastabwurf auf LV-Seite Load dump at LV-side


V


V

1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4

MM21)

No. 529

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply

Lamps: For ULV=16V: 7x 28V/600W (all parallel) For ULV=32V: 5 x (2 x 28V/600W in series) parallel

EA-BFC 2000 Brusa-No. 048

Back-feed converter 0 - 80A/60V

Mains

Contactor









Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 16.0V / 32.0V

ILV = 125A (eingestellt durch Netzrückspeisung)

Last:

Netzrückspeisung EA-BFC 2000 (Brusa-Nr. 048)

Lampen 7x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) parallel ge-schaltet für ULV = 16V

Lampen 5x (2x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) in Serie) parallel geschaltet für ULV = 32V



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 16.0V / 32.0V

ILV = 125A (adjusted by back-feed converter)

Load:

Back-feed converter EA-BFC 2000 (Brusa-No. 048)

Lamps 7x 28V/600W (Brusa-No. 338) connected in parallel for ULV = 16V

Lamps 5x (2x 28V/600W (Brusa-No. 338) in series) connected in parallel for ULV = 32V



Temperature: 25°C

Pump level 4




Der Lastabwurf bei maximalem Strom im Tiefsetzstellbe-trieb führt unter keinen Umständen zu einer Beschädigung des Geräts.

Auffallend ist, dass bei einer Sollspannung von 16V der Lastabwurf zu einer wesentlich grösseren Überschwin-gung führt als bei einer Sollspannung von 32V. Darüber hinaus ist die Form des Überschwingers ebenfalls unter-schiedlich.

Der Grund liegt darin, dass bei einer Sollspannung von 16V dem Spannungsregler mehr „Raum“ und Zeit zur Ver-fügung steht, um eingreifen zu können. Es bleibt schliess-lich nur äusserst wenig Zeit, um den Drosselstrom zu re-duzieren.

Bei einer Sollspannung von 32V hingegen hat der Span-nungsregler keine Chance mehr, um einzugreifen. Es wird daher LV-Überspannung detektiert. Das Gerät versucht mehrmals wieder einzuschalten.

The load dump at maximum current in buck mode does not harm the device under any circumstances.

It is conspicuous, that at a commanded voltage of 16V the load dump results in a substantial higher overshoot than this is the case at a commanded voltage of 32V. Moreo-ver, the form of the overshoot is different as well.

The reason is, that at a commanded voltage of 16V the voltage regulator has more “room” and time, in order to take corrective action. There is ultimately not much time left, in order to reduce the choke current.

At a commanded voltage of 32V on the other hand the voltage regulator has just no chance, in order to take ac-tion. As a consequence, LV-overvoltage will be detected. The device repeatedly tries to restart.

3.3.4.1 UHV = 460V ULV_com = 16.0V: Overshoot = 15.8V

ULV_com = 32.0V: Overshoot = 7.6V



3.4 Lastabwurf auf HV-Seite Load dump at HV-side


AUX-Supply and CAN connected via interface box

1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4 MM2

1)

No. 313

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+


2x18mF

Lead acid battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah

Lamps: all parallel 6x 28V/600W

Mains

Contactor



V V









Testgerät:


LV-Speisung:



UHV_com = 460V / 650V / 900V

ILV = -125A (eingestellt durch Netzrückspeisung)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; als Spannungs-regler im Tiefsetzstellbetrieb eingesetzt; ULV_com = 20-22V (von der Batteriespannung abhängig)

Netzrückspeisung (Brusa-Nr. 048)

Lampen 6x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) parallel ge-schaltet




Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


LV-power supply:



UHV_com = 460V / 650V / 900V

ILV = -125A (adjusted by back-feed converter)


BSC618-24V-A No. 1059 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; operating as voltage controller in buck mode; ULV_com = 20-22V (dependent on battery-voltage)

Back-feed converter (Brusa-No. 048)

Lamps 6x 28V/600W (Brusa-No. 338) connected in parallel




Temperature: 25°C

Pump level 4




Der Lastabwurf bei maximalem Strom im Hochsetzstellbe-trieb führt unter keinen Umständen zu einer Beschädigung des Geräts.

Auffallend ist auch hier, dass bei einer Sollspannung von 460V der Lastabwurf zu einer wesentlich grösseren Über-schwingung führt als bei einer Sollspannung von 900V (ca. 92.5V im Vergleich zu ca. 82.75V). Darüber hinaus ist die Form des Überschwingers ebenfalls unterschiedlich.

Der Grund liegt darin, dass bei einer Sollspannung von 460V resp. 650V dem Spannungsregler mehr „Raum“ und Zeit zur Verfügung steht, um eingreifen zu können. Es bleibt schliesslich nur äusserst wenig Zeit, um den Dros-selstrom zu reduzieren. Nach dem Lastabwurf arbeitet das Gerät ohne Probleme weiter.

Bei einer Sollspannung von 900V hingegen hat der Span-nungsregler keine Chance mehr, um einzugreifen. Es wird daher HV-Überspannung detektiert, das Gerät kurzzeitig abgeschaltet und anschliessend gleich wieder eingeschal-tet.

The load dump at maximum current in boost mode does not harm the device under any circumstances.

It is conspicuous here as well, that at a commanded volt-age of 460V the load dump results in a substantial higher overshoot than this is the case at a commanded voltage of 900V (app. 92.5V with regards to app. 82.75V). Moreover, the form of the overshoot is different as well.

The reason is that at a commanded voltage of 460V resp. 650V the voltage regulator has more “room” and time, in order to take corrective action. There is ultimately not much time left, in order to reduce the choke current. The device works normally after this load dumps.

At a commanded voltage of 900V on the other side the voltage regulator has just no chance, in order to take ac-tion. As a consequence, HV-overvoltage will be detected, which results in a temporary shut-down followed by run-ning at 900V HV-voltage.

3.4.4.1 UHV_com = 460V: Overshoot = 92.5V




3.5 LV-Strom Sprungantwort LV-current step response


V


V 1)

Valid meters: - Metrahit 23S, 28S, 29S - Agilent U1253A Meters: Brusa-No.: - Metrahit 23S: 004, 332 - Metrahit 28S: 313 - Agilent U1253A: 529, 537, 539,

541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4 MM2

1)

No. 529

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply

Lamps: 5 x (2 x 28V/600W in series) parallel

LEM: 10mV/A



CH1: ILV_lim - PWM Befehl von Mikrokontroller (Differenz-tastkopf Agilent N2772A (Brusa-Nr. 368))

CH2: ILV (Koax-Kabel (1:1))



CH1: ILV_lim - PWM command of microcontroller (active dif-ferential probe Agilent N2772A (Brusa-No. 368))

CH2: ILV (coax-cable (1:1))



Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 28.0V

ILV_lim = 67A 72A @26.0V

Last:

Lampen 5x (2x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) in Serie) parallel geschaltet



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 28.0V

ILV_lim = 67A 72A @26.0V

Load:

Lamps 5x (2x 28V/600W (Brusa-No. 338) in series) connected in parallel



Temperature: 25°C

Pump level 4




Wie die Bilder unten zeigen, ist die Sprungantwort schnel-ler als 800µs (10% bis 90%).

As the graphs below show, the step response is faster than 800µs (10% to 90%).

3.5.4.1 UHV = 460V ILV_lim = 67A 72A; Rise time = 555.0µs CH2: ILV (20mV/Div = 2A/Div)

ILV_lim = 72A 67A; Fall time = 543.1µs CH2: ILV (20mV/Div = 2A/Div)





3.6 LV-Spannung Hochfahr-vorgang

LV-voltage boost-up pro-cedure


V


1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4

MM31)

No. 529

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply




Mains

Shunt: 60mV/200A

mV


V






3.6.3 Bemerkung zur Messung Comment to measure-

ment

Die Hochfahrtests mit den beschriebenen Lasten sind teilweise Extremfälle und sollen die Leistungsfähigkeit des Geräts untermauern. Die verwendeten Lampen waren beim Einschalten kalt, was einem Kurzschluss entspricht. Allerdings wird eine Lampe schnell warm und ihr Wider-stand nimmt rapide zu. Dieses Verhalten muss der Regler beherrschen.

The performed boost-up tests with the corresponding loads are partially extreme cases and just shall demon-strate the capability of the device. The lamps that were used were cold in the beginning, which corresponds to short-circuit. However, a lamp becomes warm very quickly and its resistor increases rapidly. This behavior must be handled by the regulator.




Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 650V

ULV_com = 28.0V

ILV = 0A / 125A (eingestellt durch Netzrückspeisung)

Last:





Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:


UHV = 650V

ULV_com = 28.0V

ILV = 0A / 125A (adjusted by back-feed converter)

Load:





Temperature: 25°C

Pump level 4


Im Leerlauf werden die beiden Leistungsstufen des Geräts gut sichtbar. Zuerst taktet die Trafostufe und wandelt die verbliebene LS-Spannung auf die LV-Seite. Nach dem Starten des Hoch-/Tiefsetzstellers wird die kommandierte LV-Spannung erreicht.

Da im Tiefsetzstellbetrieb die HV-Spannung schon zu Be-ginn vorhanden ist, läuft die HV-Versorgung bereits, so-dass der gesamte Vorgang schneller als im Hochsetz-stellbetrieb ist.

Im Leerlauf kommt es aufgrund der sehr dynamischen Vorgänge zu einem leichten Überschwingen der LV-Spannung.

In no-load condition both power stages of the device be-come very well visible. In the beginning the transformer stage converts the remaining LS-voltage to the LV side. After the start of the buck/boost-converter the commanded LV-Voltage is reached.

Opposed to the boost-up process in boost mode, the HV-voltage in buck mode is already available in the very be-ginning. Therefore the entire boost-up process is faster.

In no-load condition the very dynamic procedures result in a slight overshoot of the LV-voltage.



3.6.5.1 ILV = 0A (Leerlauf) ILV = 0A (No-load)

Hochlaufzeit: 9.3ms Boost-up time: 9.3ms

Gesamter Hochstartvorgang / Entire boost-up process

Hochlauf Trafostufe / Boost-up transformer stage

Hochlauf Hoch-/Tiefsetzsteller / Boost-up of buck/boost-stage



3.6.5.2 ILV = 125A

Hochlaufzeit: 2.0s Boost-up time: 2.0s





3.7 HV-Spannung Hochfahr-vorgang

HV-voltage boost-up pro-cedure



V

1) Valid meters:

- Metrahit 23S, 28S, 29S - Agilent U1253A Meters: Brusa-No.: - Metrahit 23S: 004, 332 - Metrahit 29S: 401, 404 - Agilent U1253A: 523, 529, 537,

539, 541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 529 MM3

1)

No. 4

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+


EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply

Lamps: 460V: 6x 230V/2kW 650V: 6x 230V/2kW and 4x 230V/2kW in series

2x18mF 5mF

Lead acid battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah

6.6mF

Lamps: 460V/650V: 4x 230V/75W 780V: 6x 230V/75W in series

V

MM21)

No. 523

6.6mF

V




CH2: U1203, Pin 12 (Agilent Tastkopf 10:1)

CH3: ULV (Differenztastkopf Agilent N2772A (Brusa-Nr. 369))

CH4: uC-Enable2 (Agilent Tastkopf 10:1)



CH2: U1203, Pin 12 (Agilent probe 10:1)

CH3: ULV (active differential probe Agilent N2772A (Brusa-No. 369))

CH4: uC-Enable2 (Agilent probe 10:1)


ment


The performed boost-up tests with the corresponding loads are partially extreme cases and just shall demon-strate the capability of the device. The lamps that were used were cold in the beginning, which relates to a short-circuit. However, a lamp becomes warm very quickly and its resistor increases rapidly. This behavior must be han-dled by the regulator.




Testgerät:


HV-Speisung:

10kW Speisung EA-PS 81000-30 (Brusa-Nr. 653) wird für die Speisung des Hilfsgerät verwendet

LV-Speisung (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; als Spannungs-regler im Tiefsetzstellbetrieb



UHV_com = 460V / 650V / 900V resp. 780V

ILV ist aufgrund des resistiven Verhaltens der Lampen ab-hängig von der kommandierten Spannung

Last:

Leerlauf

Elkobox (2x6.6mF in Serie) + Lampen 4x 230V/75W in Serie geschaltet (für 460V & 650V)

Elkobox (2x6.6mF in Serie) + Lampen 6x 230V/75W in Serie geschaltet (für 780V)

Elkobox (2x6.6mF in Serie) + Lampen 6x 230V/2kW in Serie geschaltet (für 460V)

Elkobox (2x6.6mF in Serie) + Lampen 6x 230V/2kW & 4x 230V/2kW in Serie geschaltet (für 650V)




Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-No. 653) is used to supply the auxiliary device

LV-power supply (auxiliary device):




UHV_com = 460V / 650V / 900V resp. 780V

ILV depends on the commanded voltage due to the resis-tive behavior of the lamps

Load:

No load

E-cap box (2x6.6mF in series) + lamps 4x 230V/75W connected in series (at 460V & 650V)

E-cap box (2x6.6mF in series) + lamps 6x 230V/75W connected in series (at 780V)

E-cap box (2x6.6mF in series) + lamps 6x 230V/2kW connected in series (at 460V)

E-cap box (2x6.6mF in series) + lamps 6x 230V/2kW & 4x 230V/2kW connected in series (at 650V)




Temperature: 25°C

Pump level 4




Im Leerlauf werden die beiden Leistungsstufen des Geräts gut sichtbar. Zu Beginn wandelt die Trafostufe die LV-Spannung hoch. Nachdem die HV-Speisung nach ca. 22ms anläuft (gut erkennbar an der Erhöhung des Signals bei CH2), startet dann auch der Hoch-/Tiefsetzsteller leicht verzögert.

Die Messung mit den Elektrolytkondensatoren und den 75W Lampen verdeutlicht, dass die HV-Spannung mit ei-nem annähernd konstanten Strom hochgefahren wird.

Bei maximaler LV-Spannung sowie minimal kommandier-ter HV-Spannung ergibt sich bei Leerlauf ein Überschwin-gen der HV-Spannung. Der Grund liegt darin, dass alleine die Trafostufe die HV-Spannung schon auf ca. 352V (32V x 11) wandelt und der Hoch/Tiefsetzsteller unmittelbar nach dem Einschalten bereits den Sollwert erreicht.

In no-load condition both power stages of the device be-come very well visible. In the beginning the transformer stage boosts up the LV-voltage. After the HV-supply starts operating after app. 22ms (which can be identified by the increase of the signals at CH2), the buck/boost-converter starts as well slightly delayed.

The measurement with the electrolytic capacitors and the 75W lamps points up that the HV-voltage is boosted up with approximately constant current.

At maximum LV-voltage and minimum commanded HV-voltage the actual HV-voltage overshoots. The reason is that the transformer stage itself converts the HV-voltage already to app. 352V (32V x 11) and the buck/boost-stage reaches the commanded value immediately after it switches on.



3.7.5.1 Leerlauf No-load

3.7.5.1.1 UHV_com = 460V







3.7.5.1.2 UHV_com = 650V







3.7.5.1.3 UHV_com = 900V







3.7.5.2 Elkobox (2x6.6mF) + Lampen 4x 230V/75W in Serie geschaltet

E-cap box (2x6.6mF) + lamps 4x 230V/75W con-nected in series

3.7.5.2.1 UHV_com = 460V: ILV = -7A

Hochlaufzeit: 164ms Boost-up time: 164ms



3.7.5.2.2 UHV_com = 650V: ILV = -10A






3.7.5.3 Elkobox (2x6.6mF) + Lampen 6x 230V/75W in Serie geschaltet

E-cap box (2x6.6mF) + lamps 6x 230V/75W con-nected in series

3.7.5.3.1 UHV_com = 780V: ILV = -11A






3.7.5.4 Elkobox (2x6.6mF) + Lampen 6x 230V/2kW in Serie geschaltet

E-cap box (2x6.6mF) + lamps 6x 230V/2kW con-nected in series

3.7.5.4.1 UHV_com = 460V: ILV = -87A






3.7.5.5 Elkobox (2x6.6mF) + Lampen 6x 230V/2kW & 4x 230V/2kW in Serie ge-schaltet

E-cap box (2x6.6mF) + lamps 6x 230V/2kW & 4x 230V/2kW connected in series

3.7.5.5.1 UHV_com = 650V: ILV = -121A






4 Regelgenauigkeit Regulation accuracy

4.1 LV-Spannung als Funkti-on des LV-Stroms

LV-voltage as a function of the LV-current


V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3


EOL-Arbeitsplatz mit Fluke Norma 5000 (Brusa-Nr. 655).

Um die Spannungen und Ströme gleichzeitig zu erfassen, werden die Werte durch einen Printscreen der graphi-schen Benutzeroberfläche des End-of-Line Prüfplatz fest-gehalten.

EOL-workplace with Norma 5000 (Brusa-No. 655).

In order to determine the voltage and current values simul-taneously, the values are captured by a printscreen of the graphical user interface of the end-of-line test station.




Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 650V

ULV_com = 24.0V

ILV = 0A – 125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“; stromlimitierend im Hochsetz-stellbetrieb eingesetzt






Device under test:


HV-power supply:


UHV = 650V

ULV_com = 24.0V

ILV = 0A – 125A (adjusted by auxiliary device)







Flow rate 4l/min


Das Diagramm unten zeigt, dass die Änderung der LV-Spannung als Folge von verschiedenen LV-Stromwerten mit 30mV ziemlich vernachlässigbar ist.

Die kommandierte LV-Spannung wird über einen PWM-Wert vorgegeben, der sich in Abhängigkeit des tatsächli-chen LV-Stroms ändert, um interne Spannungsabfälle zu kompensieren.

The graph below shows, that the LV-voltage variation as a result of different LV-current values is 30mV and therefore quite negligible.

The commanded LV-voltage is set by a PWM-value, which varies depending on the actual LV-current, in order to compensate internal voltage drops.



4.2 HV-Spannung als Funkti-on des HV- bzw. LV-Stroms

HV-voltage as a function of the HV- resp. LV-current


V


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply









Testgerät:


LV-Speisung:

6.3kW Speisung SM45-40 (PM: 705)

ILV = -125A – 0A (eingestellt durch Hilfsgerät)

ULV = 24V

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; stromlimitierend im Tiefsetzstellbetrieb eingesetzt






Device under test:


LV-power supply:

6.3kW power supply SM45-40 (PM: 705)

ILV = -125A – 0A (adjusted by auxiliary device)

ULV = 24V







Flow rate 4l/min


Diese Messung zeigt, dass sich die HV-Spannung über den ganzen Strombereich um weniger als 800mV ändert.

This measurement shows, that the HV-voltage changes less than 800mV over the entire current range.



4.3 LV-Spannung als Funkti-on der HV-Spannung

LV-voltage as a function of the HV-voltage


V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3









Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 24.0V

ILV = 0A / 125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; stromlimitierend im Hochsetzstellbetrieb eingesetzt






Device under test:


HV-power supply:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 24.0V

ILV = 0A / 125A (adjusted by auxiliary device)







Flow rate 4l/min


Diese Messung zeigt, dass die Regelung der LV-Spannung durch die HV-Spannung nicht beeinflusst wird.

This measurement shows that the regulation of the LV-voltage is not affected by the HV-voltage.



4.4 HV-Spannung als Funkti-on der LV-Spannung

HV-voltage as a function of the LV-voltage


V


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply









Testgerät:


LV-Speisung:

6.3kW Speisung SM45-40 (PM: 705)

ILV = -125A / 0A (eingestellt durch Hilfsgerät)

ULV = 16 - 32V

Last (Hilfsgerät):







Device under test:


LV-power supply:

6.3kW power supply SM45-40 (PM: 705)

ILV = -125A / 0A (adjusted by auxiliary device)

ULV = 16 - 32V







Flow rate 4l/min


Diese Messung zeigt, dass sich die HV-Spannung über den ganzen LV-Spannungsbereich um weniger als 300mV ändert.

This measurement shows that the HV-voltage changes less than 300mV over the entire LV-voltage range.



4.5 LV-Strom als Funktion des limitierenden LV-Stromreglers

LV-current as a function of the limiting LV-current regulator


V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3








4.5.3 Messbedingungen für Tiefsetzstellbetrieb

Measurement conditions for buck mode

Testgerät:


ILV_lim = 0A – 125A (eingestellt durch Testgerät)

ULV_com = 30V (nicht aktiv)

HV-Speisung:


UHV = 650V

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“; unterspannungslimitierend im Hochsetzstellbetrieb eingesetzt

ULV_lim = 28.0V (aktiv)

UHV_com = 660V (nicht aktiv)






Device under test:


ILV_lim = 0A – 125A (adjusted by device under test)

ULV_com = 30V (not active)

HV-power supply:


UHV = 650V


BSC618-24V-A No. 1059 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; acting undervoltage limiting in boost mode

ULV_lim = 28.0V (active)

UHV_com = 660V (not active)





Flow rate 4l/min



4.5.4 Messbedingungen für Hochsetzstellbetrieb

Measurement conditions for boost mode

Testgerät:

BSC618-24V-A Nr. 328 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11” programmiert; stromlimitierend im Hochsetzstellbetrieb eingesetzt

ILV_lim = -125A – 0A (eingestellt durch Testgerät)

UHV_com = 660V (nicht aktiv)

HV-Speisung:


UHV = 650V

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“; als Spannungsregler im Tief-setzstellbetrieb eingesetzt

ULV_lim = 28.0V (aktiv)

UHV_lim = 420V (nicht aktiv)






Device under test:


ILV_lim = -125A – 0A (adjusted by device under test)

UHV_com = 660V (not active)

HV-power supply:


UHV = 650V



ULV_lim = 28.0V (active)

UHV_lim = 420V (not active)





Flow rate 4l/min


Diese Messung zeigt, dass der tatsächliche LV-Strom über den ganzen Strombereich im Buck-Mode vom einge-stellten LV-Stromlimit um weniger als 0.15A abweicht.

Im Boost-Mode beträgt die Abweichung maximal 0.85A.

This measurement shows, that in buck mode the actual LV-current deviates from the adjusted LV-current limit by less than 0.15A over the entire current range.

In the boost mode the derivation is in maximum 0.85A.



5 EMV-Messungen EMC-measurements

5.1 LV-Spannungsrippel im Tiefsetzstellbetrieb

LV-voltage ripple in buck mode


AUX-Supply, CAN connected via interfacebox

1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply

Lamps: all parallel 3x resp. 5x 28V/600W V

LISN S/N. 8124400-004

LISN S/N. 8124400-005







ment


The performed boost-up tests with the corresponding loads are partially extreme cases and just shall demon-strate the capability of the device. The lamps that were used were cold in the beginning, which relates to a short-circuit. However, a lamp becomes warm very quickly and its resistor increases rapidly. This behavior must be han-dled by the regulator.




Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 28.0V

ILV = 0A / 67.5A / 112.5A

Bordnetznachbildung (LISN):

Schwarzbeck NNBM 8124-400 (S/N: 8124400-004 und -005) 5uH

Last:

Leerlauf (0A)

Lampen 3x 28V/600V (Brusa-Nr. 338) parallel ge-schaltet (67.5A)

Lampen 5x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) parallel ge-schaltet (112.5A)



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = 28.0V

ILV = 0A / 67.5A / 112.5A

Line impedance stabilization network (LISN):

Schwarzbeck NNBM 8124-400 (S/N: 8124400-004 and -005) 5uH

Load:

No-load (0A)

Lamps 3x 28V/600W (Brusa-No. 338) connected in parallel (67.5A)

Lamps 5x 28V/600W (Brusa-No. 338) connected in parallel (112.5A)



Temperature: 25°C

Pump level 4




Die HV-Speisung (EA-PS 81000-30) verursacht Störsigna-le, welche auch nicht mittels verwendetem Bordnetznach-bildungen gänzlich herausgefiltert werden können. Vor al-lem bei grösseren Strömen machen diese aber den gröss-ten Störanteil aus. In den Messresultaten sind diese Stö-rungen jeweils als Burst zu erkennen. Im Leerlaufbetrieb wirkt die Bordnetznachbildung sehr effektiv als Filter (sie-he Messunten unten).

Der maximale Spannungsrippel beträgt ca. 570mV bei ILV = 67.5A und UHV = 650V.

The HV-power supply (EA-PS 81000-30) causes disturb-ances which cannot be eliminated entirely by the line im-pedance stabilization network being used. However, es-pecially at high current values such account mainly for the disturbances. In the measurment results these disturb-ances can be recognized as burst. In no-load operation the line impedance stabilization network filters very effec-tively (see measurement below).

The maximum voltage ripple is app. 570mV at ILV = 67.5A and UHV = 650V.

5.1.5.1 UHV = 460V

5.1.5.1.1 ILV = 0A

Störpegel: 289mVpkpk Noise level: 289mVpkpk

5.1.5.1.2 ILV = 67.5A




5.1.5.1.3 ILV = 112.5A




5.1.5.2 UHV = 650V

5.1.5.2.1 ILV = 0A


5.1.5.2.2 ILV = 67.5A




5.1.5.2.3 ILV = 112.5A




5.1.5.3 UHV = 900V

5.1.5.3.1 ILV = 0A


5.1.5.3.2 ILV = 67.5A




5.1.5.3.3 ILV = 112.5A




5.2 HV-Spannungsrippel im Hochsetzstellbetrieb

HV-voltage ripple in boost mode


AUX-Supply, CAN connected via interfacebox

V

A

1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM21)

No. 4

A

MM11)

No. 313

Lamps: 7x 230V/2kW Lamps: 4x 230V/2kW in series

6.6mF 2x18mF 5mF

Lead Acid Battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah



CH1: UHV (Differenztastkopf Testec TT-SI9010 (100:1 / 1000:1) (PM: 765))

Oscilloscope: Agilent Technologies DSO-X 3014A (PM 804)

CH1: UHV (active differential probe Testec TT-SI9010 (100:1 / 1000:1) (PM: 765))




Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 25.0V (mit Last ist die Spannung etwas tiefer)

UHV_com = 460V / 560V / 650V / 900V

ILV = ca. 0A / -87A @ 460V / -112A @ 560V

Last:

Leerlauf

Lampen 7x 230V/2kW in Serie geschaltet

Lampen 7x 230V/2kW und 4x 230V/2kW (für 560V) in Serie geschaltet



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


LV-power supply:


ULV = 25.0V (with load the voltage is slightly lower)

UHV_com = 460V / 560V / 650V / 900V

ILV = app. 0A / -87A @ 460V / -112A @ 560V

Load:

No load

Lamps 7x 230V/2kW connected in series

Lamps 7x 230V/2kW and 4x 230V/2kW (at 560V) connected in series



Temperature: 25°C

Pump level 4


Die auftretenden Spannungsrippel bewegen sich im Be-reich von 5.8V und dürften weit unter den Werten liegen, die andere Komponenten im System (z.B.: Fahrumrichter) verursachen.

The occurring voltage ripples are in the range of 5.8V and are likely far below the values, that other components in the system (i.e.: traction inverter) cause.



5.2.4.1 UHV_com = 460V, ILV = -1.5A

Störpegel: 4.02Vpkpk Noise level: 4.02Vpkpk

Testec TT-SI9010 mit 100:1

Testec TT-SI9010 with 100:1

5.2.4.2 UHV_com = 460V, ILV = -87A






5.2.4.3 UHV_com = 650V, ILV = -1.5A




5.2.4.4 UHV_com = 560V, ILV = -112A






5.2.4.5 UHV_com = 900V, ILV = -1.5A






5.3 Frequenzvariation des Hoch-/Tiefsetzstellers

Frequency variation of buck/boost-converter

5.3.1 Tiefsetzstellbetrieb Buck mode

5.3.1.1 Testaufbau für Leerlauf Test setup for no-load

V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

BSC618-24V-A

328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Metrahit 28S

Meters: Brusa-No.: - Fluke Norma 5000: 655 - Metrahit 28S: 313

Contactor2

Norma Kanal 2

Norma Kanal 1

A



5.3.1.2 Testaufbau für Volllast Test setup for full load

V

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 642

1000V/30A/10kW

Power Supply


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3



Für die Messung der Taktfrequenz wird ein Frequenzge-nerator M&R WG-1475 (Brusa-Nr. 347) verwendet, wobei

das Signal PWM2_a (U1107 Pin1 U1107 Pin8) unter-sucht wird.


For the measurement of the switching frequency a fre-quency generator M&R WG-1475 (Brusa-No. 347) is used,

whereas the signal PWM2_a (U1107 Pin1 U1107 Pin8) is investigated.



5.3.1.4 Messbedingungen für Leerlauf

Measurement conditions for no-load

Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:


HV-power supply:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min

5.3.1.5 Messbedingungen für Volllast

Measurement conditions for full load

Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; stromlimitierend im Hochsetzstellbetrieb eingesetzt






Device under test:


HV-power supply:


UHV = 400V – 900V

ULV_com = 16.0V – 32.0V

ILV = 125A (adjusted by auxiliary device)







Flow rate 4l/min



5.3.2 Hochsetzstellbetrieb Boost mode

5.3.2.1 Testaufbau für Leerlauf Test setup for no-load

V


V Norma Kanal 2

A Meters: Brusa-No.: - Fluke Norma 5000: 655 - Metrahit 28S: 313

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply

A

Metrahit 28S



5.3.2.2 Testaufbau für Volllast Test setup for full load

V


V

A

Norma Kanal 2


A

mA


BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Norma Kanal 4

Norma Kanal 1

Norma Kanal 3

SM 45 - 140 PM: 705

45V/140A

Power Supply



Für die Messung der Taktfrequenz wird ein Frequenzge-nerator M&R WG-1475 (Brusa-Nr. 347) verwendet, wobei

das Signal PWM2_a (U1107 Pin1 U1107 Pin8) unter-sucht wird.


For the measurement of the switching frequency a fre-quency generator M&R WG-1475 (Brusa-No. 347) is used,

whereas the signal PWM2_a (U1107 Pin1 U1107 Pin8) is investigated.



5.3.2.4 Messbedingungen für Leerlauf

Measurement conditions for no-load

Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

IHV = 0A (Leerlauf)



Temperatur: 25°C


Device under test:


LV-power supply:


ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

IHV = 0A (no-load)



Temperature: 25°C

Flow rate 4l/min

5.3.2.5 Messbedingungen für Volllast

Measurement conditions for full load

Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

ILV = -125A (eingestellt durch Hilfsgerät)

Last (Hilfsgerät):


Kühlung (50% Wasser, 50% Ethylenglycol):





Device under test:


LV-power supply:

6.3kW power supply SM45-40 (PM: 705) is used to supply the auxiliary device

ULV = 16.0V – 32.0V

UHV_com = 450V – 900V

ILV = -125A (adjusted by auxiliary device)







Flow rate 4l/min



6 Mechanische Tests Mechanic tests

6.1 Druckabfall des Kühlka-nals

Pressure drop of cooling channel


BSC624-12V-B01

No. 319

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

Julabo FP51 Brusa-No. 415

Coolant Temperature Regulation System

Kobold MAN-SF Brusa-No. 352

Digital Manometer

Ball Valve

Pressure Sensor

Pressure Sensor

Outlet Inlet

Flow 8025 Brusa-No. 353

Digital Flow Meter


Da für den BSC618-24V-A dasselbe Gehäuse wie beim BSC624-12V-B01 verwendet wird, werden dessen Mess-resultate übernommen.

Der Druckabfall wird mittels eines Differenzdruckmessge-räts ermittelt, welches über zwei Drucksensoren verfügt und automatisch den Differenzdruck ausgibt.

For the BSC618-24V-A the same casing as in the BSC624-12V-B01 is used, so the measured results are assumed

The pressure drop is measured with a difference-pressure measurement device, that disposes two pressure sensors and automatically displays the difference pressure




Testgerät:

BSC624-12V-B01 Nr. 319 mit Firmware “SW-FW-BSC6-04-00-00 T05” programmiert

Differenzdruckmessgerät MAN-SF (Brusa-Nr. 352)

Durchflussmessgerät Flow 8025 (Brusa-Nr. 353)



Temperatur: -15°C / 0°C / 25°C / 65°C

Pumpenstufe 4

Device under test:

BSC624-12V-B01 No. 319 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-04-00-00 T05”

Pressure difference measurement MAN-SF (Brusa-No. 352)

Flow meter Flow 8025 (Brusa-No. 353)



Temperature: -15°C / 0°C / 25°C / 65°C

Pump level 4


Bei Durchflussraten von 4l/min ist der Druckabfall zwi-schen 16mbar und 42mbar, was sehr viel weniger ist als der max. zulässige Wert (100mbar) gemäss Spezifikatio-nen.

Der Druckabfall ist grundsätzlich unabhängig von der Durchflussrichtung (siehe Messung bei 25°C in umgekehr-ter Durchflussrichtung). Trotzdem ist die Durchflussrich-tung spezifiziert, weil der Kühlkanal eben nicht symmet-risch ist.

At a flow rate of 4l/min the pressure drop is app. between 16mbar and 42mbar, which is much lower than the maxi-mal permissible value (100mbar) according to the specifi-cations.

The pressure drop is basically not depending on the flow direction (refer to measurement at 25°C in opposite flow direction). The flow direction is specified though, since the cooling channel is not symmetrical.

Coolant Inlet (1) Coolant

Outlet (2)



7 Sicherheit Safety

7.1 Trennen des HV-Steckers im Tiefsetzstellbetrieb

Disconnection of HV-connector in buck mode



BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply




Mains



CH1: Interlock-Error Signal (Agilent Tastkopf 10:1)


CH3: UHV (Differenztastkopf Testec TT-SI9010 (1000:1) (PM: 765)). Die HV-Spannung wird zwischen den internen Signalen HS+ und HS- gemessen.

Auf fallende Flanke von CH1 getriggert


CH1: Interlock error signal (Agilent probe 10:1)


CH3: UHV (active differential probe Testec TT-SI9010 (1000:1) (PM: 765)).The HV-voltage is measured across internal signals HS+ and HS-.

Trigger on falling edge of CH1


ment

Dieser Test soll zeigen, dass bei einer fehlerhaften HV-Steckverbindung oder beim Abziehen des HV-Steckers das Gerät einen solchen Fall frühzeitig erkennt, sodass die Leistungsstufe abgeschaltet und ein möglicher Licht-bogen verhindert wird.

Der HV-Stecker wird recht zügig abgezogen.

This test shall show that in case of a faulty HV-connection or if the HV-connector is disconnected the device detects such a case sufficiently in advance and shuts down the power stage so that a possible arc is avoided.

The HV-connector is disconnected quite quickly.




Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = N.A. (CAN-Enable = OFF) / 28.0V

ILV = 0A (CAN-Enable = OFF) / 125A (eingestellt durch Netzrückspeisung)

Last:





Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:


UHV = 460V / 650V / 900V

ULV_com = N.A (CAN-Enable = OFF) / 28.0V

ILV = 0A (CAN-Enable = OFF) / 125A (adjusted by back-feed converter)

Load:





Temperature: 25°C

Pump level 4


Unter keiner Bedingung wurde durch das Abziehen des HV-Steckers ein Lichtbogen verursacht, da durch die vor-eilenden Interlockkontakte ein Fehler erkannt und das Ge-rät abgeschaltet wurde. Nach dem Zurücksetzen des Feh-lers (durch kurzes Wegschalten von Klemme 15) funktio-nierte das Gerät wieder ordnungsgemäss.

Das Entladen der internen HV-Spannung dauert längstens 325ms.

Die Zeitdauer vom Trennen der voreilenden Interlockkon-takte bis zum Trennen der HV-Kontakte hängt von der Geschwindigkeit beim Abziehen des HV-Steckers ab. Die-se Zeit wurde in der Abfallzeit mitberücksichtigt. Sie dau-ert vom Erkennen des Interlock-Fehlers bis die HV-Spannung zu sinken beginnt.

In no condition an electric arc was caused by the discon-nection of the HV-connector, because an error is detected by the leading interlock-contacts and the device was shut down. After the reset of the error (by resetting terminal 15) the device was again fully functional.

The discharge of the internal HV-voltage takes no longer than 325ms.

The time between the disconnection of the leading inter-lock-contacts and the disconnection of the HV-contacts depends on the disconnection speed of the HV-connector itself. This time was considered in the fall time and lasts from detecting the interlock error until the HV-voltage be-gins to drop.



7.1.5.1 Leistungsstufe ausge-schaltet

Power stage switched off

EN (3) = ON

CAN-Enable = OFF

ULV = 0V

ILV = 0A

7.1.5.1.1 UHV = 460V: Fall time UHV = 117.5ms





7.1.5.2 ULV_com = 28V, ILV = 125A 7.1.5.2.1 UHV = 460V: Fall time UHV = 164.0ms

Verzögerungszeit zwischen Erkennen des Interlock-Fehlers bis Deaktivieren von uC-Enable3: 2.74ms Delay time between detection of interlock error and disable of uC-Enable3: 2.74ms





7.2 Trennen des HV-Steckers im Hochsetzstellbetrieb

Disconnection of HV-connector in boost mode



1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4 MM2

1)

No. 313

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+


2x18mF

Lead Acid Battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah


Mains


Back-Feed Converter 0 - 80A/60V

V V



CH1: Interlock-Error Signal (Agilent Tastkopf 10:1)


CH3: UHS (Differenztastkopf Testec TT-SI9010 (1000:1) (PM: 765)). Die HV-Spannung wird zwischen den internen Signalen HS+ und HS- gemessen.

Auf fallende Flanke von CH1 getriggert


CH1: Interlock error signal (Agilent probe 10:1)


CH3: UHS (active differential probe Testec TT-SI9010 (1000:1) (PM: 765)). The HV-voltage is measured across internal signals HS+ and HS-.

Trigger on falling edge of CH1




Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 24.4V

UHV_com = 460V / 650V / 900V

ILV = -125A / 0A (eingestellt durch Netzrückspeisung)

Last (Hilfsgerät):







Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


LV-power supply:


ULV = 24.4V

UHV_com = 460V / 650V / 900V

ILV = -125A / 0A (adjusted by back-feed converter)








Temperature: 25°C

Pump level 4


ment

Dieser Test soll zeigen, dass bei einer fehlerhaften HV-Steckverbindung oder beim Abziehen des HV-Steckers das Gerät einen solchen Fall frühzeitig erkennt, sodass die Leistungsstufe abgeschaltet und ein möglicher Licht-bogen verhindert wird.

Der HV-Stecker wird recht zügig abgezogen.

This test shall show that in case of a faulty HV-connection or if the HV-connector is disconnected the device detects such a case sufficiently in advance and shuts down the power stage so that a possible arc is avoided.

The HV-connector is disconnected quite quickly.




Auch im Hochsetzstellbetrieb wurde durch das Abziehen des HV-Steckers kein Lichtbogen verursacht.

Das Entladen der internen HV-Spannung dauert längstens 239ms.

Wenn der HV-Stecker abgezogen wird, wird ein Interlock-Fehler erkannt, sodass der BSC618-24V ausschaltet. Für den Betriebsfall mit 125A Last sinkt die HV-Spannung dank dem angeschlossenen BSC618-24V-Hilfsgerät rasch ab. Es wird aktiv Energie von der HV- auf die LV-Seite transferiert, solange die Spannung über dem Limitwert UHS_min des Hilfswandlers ist und die HV-Kontakte noch Verbindung haben.

In boost mode no electric arc was caused either by the disconnection of the HV-connector.

The discharge of the internal HV-voltage takes no longer than 239ms.

When the HV-connector is disconnected, an interlock error is detected, so that the BSC618-24V switches off. In case of operation at 125A load the HV-voltage drops rapidly due the connected auxiliary device BSC618-24V. Energy is transferred from the HV- to the LV-side as long as the voltage is above the limit value UHS_min of the auxiliary de-vice and the HV-contacts are connected.

7.2.5.1 ILV = 0A 7.2.5.1.1 UHV = 460V: Fall time UHV = 80.5ms




Verzögerungszeit zwischen Erkennen des Interlock-Fehlers bis Deaktivieren von uC-Enable3: 3.26ms Delaytime between detection of interlock error and disable of uC-Enable3: 3.26ms




7.2.5.2 ILV = -125A 7.2.5.2.1 UHV = 460V: Fall time UHV = 42.8ms

Verzögerungszeit zwischen Erkennen des Interlock-Fehlers bis Deaktivieren von uC-Enable3: 4.65ms Delay time between detection of interlock error and disable of uC-Enable3: 4.65ms





7.3 Kurzschluss auf LV-Seite Short-circuit at LV-side



1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply

Lamps: For ULV=16V: 7x 28V/600W (all parallel) For ULV=32V: 5 x (2 x 28V/600W in series) parallel

Shunt: 60mV/200A

V



Mains

Co

nta

cto

r

mV




CH1: ULV (Differenztastkopf Agilent N2772A (Brusa-Nr. 369))

CH2: UShunt (Agilent Tastkopf 10:1)

CH3: Trigger auf Steuersignal für Schütz (Differenztast-kopf Agilent N2772A (Brusa-Nr. 368)) – Signal ausge-blendet

Oscilloscope: Agilent Technologies DSO-X 3014A (Brusa-No. 804)

CH1: ULV (active differential probe Agilent N2772A (Brusa-No. 369))

CH2: UShunt (Agilent probe 10:1)

CH3: Trigger on control signal of contactor (active differen-tial probe Agilent N2772A (Brusa-No. 368)) – signal is blanked




Testgerät:


HV-Speisung:


UHV = 460V / 900V

ULV_com = 16.0V / 32.0V

ILV = 0A / 125A (eingestellt durch Lampen und Netzrück-speisung)

Last:


Lampen 5x (2x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) in Serie) parallel geschaltet für ULV = 32V

Lampen 7x 28V/600W (Brusa-Nr. 338) parallel ge-schaltet für ULV = 16V



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


HV-power supply:


UHV = 460V / 900V

ULV_com = 16.0V / 32.0V

ILV = 0A / 125A (adjusted by lamps and back-feed con-verter)

Load:


Lamps 5x (2x 28V/600W (Brusa-No. 338) in series) connected in parallel for ULV = 32V

Lamps 7x 28V/600W (Brusa-No. 338) connected in parallel for ULV = 16V



Temperature: 25°C

Pump level 4


ment

Dieser Test soll zeigen, dass im Tiefsetzstellbetrieb bei einem Kurzschluss auf LV-Seite das Gerät unmittelbar da-rauf abschaltet ohne Schaden zu nehmen.

Die resonante Trafostufe weist einen bestimmten Wellen-widerstand auf, sodass bei einem Kurzschluss zu hohe Stromwerte verhindert werden bzw. als Folge davon die LV-Spannung zusammenbricht.

This test shall show that in buck mode in case of short-circuit at LV-side the device shuts down immediately with-out being damaged.

The resonant transformer stage has a certain intrinsic im-pedance which prevents from too high current levels even at short-circuit, resp. as a consequence the LV-voltage will drop.


Das Gerät schaltet unmittelbar nach Eintreten des Kurz-schluss wegen „LV-Undervoltage“ ab. Wird der Kurz-schluss beseitigt, kann das Gerät nach einem Reset wie-der problemlos betrieben werden.

Der Kurzschlussstrom ist auf ca. 560A begrenzt.

The device shuts down immediately due to “LV-undervoltage” after short-circuit is applied. When short-circuit is resolved the device can be operated again with-out any problems.

At short-circuit the current is limited to app. 560A.



7.3.5.1 UHV = 460V

7.3.5.1.1 ULV = 16.0V ILV = 0A

ILV = 125A (lamps & back-feed converter)

7.3.5.1.2 ULV = 32.0V ILV = 0A




7.3.5.2 UHV = 900V

7.3.5.2.1 ULV = 16.0V ILV = 0A


7.3.5.2.2 ULV = 32.0V ILV = 0A




7.4 Kurzschluss auf HV-Seite Short-circuit at HV-side



1) Valid meters:


541, 542, 544

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM11)

No. 4 MM2

1)

No. 313

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+


2x18mF

Lead Acid Battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah


Mains



V V

Co

nta

cto

r



CH1: Trigger auf Steuersignal für Schütz (Differenztast-kopf Agilent N2772A (Brusa-Nr. 369)) – Signal ausge-blendet



CH1: Trigger on control signal of contactor (active differ-ential probe Agilent N2772A (Brusa-No. 369)) – signal is blanked





Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 24.0V

UHV_com = 460V / 650V / 900V

ILV = ca. 0A / -125A (eingestellt durch Netzrückspeisung)

Last (Hilfsgerät):




Kühlung:



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


LV-power supply:


ULV = 24.0V

UHV_com = 460V / 650V / 900V

ILV = ca. 0A / -125A (adjusted by back-feed converter)





Cooling:



Temperature: 25°C

Pump level 4

7.4.4 Bemerkung zur Messung Comment to measurement

Dieser Test soll zeigen, dass im Hochsetzstellbetrieb bei einem Kurzschluss auf HV-Seite das Gerät unmittelbar darauf abschaltet ohne Schaden zu nehmen.

This test shall show that in boost mode in case of short-circuit at HV-side the device shuts down immediately with-out being damaged.


Das Gerät schaltet unmittelbar nach Eintreten des Kurz-schluss aufgrund Erkennen des Fehlers „HV Undervolta-ge“ und teilweise zusätzlich „Int Supply < 11.8V“ ab. Wird der Kurzschluss beseitigt, kann das Gerät nach einem Reset wieder problemlos betrieben werden.

The device shuts down immediately due to detection of the error “HV Undervoltage” and at times additional “Int Supply < 11.8V” after short-circuit is applied. When short-circuit is resolved the device can be operated again without any problems.



7.4.5.1 UHV = 460V, ILV = -2A

Detail am Beginn des Kurzschluss / detail of beginning of short-circuit

7.4.5.2 UHV = 460V, ILV = -123A




7.4.5.3 UHV = 650V, ILV = -2A


7.4.5.4 UHV = 650V, ILV = -123A




7.4.5.5 UHV = 900V, ILV = -2A


7.4.5.6 UHV = 900A, ILV = -123A




7.5 LV-Sicherungsdefekt im Hochsetzstellbetrieb

LV-fuse failure in boost mode



1) Valid meters:


541, 542, 544

MM11)

No. 4 MM2

1)

No. 313

BSC618-24V-A

No. 1059

Auxiliary Device

HV

Control Interface

LV+


2x18mF

Lead Acid Battery

Brusa-No. 378

24V/110Ah

Lamps: 5x 28V/600W all parallel

Mains



V V

BSC618-24V-A

No. 328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

LV-fuse replaced by contactor




Trigger auf steigende Flanke von CH1



Trigger on positive edge of CH1




Testgerät:


LV-Speisung:


ULV = 24.2V

UHV_com = 650V

ILV = -125A (eingestellt durch Lampen und Netzrückspei-sung)

Last (Hilfsgerät):

BSC618-24V-A Nr. 1059 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11“ programmiert; als Spannungs-regler im Tiefsetzstellbetrieb eingesetzt



Kühlung:



Temperatur: 25°C

Pumpenstufe 4

Device under test:


LV-power supply:


ULV = 24.2V

UHV_com = 650V

ILV = -125A (adjusted by lamps and back-feed converter)





Cooling:



Temperature: 25°C

Pump level 4

7.5.4 Bemerkung zur Messung Comment to

measurement

Mit diesem Test wird ein Defekt der LV-Sicherung im Hochsetzstellbetrieb simuliert. Die Problematik dabei ist die, dass die Energie bei maximalem Laststrom von 125A im Zusammenhang mit der Leitungsinduktivität bei 5m Kabellänge durch die wenigen Durchführungskondensato-ren direkt am LV-Ausgang aufgenommen werden muss.

With this test a defect of the LV-fuse in boost mode is simulated. The problem thereby is that the energy at max-imum load current of 125A in conjunction with the induct-ance at 5m cable length must be absorbed by the few feed-through capacitors directly at the LV-output.


Die LV-Fuse – Erkennung detektiert den Sicherungsdefekt und schaltet daraufhin das Gerät ab. Der Sicherungsde-fekt hat aber zur Folge, dass aufgrund der Leitungsinduk-tivität an den LV-Klemmen eine Spannungsüberhöhung von bis zu 37.6V entsteht.

The LV-fuse – detection detects the blown fuse and hence shuts down the device. The defect of the fuse however re-sults in an overshoot of the voltage at the LV-terminals of up to 37.6V which is caused by the cable inductance.



7.5.5.1 LV-Kabellänge zwischen Testgerät und LV-Batterie: 1.6m

LV-cable length between DUT and LV-battery: 1.6m

ULV_max = 36.8V

7.5.5.2 LV-Kabellänge zwischen Testgerät und LV-Batterie: 5.0m

LV-cable length between DUT and LV-battery: 5.0m

ULV_max = 37.6V



7.6 HV-Überspannungstest HV-Overvoltage test



1) Valid meters:

- Metrahit 23S, 28S, 29S - Agilent U1253A 2)

Valid meters: - Metrahit 23S - Agilent U1253A Meters: Brusa-No.: - Metrahit 23S: 004, 332 - Metrahit 28S: 313 - Agilent U1253A: 529, 537, 539,

541, 542, 544

BSC618-24V-A

No.328

Device Under Test

HV

Control Interface

LV+

LV- (Housing)

MM31)

No. 529

EA-PS 81000-30 Brusa-No. 653

1000V/30A/10kW

Power Supply V MM2

2)

No. 4

A

MM11)

No. 313

SM300-10 D Brusa-No. PM: 796

300V/10A

Power Supply

V


Testgerät:

BSC618-24V-A Nr. 328 mit Firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11” programmiert; Gerät im Standby-Betrieb (CAN-Enable = OFF)

HV-Speisungen:

UHV = 1200V / Ilim = 0.25A

10kW Speisung EA-PS 81000-30 (Brusa-Nr. 653) wird für die Einstellung der HV-Spannung verwendet (UHV_EA = 950V / Ilim = 0.25A)

Speisung SM300-10 D (PM: 796) wird für die Einstel-lung der HV-Spannung verwendet (UHV_SM = 250V / Ilim = 0.25A)

Kühlung:

Testgerät nicht gekühlt

Device under test:

BSC618-24V-A No. 328 programmed with firmware “SW-FW-BSC6-07-00-02-T11”; device in standby-operation (CAN-Enable = OFF)

HV-power supplies:

UHV = 1200V / Ilim = 0.25A

10kW power supply EA-PS 81000-30 (Brusa-No. 653) is used to adjust the HV voltage (UHV_EA = 950V / Ilim = 0.25A)

Power supply SM300-10 D (PM: 796) is used to ad-just the HV voltage (UHV_SM = 250V / Ilim = 0.25A)

Cooling:

Device under test not cooled




ment

Durch diesen Test wird die Überspannungsfestigkeit auf der HV-Seite des Geräts überprüft. Dazu wird eine Span-nung von rund 1200V angelegt, um zu bestätigen, dass das Gerät keinen Schaden nimmt.

With this test the maximum withstand voltage at the HV-side of the device is checked. Therefore, a voltage of ap-proximately 1200V is applied in order to confirm that the device is not damaged.


Ein Spannungswert von 1200V wurde über einen Zeit-raum von 5 Minuten angelegt. Nach dieser Zeit wurde ein Strom von 2.309mA gemessen. Die interne HV-Speisung wird bei rund 940V abgeschaltet. Das Gerät hat durch diesen Test keinen Schaden genommen. Sobald die HV-Spannung wieder unter 920V sinkt, wird die interne HV-Speisung wieder eingeschaltet.

A voltage value of 1200V was applied for a duration of 5 minutes. After this time, a current of 2.309mA was meas-ured. At approximately 940V the internal HV-supply is shut down. The device has not been damaged by this test and the HV-supply restarts as soon as HV-voltage drops below 920V.

validierungsbericht validation report dc/dc wandler … · ttlv1 wicklung von hf-trafo 1 ttlv2...

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