Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik passenden Thyristor für Direktansteuerung aus Mikroprozessor


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von newbee22 (Gast)


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Liebes Forum,

ich möchte eine leichte Hochspannungskondensatorzündung (HKZ) für einen 
Verbrennungsmotor (Kettensägenmotor für RC Flugzeug) bauen und den 
Leistungsteil möglichst einfach halten. Zweck ist es, den schweren 
Magentzünder zu ersetzen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Hochspannungskondensatorz%C3%BCndung

Die Berechnung des ZZP soll über ein ESP8266 (NodeMCU) erfolgen. Der 
ESP8266 kann nach meinen Recherchen am Ausgang 12mA bei >=2,4V tragen.

Jetzt die Fragen:

1) Gibt es eigentlich Thyristoren (800V/8..10A), die man mit LowVoltage 
TTL Pegeln (>2,4V) und nur 12mA ansteuern kann?

2) Wenn ja, welche kommen infrage?

3) Gibt es vergleichbare Projekte oder ähnliche Schaltungen, da war doch 
früher was mit DIACs, RC Gliedern am Gate und Snubber zw. A/K?

4) Mit welchen Problemen müßte ich rechnen? Meine Ideen: Thyristor 
zündet zwar, aber nicht schnell, daher hohe Verlustleistung. 
Rückwirkungen auf MCU wegen der hohen Entladeströme.

Wie ist Eure Meinung?
Vielen Dank
newbee22



PS Ich weiß, es gibt fertige HKZ für den Modellbau, aber ich möchte

a) das Kennfeld selbst festlegen bzw. optimieren
b) die Bluetoothschnittstelle der NodeMCU zum Auslesen/ Update der Daten 
nutzen
c) Temperatur am Abgaskrümmer und Umgebung messen und
d) barometrische Höhe/ Luftdruckänderungen erfassen

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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newbee22 schrieb:
> 1) Gibt es eigentlich Thyristoren (800V/8..10A), die man mit LowVoltage
> TTL Pegeln (>2,4V) und nur 12mA ansteuern kann?

Solange dein MC Ausgang eine LED antreiben kann, sind z.B. Optotriacs 
als Zündung für den Thyristor denkbar. Trotzdem muss natürlich genug 
Zündspannung und -strom für den Thy vorhanden sein.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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newbee22 schrieb:
> 4) Mit welchen Problemen müßte ich rechnen?
Ich würde bei deratiger Nähe von µC und Thyristor mit eklatanten 
EMV-Problemen rechnen.

> 1) Gibt es eigentlich Thyristoren (800V/8..10A), die man mit LowVoltage
> TTL Pegeln (>2,4V) und nur 12mA ansteuern kann?
https://www.st.com/en/thyristors-scr-and-ac-switches/logic-level-gate-thyristors-scr.html

Generell musst du nach "high sensitivity thyristor" suchen.

newbee22 schrieb:
> es gibt fertige HKZ für den Modellbau
Ich würde mal untersuchen, wie die das machen...  ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Lothar M. schrieb:
> Ich würde mal untersuchen, wie die das machen...  ;-)

Das wird so ähnlich sein wie in den billigen Zündsteuerungen für 
Chinaroller. Die triggern ja auch mit der kleinen Geberspule in der 
Lichtmaschine und entsprechenden geringen Spannungen. So ein Dings wäre 
evtl. eine Alternative zum kompletten Selbstbau.

von MaWin (Gast)


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newbee22 schrieb:
> Die Berechnung des ZZP soll über ein ESP8266 (NodeMCU) erfolgen

Schwachsinn.

Das Modellflugzeug wird nicht in Reichweite eines WLAN bleiben, man 
braucht also nicht den Stromverbrauch eines WLAN-Chips, denn eine 
Steckdose hast du im Flugzeug wohl auch nicht. Und uC in nahe von 
Zündfunken: klingt nach super Absturz, hier in handgestem Sinne, man 
bettelt quasi drum, Funken an einem Funkempfänger  so blöd ist nicht mal 
Bosch.

Mach dir mal Gedanken, warum so gut wie alle kleinen Flugzeugmotoren 
noch heute mit Magnetzündung ohne irgendwelche Elektronik funktionieren.

newbee22 schrieb:
> Gibt es eigentlich Thyristoren (800V/8..10A), die man mit LowVoltage
> TTL Pegeln (>2,4V) und nur 12mA ansteuern kann

Obwohl im Prinzip gilt: je höher der geschaltete Strom, um so höher der 
notwendige Steuerstrom, und um so höher die Sperrspannung, um so höher 
die Steuerspannung, liegen deine Anforderungen noch im handelsüblichen 
Bereich. BT151-800

von newbee22 (Gast)


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Vielen Dank,
eines der besten Foren überhaupt zum Thema Elektronik/ angewandte 
Physik...

ich sammele mal:
vielen Dank

- für die Anregung zu den Opto TRIACS
- für den Hinweis auf  "high sensitivity thyristor", es gibt tatsächlich 
welche, die bei 0,2mA zünden!
- für den Hinweis auf die Chinaroller: Ja, ich habe aus der China Quelle 
eine winzig kleine Zündspule, groß wie ein Salzstreuer bezogen.
- für den Hinweis auf den BT151-800

von MCUA (Gast)


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"high sensitivity.." ist spezieller, da gibts weniger Auswahl.

von Ralf H. (ralf_h131)


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Also geben tut es Mikrocontrollerzündungen für Modellflugzeuge schon 
lange - so ab 1998 z.B. die Müller-Zündung. Die Probleme mit Störungen 
haben wir damals gut im Griff gehabt...
Aber die Dynamik eines kleinen Verbrenners in Griff zu bekommen, ist 
nicht trivial - da haben wir einige Jahre in die Entwicklung gesteckt. 
Dann noch Bluetooth oder WLAN?
Die Zündung gibt es heute noch: https://www.kolmengines.com/, denke aber 
nicht, dass die da was rausgeben.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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MCUA schrieb:
> "high sensitivity.." ist spezieller, da gibts weniger Auswahl.
Dann muss man halt das Wort ein wenig variieren wie z.B.
https://www.google.com/search?q=sensitive+gate+scr
Findet:
https://www.digikey.com/catalog/en/partgroup/sensitive-gate-scrs/16256
https://docs.rs-online.com/a96b/0900766b8150e21e.pdf

> "high sensitivity.." ist spezieller, da gibts weniger Auswahl.
Besserer Vorschlag?

newbee22 schrieb:
> Die Berechnung des ZZP soll über ein ESP8266 (NodeMCU) erfolgen.
Und wer setzt diesen berechneten Zeitpunkt dann in einen Zündfunken um? 
Meinst du, dass du den µC mitsamt Wifi-Stack und Echtzeit-OS tatsächlich 
"schnell" genug programmieren kannst, um den Funken jitterfrei ins 
Gemisch zu bekommen?

: Bearbeitet durch Moderator
von esspy (Gast)


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Der 8266 hat kein Bluetooth

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Jeder normale Thyristor hat um 1V Zündspannung.

Aber sag mal, woher du die 800V nimmst und warum.

Der ESP8266 ist dafür aber völlig ungeeignet weil sein einziger CPU Kern 
zu (für dich) nicht beeinflussbaren Zeiten von seinem Betriebssystem 
belegt wird.

: Bearbeitet durch User
von newbee22 (Gast)


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Hi Newbee22, the TO nochmal,

Funk:
- bluetooth soll dazu dienen die Daten aus dem Flieger abzugreifen, wenn 
er am Boden ist, also Filetransfer oder serielle Schnittstelle emulieren 
auf 3m Distanz vielleicht
- wlan wird nicht gebraucht
- ja esp8266 hat kein Bluetooth, habe die Zeichenkette nur genommen, 
damit jeder weiss, dass im einer NodeMCU so etwas drin ist und ausserdem 
Bluetooth

Timing:
- bei geschätzen 8000 u/min bleiben ca. 7,5 ms
- wenn der (Zünd-) Sensor mindestens 10 Grad Kurbelwellenwinkel Zeit 
hat, um den richtigen ZZP zu berechnen oder dem Kennfeld zu entnehmen, 
bleiben dem Prozessor im schlechten Fall 10/360 * 7,5ms = 0,2ms das ist 
nicht wenig Zeit. Man könnte das auch noch über eine Interrupt Service 
Routine laufen lassen, getriggert vom Sensor und die Verzögerung bis zum 
ZZP in einem Register hinterlegen (aber dazu kenne ich ESP zu wenig, bei 
AVR würde ich das so machen). Weiß auch nicht, ob ISR und Realtime-OS 
gleichzeitig möglich sind.
wenn der Bluethooth Stack zu fett ist, kann ich ihn ja abschalten, 
solange der Motor läuft.

Thyristor:
- TS820-600 (600V/8A), Ig=0,2mA
- TS1220 (600V/12A), Ig=0,2mA
- BT151X-800R (800V/7,5A), Ig < 15mA, typ. 2mA

@ Ralf H. : war bestimmt ein interessanter Job:
https://www.kolmengines.com/, was meinst Du mit "Aber die Dynamik eines 
kleinen Verbrenners in Griff zu bekommen, ist nicht trivial"? 
Drehbeschleunigung beim Gas geben?

besten Dank

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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newbee22 schrieb:
> dass im einer NodeMCU so etwas drin ist und ausserdem
> Bluetooth

Soweit mir bekannt ist, kursieren im Handel zahlreiche Boards, die 
irgend etwas mit NodeMCU im Namen haben, obwohl sie nicht von NodeMCU 
sind und auch oft ziemlich anders bestückt sind.

Deswegen bitte immer einen Link zur Produktbeschreibung posten, damit 
klar ist, um welches Board es geht.

: Bearbeitet durch User
von newbee22 (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Jeder normale Thyristor hat um 1V Zündspannung.
>
> Aber sag mal, woher du die 800V nimmst und warum.
>
> Der ESP8266 ist dafür aber völlig ungeeignet weil sein einziger CPU Kern
> zu (für dich) nicht beeinflussbaren Zeiten von seinem Betriebssystem
> belegt wird.

- so wie ich Thyristoren verstanden habe, habe die einen PN Übergang 
zwischen Gate und der einen Elektrode, ähnlich wie ein 
Bipolar-Transistor, und über die  Ladungsträgerinjektion beim Stromfluss 
zündet er. D.h. am Gate sollten beim Zünden immer so um die 0,7V 
anliegen (also 1V wie Du sagst)

- bei der HKZ wird ein möglichst impulsfester Kondensator, z.B. 1uF mal 
eben auf 200.400V aufgeladen und zum ZZP wird er über die Primärwicklung 
der Zündspule entladen, Das gibt einen heftigen Stromfluß, starke dI/dt 
und eine Hohe Zündspannung. Kondensator und Spule bilden eine 
Schwingkreis, d.h. es gibt auch Rückwirkungen auf den Thyristor, wenn er 
dann wieder gesperrt ist. Eine Rückwirkung kann sein, dass kurzfristig 
eine hohe Spannung über den Thyristor anliegen könnte, deshalb der 
Sicherheitsabstand 800V vs 400V.

Im zarten Alter von 15 Jahren habe ich mein Moped mal so umgerüstet. 
Schneller ist es nicht gefahren. Und der Kondensator (damals 
Metallpapier) war regelmäßig kaputt.

- ESP8266 ungeeignet: das wußte ich so nicht, danke für den Hinweis

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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newbee22 schrieb:
> Kondensator und Spule bilden eine
> Schwingkreis, d.h. es gibt auch Rückwirkungen auf den Thyristor, wenn er
> dann wieder gesperrt ist.

Danke für die Erklärung. Das war mir so nicht bewusst.

Beitrag #6550426 wurde von einem Moderator gelöscht.
von newbee22 (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Der ESP8266 ist dafür aber völlig ungeeignet weil sein einziger CPU Kern
> zu (für dich) nicht beeinflussbaren Zeiten von seinem Betriebssystem
> belegt wird.

Hi Stefan,

was wäre denn ein geeignetes Board+Entwicklungsumgebung, gerne was mit 
C? Am besten auch mit Bluetooth und Spannnungsbereitstellung.

beste Grüße, Newbee

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ich denke, das "Problem" wirst du mit jedem Single-Core Ding haben, dass 
Bluetooth oder WLAN unterstützt. Weil diese Schnittstellen einfach in 
gewissen Intervallen und bei Aktivität die Aufmerksamkeit der CPU 
erfordern.

Es gibt ESP32 Board mit Dual-Core CPU, da kannst du einen Kern für das 
Betriebssystem verwenden und den anderen für deine Anwendung. Oder du 
kombiniert ein eigenständiges Bluetooth Modul mit einem zweiten 
Mikrocontroller dessen Programm du voll unter deiner Kontrolle hast. 
Diese Kombination ist keineswegs ungewöhnlich.

Zum Beispiel ein Arduino Nano + ein HC-06 Modul.

von Harald W. (wilhelms)


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newbee22 schrieb:

> Und der Kondensator (damals Metallpapier) war regelmäßig kaputt.

Deshalb nimmt man für diesen Zweck auch sog. impulsfeste Kondensatoren.
Aber solche "Feinheiten" kennt ein fünfzehnjähriger normalerweise nicht.

von Jemand (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ich denke, das "Problem" wirst du mit jedem Single-Core Ding
> haben, dass
> Bluetooth oder WLAN unterstützt. Weil diese Schnittstellen einfach in
> gewissen Intervallen und bei Aktivität die Aufmerksamkeit der CPU
> erfordern.
>
> Es gibt ESP32 Board mit Dual-Core CPU, da kannst du einen Kern für das
> Betriebssystem verwenden und den anderen für deine Anwendung. Oder du
> kombiniert ein eigenständiges Bluetooth Modul mit einem zweiten
> Mikrocontroller dessen Programm du voll unter deiner Kontrolle hast.
> Diese Kombination ist keineswegs ungewöhnlich.
>
> Zum Beispiel ein Arduino Nano + ein HC-06 Modul.

Das Problem hast du nur, sofern du die Prioritisierung nicht steuern 
kannst. Solange die Berechnungen Priorität über dem Bluetooth haben, 
geht das doch auch wunderbar auf einem Kern.

von Bastler_HV (Gast)


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Noch ein Tip:

Je sensitiver der Tyristor ist, um so anfälliger auf Überkopfzündung ist 
er.
Wenn ich dann höre Schwingkreis ...

Also vor schnellem Spannungsanstieg schützen.

von newbee22 (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Zum Beispiel ein Arduino Nano + ein HC-06 Modul.

Arduino Nano bedeutet dann auch 5V und mehr GPIO Strom, die Zündung des 
Thyristors wird damit einfacher und unempfndlicher.

Und ich dachte, ich komme mal von den Nanos weg und mach mal was mit 
32bit und richtig Megahertz ;-)

Grüße + Dank für die Hinweise

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Jemand schrieb:
> Prioritisierung
Eine Priorisierung (ohe t) hilft dir gar nichts, wenn du einen bereits 
laufenden Interrupt nicht unterbrechen kannst oder darfst. Denn dann 
musst du halt trotzdem zusammen mit den anderen anstehenden Interrupts 
warten, bis der Prozessor wieder frei ist. Aber dann wirst du dank hoher 
Priorität der erste sein.

von Jemand (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Jemand schrieb:
>> Prioritisierung
> Eine Priorisierung (ohe t) hilft dir gar nichts, wenn du einen bereits
> laufenden Interrupt nicht unterbrechen kannst oder darfst. Denn dann
> musst du halt trotzdem zusammen mit den anderen anstehenden Interrupts
> warten, bis der Prozessor wieder frei ist. Aber dann wirst du dank hoher
> Priorität der erste sein.

Danke für den Rechtschreibungshinweis, habe ich wohl schon häufiger 
falsch gemacht.

Stimmt, das geht nicht immer (wobei man dann den BT-Kram so schreiben 
könnte, dass der ein Flag setzt und in der Hauptschleife erst die 
eigentliche Reaktion stattfindet - sofern möglich).

von Johannes (Gast)


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Schau dir mal die NRF52 von Nordic an. Bluetooth + recht leistungsfähige 
Controller mit FPU usw. Module gibts günstig auf Aliexpress.

Das SDK ist aber ein wenig gewöhnungsbedürftig. (Ich finds eine 
Frechheit.) Der Support von Nordic selbst ist aber vorbildlich, gibt vom 
Hersteller Hilfeforen mit sehr kompetenten Antworten. Bluetooth selbst 
sollte man auch nicht unterschätzen, in dem Protokoll steckt ein wenig 
mehr Komplexität.

Natürlich musst du auch bei dem Bluetooth im Flug abstellen.

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