Forum: Fahrzeugelektronik Transistorzündung für Moped mit LL-Mosfet/ -IGBT (Einstiegsprojekt)


von Newbee (Gast)


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Liebes Forum,

mein Sohn (gerade 15) hat sich ein bisschen mit dem Arduino (Nano) 
vertraucht gemacht. Vater happy.

Er möchte für sein Moped eine Transistorzündung mit Hallgeber und 
Arduino als Steuerelement aufbauen, Versorungsspannung 12V. Die 
Hallseite hat er ganz nett gebaut (Hallsensorhalterung mit Fusion360 und 
3d gedruckt) und programmiert, ist sein Erstprojekt und ich berate ihn 
(gewissen Vorkenntnisse).

Nun möchte er den Leistungsteil bauen. Wie das im Prinzip geht, ist 
mir/ihm klar: Zündspule, Kondensator, Schaltelement, diverse 
(Z-)Schutzdioden etc. Das Übliche.

Mein Sohn würde gerne die Sache selbst entwickeln und nicht einen 
fertige Zündung als Bausatz nachbauen wollen.

Er möchte das Schaltelement (n-Kanal Mosfet oder IGBT) mit dem logischen 
Level vom Arduino ansteuern, ohne einen weiteren Treiber zu verwenden. 
Geht auch, jedoch wird bei LL-Mosfets oder LL-IGBT die Luft schon 
dünner. Sollte auch einfach zu kaufen sein in der Bucht oder bei Rchlt 
oder Cnrd.

Ich bin auf der Suche nach einen n-Kanal Mosfet mit UDS ca. 200..500V, 
IDS ca. 10..20A, der bei UGS = 4,5V schon ordentlich durchschaltet. Bzw. 
einen IGBT mit ähnlichen Werten. Schaltfrequenz mit 200Hz dürften hier 
kein Problem darstellen.

Ich weiss, es gibt eine Tabelle bei /uC, aber da war nichts Passendes 
mit 200V 10A und Ugs=4,5V. Und IGBT gab es dort keine.

In einer Application Note von ST "car ignition with IGBT" aus ca. 1990 
wurde ein STGP10N50L vorgeschlagen, der ist aber mittlerweile sehr 
exotisch und nicht ganz einfach zu beschaffen

Meine Fragen:
- was würdet Ihr nehmen IGBT oder Mosfet?
- was würdet Ihr für einen Typ empfehlen ?

besten Dank
newbee

: Verschoben durch Moderator
von Stefan F. (Gast)


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Da eine 12V Versorgung zur Verfügung steht, sehe ich keine Notwendigkeit 
für einen Logic-Level MOSFET.

Ich denke allerdings, dass dafür IGBT prinzipiell besser geeignet sind.

von Falk B. (falk)


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Newbee schrieb:

> Er möchte das Schaltelement (n-Kanal Mosfet oder IGBT) mit dem logischen
> Level vom Arduino ansteuern, ohne einen weiteren Treiber zu verwenden.

Kann man machen.

> Geht auch, jedoch wird bei LL-Mosfets oder LL-IGBT die Luft schon
> dünner.

Naja. Logic Level MOSFETs gibt es viele, wenn gleich deren 
Spannungsfestigekeit so bei 200V endet. Logic Level IGBTs gibt es meines 
Wissens nicht.

> - was würdet Ihr nehmen IGBT oder Mosfet?

Ist egal.

> - was würdet Ihr für einen Typ empfehlen ?

Nimm einen Standardtyp mit 12V und Treiber und gut. Der Treiber kostet 
einen Euro! Die 12V hast du so der so! Problem gelöst.

von Falk B. (falk)


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Stefan F. schrieb:
> Ich denke allerdings, dass dafür IGBT prinzipiell besser geeignet sind.

Ist hier vollkommen schnuppe, wenn gleich auch die Industrie hier eher 
IGBTs benutzt, z.B. bei Bosch. Das Ding muss nur kurze Pulse erzeugen, 
die Leitphase ist kurz. Da spielen die Verluste kaum eine Rolle. MOSFET 
und IGBT gibt es mit 1000V und mehr Spannungsfestigkeit. Für diese 
Anwendung sind auch beide schnell genug. Da geht es nicht um 10 oder 
20ns Schaltzeit, selbst 1us wäre voll OK, weshalb man früher dafür auch 
Thyristoren genutzt hat. Kann man heute auch noch tun.

So eine elektronisch Zündung mit Arduino. Naja, das wird vermutlich ein 
etwas längerer Leidensweg, vor allem wegen der EMV ;-)
Naja, Fehlzündungen sind auch eine Kunstform  . . .

von Wolfgang (Gast)


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Stefan F. schrieb:
> Da eine 12V Versorgung zur Verfügung steht, sehe ich keine Notwendigkeit
> für einen Logic-Level MOSFET.

Newbee schrieb:
> Er möchte das Schaltelement (n-Kanal Mosfet oder IGBT) mit dem logischen
> Level vom Arduino ansteuern, ohne einen weiteren Treiber zu verwenden.

Ich schon, zumindest bei direkter Ansteuerung eines MOSFET durch den 
Arduino.

von H. H. (Gast)


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Stefan F. schrieb:
> dafür IGBT prinzipiell besser geeignet sind.

Auf jeden Fall, die sind bedeutend robuster.

von H. H. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Newbee schrieb:
>
>> Er möchte das Schaltelement (n-Kanal Mosfet oder IGBT) mit dem logischen
>> Level vom Arduino ansteuern, ohne einen weiteren Treiber zu verwenden.
>
> Kann man machen.

Ist aber eine ziemlich schlechte Idee.

Insbesondere weil nur ein lausiger BC337 und zwei Widerstände nötig 
sind.

von Falk B. (falk)


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H. H. schrieb:
>> Kann man machen.
>
> Ist aber eine ziemlich schlechte Idee.

Nö, das geht besser als die meisten WISSEN!

Beitrag "Re: Transistor, 1A, 4MHz Schaltfrequenz"

Ob das aus Sicht der EMV und Robostheit optimal ist, ist ein anderes 
Thema.

von Falk B. (falk)


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H. H. schrieb:
>> dafür IGBT prinzipiell besser geeignet sind.
>
> Auf jeden Fall, die sind bedeutend robuster.

Jain. Einen IGBT kriegt man mit Avalanchedurchbruch schnell kaputt. Ein 
MOSFET überlebt den, wenn der Strom und die Energie begrenzt sind.

von Lotta  . (mercedes)


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Ich würde die Betriebsspannung der Ansteuerung verdrosseln und 
verblocken, vielleicht sogar über nen DC-DC-Wandler mit Strom versorgen 
und die
Endstufe über nen Optokoppler anbinden...

Wandler gibt es fertig und vergossen, 12--->5Volt

mfg

von H. H. (Gast)


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Lotta  . schrieb:
> Ich würde die Betriebsspannung der Ansteuerung verdrosseln und
> verblocken, vielleicht sogar über nen DC-DC-Wandler mit Strom versorgen
> und die
> Endstufe über nen Optokoppler anbinden...

Du trägst bestimmt stets Gürtel, Hosenträger und zwei Fallschirme...

von H. H. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>>> dafür IGBT prinzipiell besser geeignet sind.
>>
>> Auf jeden Fall, die sind bedeutend robuster.
>
> Jain. Einen IGBT kriegt man mit Avalanchedurchbruch schnell kaputt. Ein
> MOSFET überlebt den, wenn der Strom und die Energie begrenzt sind.

Einfach mal einen IGBT für Zündungen genauer ansehen.

von Marbach (Gast)


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Das wichtigste ist die automatische zündzeitpunktverstellung. Nur damit 
kreischt das mopped und hat guten leerlauf.
Natürlich mit unauffällig abschaltbarer drehzahlregelung. Deshalb macht 
er das ja.

von Thomas (kosmos)


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such mach nach ignition coil driver. Da wirst du sehr viele Bauteile 
finden. Aber ein kleiner Transistor als Treiber ist doch nicht das 
Problem.

Ich habe oft für Experimente mit über 10 kHz den IRG4BC40U eingesetzt da 
er recht schnell zusammen mit einer roten oder blauen Zündspule konnte 
man da Drähte von 1,5mm zum Glühen bringen.

Ansonsten in der Megasquirt Scene wird gerne der Bosch BIP373 verwendet.

Hatte auch schon mal mit VB027 gearbeitet die haben einen Ausgang der ab 
einem bestimmten Strom ein Signal ausgibt so kann man die Schließzeit 
anpassen, damit man nicht in die Sättigung kommt.

Ich denke aber das euer Problem zu Beginn die Entstörung sein wird. Ich 
hatte da LC Filter mit 100mH vor den 7805 gesetzt und dem AVR vor den 
ganzen 100nF Kerkos noch 100µH Drosseln verpasst.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Je nach Art der Zündspule kann es durchaus gefährlich für diese oder die 
Endstufe werden wenn bei der Ansteuerung was schief geht.
Normalerweise werden die nicht bis in die Sättigung aufgeladen da dann 
der Strom nur noch durch den Ohmschen Widerstand der Zündspule begrenzt 
wird.
Verträgt Zündspule Dauerbestromung ist alles ok. Ansonsten solltest du 
Massnahmen dagegen ergreifen. Eine auch im Teststadium sichere 
Möglichkeit ist ein Monoflop. NE555, ergibt nebenbei den 12V-Treiber für 
die Endstufe.
Aktivzeit=Ladezeit der Zündspule.
Zündungsimpuls muss dann entsprechend der Monoflopzeit vor dem 
gewünschten Zündzeitpunkt sein.
Nebenbei: Zündungssteuerung bringt bei 2-Taktern so gut wie nichts. Man 
könnte also auch Hallgeber/Steuermagnet passend positionieren und damit 
die Zündspule direkt ansteuern.

von Lotta  . (mercedes)


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Marbach schrieb:
> Das wichtigste ist die automatische zündzeitpunktverstellung. Nur damit
> kreischt das mopped und hat guten leerlauf.
> Natürlich mit unauffällig abschaltbarer drehzahlregelung. Deshalb macht
> er das ja.

Genau, deshalb ja der Arduino!
Sonst würd ja auch ein monostabiler Multivibrator als
Ansteuerung reichen...

Der Arduino ist aber sehr EMV-empfindlich. :-O
Deshalb Hosenträger, Ersatzzündkerze und Fallschirm nicht vergessen!
:-D
Achja:
Und den Wachhund nicht vergessen!!  ----Watchdog AN----
Respekt!
mfg

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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H. H. schrieb:
>> Jain. Einen IGBT kriegt man mit Avalanchedurchbruch schnell kaputt. Ein
>> MOSFET überlebt den, wenn der Strom und die Energie begrenzt sind.
>
> Einfach mal einen IGBT für Zündungen genauer ansehen.

Jaja, die machen auf wenn die Spannung zu groß wird. Das ist aber der 
"Sonderbauform" Zünd-IGBT zu verdanken. Ein normaler macht das nicht.

von H. H. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>>> Jain. Einen IGBT kriegt man mit Avalanchedurchbruch schnell kaputt. Ein
>>> MOSFET überlebt den, wenn der Strom und die Energie begrenzt sind.
>>
>> Einfach mal einen IGBT für Zündungen genauer ansehen.
>
> Jaja, die machen auf wenn die Spannung zu groß wird. Das ist aber der
> "Sonderbauform" Zünd-IGBT zu verdanken. Ein normaler macht das nicht.

Das macht der schon, wenn man ihn richtig beschaltet.

Es hat guten Grund weshalb niemand für den Zweck MOSFETs nimmt.

von Falk B. (falk)


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H. H. schrieb:
> Es hat guten Grund weshalb niemand für den Zweck MOSFETs nimmt.

Der da wäre?

von H. H. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Es hat guten Grund weshalb niemand für den Zweck MOSFETs nimmt.
>
> Der da wäre?

Hatte ich doch schon geschrieben: viel robuster.

von Wolfgang (Gast)


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Lotta  . schrieb:
> Der Arduino ist aber sehr EMV-empfindlich. :-O

EMV dürfte eher förderlich sein. Solange die elektromagnetische 
Verträglichkeit gegeben ist, sind alle zufrieden und es gibt keine 
Probleme.

von Newbee (Gast)


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Liebes Forum,

vielen Dank für das viele Feedback. Ich denke, dass wir in folgene 
Richtung gehen werden:

- eher IGBT als Mosfet

- vermutlich einen kleinen Treiber davor setzen. Dadurch vergrößert sich 
die Auswahl an IGBTs ganz erheblich

- Besondere Vorkehrungen für den Arduino Nano bzgl. EMV 
(Spannungsversorgung, Leitungsführung, zusätzliche Schutzbeschaltung, 
geerdete Abschirmung)

besten Dank für Euer Feedback
newbee

PS .. da gibts wieder viel zu erklären

von Lotta  . (mercedes)


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Wolfgang schrieb:
> Lotta  . schrieb:
>> Der Arduino ist aber sehr EMV-empfindlich. :-O
>
> EMV dürfte eher förderlich sein. Solange die elektromagnetische
> Verträglichkeit gegeben ist, sind alle zufrieden und es gibt keine
> Probleme.


Ich würde die alte Zündung umsteckbar erhalten.
Nichts ist schlimmer, wenn die neue Zündung gerad in der
Sandschurre verreckt und man die Karre 10 Km schieben muß. :-(

mfg

von Newbee (Gast)


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Apropos EMV Verträglichkeit. Nanos sind nicht immer empfindlich.

Ich habe mal einen Frequenzumrichter gebaut, in Anlehnung an die 
Software, die hier im Forum vorgeschlagen wurde.
- Habe alles in einen Standard Arduino Nano gepackt,
- Stromversorgung des Nano durch Steckernetzteil.
- Leistungsteil war eine integrierte 3-Phasen H-Brücke mit Treiber
- Spannungsversorung durch 230V und Spannungsverdopplung
- alles in einem Metallgehäuse, Kühlkörper und aktive Kühlung
- Masseleitung nach Lehrbuch geführt (hoffentlich)

Ergebnis: Läuft gut seit ca. 5 Jahren als Antrieb für meine Kreissäge 
(1,5kW), so mit Softanlauf und Drehzahlregelung (+/-10% aber nur)

Erfahrung: Ja, der Arduino Nano kann auch EMV empfindlich sein, aber in 
diesem Projekt (ich hatte mehrere verschiedene Versionen gebaut) gab es 
kein Problem.

Denke aber, dass bei 10KV Funkenentladundung die Sache anders aussieht

BG Newbee

von Lotta  . (mercedes)


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Newbee meinte:

> PS .. da gibts wieder viel zu erklären

Genau. Achte Deinen Sohn so, wie er Dich achten soll.
Es werden schwere Zeiten kommen.  Ellis und Kids,
ja die Familien müssen zusammenhalten!

Respekt!
mfg

von Falk B. (falk)


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Newbee schrieb:
> Apropos EMV Verträglichkeit.

Genau. Das ist sowas wie LCD Display?

> Erfahrung: Ja, der Arduino Nano kann auch EMV empfindlich sein, aber in
> diesem Projekt (ich hatte mehrere verschiedene Versionen gebaut) gab es
> kein Problem.

Schön für dich, das ist aber nicht allgemeingültig.

> Denke aber, dass bei 10KV Funkenentladundung die Sache anders aussieht

Eben.

von Newbee (Gast)


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Lotta  . schrieb:
> Genau. Achte Deinen Sohn so, wie er Dich achten soll.
> Es werden schwere Zeiten kommen.  Ellis und Kids,
> ja die Familien müssen zusammenhalten!
>
> Respekt!
> mfg

Danke 8-)

von Newbee (Gast)


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Lotta  . schrieb:
> Ich würde die alte Zündung umsteckbar erhalten.
> Nichts ist schlimmer, wenn die neue Zündung gerad in der
> Sandschurre verreckt und man die Karre 10 Km schieben muß. :-(
>
> mfg

da werden Erinnerungen wach! Bei mir waren es damals nur 5km, aber ein 
kl. Hügel lag dazwischen und es war höllisch warm. Das prägt.

von Falk B. (falk)


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Newbee schrieb:
> da werden Erinnerungen wach! Bei mir waren es damals nur 5km, aber ein
> kl. Hügel lag dazwischen und es war höllisch warm. Das prägt.

Wer sein Moped liebt, der schiebt. ;-)

von H. H. (Gast)


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Noch ein wenig Literatur:

AN-8208 von Onsemi/Fairchild.

von c-hater (Gast)


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Newbee schrieb:

> mein Sohn (gerade 15) hat sich ein bisschen mit dem Arduino (Nano)
> vertraucht gemacht. Vater happy.
>
> Er möchte für sein Moped eine Transistorzündung mit Hallgeber und
> Arduino als Steuerelement aufbauen

Der soll erstmal LEDs blinken lassen.

von OMG (Gast)


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Lotta  . schrieb:
> Der Arduino ist aber sehr EMV-empfindlich.

Das muss man sich mal auf der Zunge zergehen lasen:

.... ist sozusagen empfindlich gegenüber elektromagnetischer
Verträglichkeit.

Köstlich wie hier manchmal herumgeschwurbelt wird.

von Thomas (kosmos)


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ein kleiner Hinweis zur Bedeutung von EMV genügt doch, niemand hat das 
mit der Muttermilch aufgenommen.

Aber grundsätzlich hast du es mit dem Arduino der ja über die IDE mit C 
programmiert wird etwas leichter als mit Assembler um deine Zündwinkel 
auszurechnen.

Aber beginnen kannst du erstmal am Modell, also Elektromotor an einen 
Aluscheibe, dort 2 Löcher gebohrt auf die eine Seite deinen Magneten und 
auf die andere Seite deinen Hallgeber oder wenn du kleine Magnete hast 
kannst die sie direkt in die Bohrungen der Aluscheibe setzten. Und dann 
blitzt du kräftig mit einer weißen LED die Aluscheibe an.

Die Drehzahl kannst du ja zu beginn sehr langsam 100 U/Min einstellen.

von Lotta  . (mercedes)


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OMG schrieb:
> Lotta  . schrieb:
>> Der Arduino ist aber sehr EMV-empfindlich.
>
> Das muss man sich mal auf der Zunge zergehen lasen:
>
> .... ist sozusagen empfindlich gegenüber elektromagnetischer
> Verträglichkeit.
>
> Köstlich wie hier manchmal herumgeschwurbelt wird.

Hey!!
Was hättest Du gesagt, wenn ich EMP "geschwurbelt" hätte?!?

Oh mann, ich liebe Hochspannungsexperimente  und
darf nicht mehr... :-O :-(((

mfg

von Falk B. (falk)


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Lotta  . schrieb:
> Oh mann, ich liebe Hochspannungsexperimente  und
> darf nicht mehr... :-O :-(((

Kauf dir Hosenträger zwei Nummern kleiner, die sind dann auch hoch 
spannend! ;-)

von Thomas (kosmos)


Angehängte Dateien:

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ja die AN oben ist gut, so ein fertiger Zünd-IC hilft dir etwas damit 
nichts hops geht.

Anbei mal ein Blockschaltbild der Ausgangsstufe, hier sieht man die 
Schutzbeschaltung, wenn die Spannung zu hoch wird schaltet dieser wieder 
leicht durch wodurch die Spannung wieder zusammenbricht. Das müsstest du 
bei einem Einzeltransistor alles mit integrieren.

Die Ladedauer der Zündspule bewegt sich bei wenigen mSek, ich kenne 
keine Zündspule die dauerhaft 12V verträgt, wenn dann kümmert sich ein 
integierter Zündtreiber/Zündmodul drum und schaltet diese nach wenigen 
Sekunden ab sonst ist die hinüber.

von Manfred (Gast)


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Thomas O. schrieb:
> ich kenne
> keine Zündspule die dauerhaft 12V verträgt, wenn dann kümmert sich ein
> integierter Zündtreiber/Zündmodul drum und schaltet diese nach wenigen
> Sekunden ab sonst ist die hinüber.

Komisch, dass mir an Motorrädern mit Kontaktzündung niemals eine 
Zündspule gestorben ist. Da gibt es keine Abschaltung, es ist zufällig, 
wie die Kontakte gerade stehen.

Bei Fahrzeugen, die ab Werk mit Elektronikzündung kommen, kann evtl. 
eine niederohmigere Zündspule verbaut sein, die dann von der Elektronik 
geschützt werden muß.

Sehr elegant fand ich eine Elektronik, die den Spulenstrom gemessen und 
die Schließzeit variiert hat. Das war ein Modul von Temic, was in einem 
frühen VW-Golf und im BMW-Boxer eingesetzt wurde. Impulsgeber war in 
beiden Fällen eine Magnetgabelschranke von Siemens.

Unterschiedlich war die Haltezeit, ist die zu kurz, bekommt man den 
Motor nicht per Kickstarter an.

von Thomas (kosmos)


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ok bei Motorrädern kann das sein, ich habe aber noch keine Autozündspule 
gesehen die man dauerhaft auf 12V legen könnte.

Mein Oldtimer hatte eine Transitorzündung mit Hallgeber und da wurde der 
Schließwinkel auch von diesem Zündmodul drehzahlabhängig verändert. Oder 
anderst gesagt die Schließzeit wurde konstant gehalten. Wenn man die 
Zündung einschaltete ohne den Motor zu starten wurde die Spule nach 6 
Sekunden getrennt, damit Sie nicht durchbrennt bzw. das Zündmodul 
durchbrennt.

von Thomas F. (igel)


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Newbee schrieb:
> Meine Fragen:
> - was würdet Ihr nehmen IGBT oder Mosfet?
> - was würdet Ihr für einen Typ empfehlen ?

Ich würde einfach einen "Ignition Coil Transistor" nehmen.
Gibts von diversen Herstellern, hier einer von ST:

https://www.tme.eu/de/katalog/?search=bu931t

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