im Anhang ist der Leistungsteil einer Zündanlage, welcher von einem Microcontroller gesteuert wird. Einigen wird das bekannt vorkommen.
Ich habe das Problem, dass bei hohen Drehzahlen des Motors (2 Takter), so hohe Ladespannungen entstehen, dass mir der Optokoppler (600V) und der Triac (800V) zerstört werden.
Es sind bei 10.000Umin-1 ca. 1000V, wenn der Triac nicht zündet. Solange richtig gezündet wird, liegt die Kondensatorspannung bei 400V. Damit ist die Spannung noch in der Bauteilnorm. Der Kondensator lädt sich aber weiter auf, wenn die Position durch Störeinflüsse nicht richtig erkannt wird und dadurch nicht gezündet wird.
Wie würdet ihr jetzt die Bauteile gegen solche Überspannungen schützen bzw. "härten"?
Was haltet ihr davon den Optokoppler gegen ein anderen auszutauschen, der von der Batteriespannung (12V) gespeist wird? Ich vermute, dass dieser die Hauptursache ist, weil dieser bei hohen Spannungen durchschlägt.
Oder einfach eine Zwangsentladung, gesteuert durch Z-Dioden parallel zum Gate?
Safe Operating Area.
Ein Diagramm im Datenblatt das eine Aussage darüber trifft welcher Strom, bei welcher Spannung über welchen Zeitbereich noch nicht zum sofortigen Ableben führt.
Bleib beim Triac / Thyristor.
Such Dir einen spannungsfesteren aus oder einen der Überkopfzündung überlebt.
Triacs sind ungünstig, was die maximale Spannungsanstiegsgeschwindigkeit betrifft. Nach dem Sperren sind noch Ladungsträger im Halbleiter, die bei einem zu schnellen Anstieg ein Überkopfzünden ermöglichen und den Triac so zerstören.
Thyristoren sind da schneller. Dies ist bedingt durch ihre konstruktive Ausführung. Stelle dir als Ersatzschaltbild den Triac bestehend aus 2 antiparallalelen Thyristoren vor.
Wenn jetzt der eine durch Nulldurchgang sperrt, sind noch Ladungsträger im Kristall, verteilt auf beide Thyristorstrukturen.
Bei 2 räumlich getrennten Thyristoren besteht dieses Problem nicht. In deinem Fall bringt der der Triac mehr Probleme, als er nützt.
Triacs sind ungünstig, was die maximale Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
betrifft. Nach dem Sperren sind noch Ladungsträger im Halbleiter, die
bei einem zu schnellen Anstieg ein Überkopfzünden ermöglichen und den
Triac so zerstören.
Thyristoren sind da schneller. Dies ist bedingt durch ihre konstruktive
Ausführung. Stelle dir als Ersatzschaltbild den Triac bestehend aus 2
antiparallalelen Thyristoren vor.
Wenn jetzt der eine durch Nulldurchgang sperrt, sind noch Ladungsträger
im Kristall, verteilt auf beide Thyristorstrukturen.
Bei 2 räumlich getrennten Thyristoren besteht dieses Problem nicht. In
deinem Fall bringt der der Triac mehr Probleme, als er nützt.
Danke für die Aufklärung.
Ich hatte den Triac aus Preisgründen "gewählt" und weil er eine SMD-Ausführung ist. In einer ähnlichen Schaltung, wo die Spannungen nicht so hoch werden, funktionierte er ohne Probleme.
Sogar eine 1000V-Ausführung ist mir gerade wieder kaputt gegangen. Ich denke, es wird schon das Problem sein, was du beschreibst.
Nachtrag:
Ein 1600V Thyristor mit 600V OK auf diese Art angesteuert ist auch nur 600V fest.
Der auf 400V aufgeladene Kondensator wird über 1K aufs Gate gelegt = 0,4A Gatestrom und 160W peak im 1K.
Werf den sinnlosen OK raus und steuere direkt das Gate mit Kleinspannung an
Nachtrag:
Ein 1600V Thyristor mit 600V OK auf diese Art angesteuert ist auch nur
600V fest.
Der auf 400V aufgeladene Kondensator wird über 1K aufs Gate gelegt =
0,4A Gatestrom und 160W peak im 1K.
Werf den sinnlosen OK raus und steuere direkt das Gate mit Kleinspannung
an
Genau, da bin ich auch gerade dabei. Ich wollte nur den uController schützen. Soll ich diesen jetzt direkt "befeuern"?
Wo siehst Du bei der Basis des Transistors etwas vor dem die MCU geschützt werden muss?
Ja, Du kannst den Thyristor direkt mit der MCU ansteuern, wenn die den nötigen Zündstrom liefern kann.
Ansonsten eben mit NPN / PNP Treiberstufe.
Wo siehst Du bei der Basis des Transistors etwas vor dem die MCU
geschützt werden muss?
Ja, Du kannst den Thyristor direkt mit der MCU ansteuern, wenn die den
nötigen Zündstrom liefern kann.
Ansonsten eben mit NPN / PNP Treiberstufe.
Du hast völlig recht, wenn der Thyristor nicht zerstört wird und den Controller mitnimmt. ;-)
Aber prinzipiell habt ihr Recht, mit dem Thyristor statt Triac und ohne Optokoppler.
Ich habe gerade versuchsweise einen Thyristor (800V) mit Direktansteuerung probiert. Er lebt noch, obwohl ich schon bei 12.000Umin-1 (ca. 1200V) war und dann ein Kondensator ausgefallen ist.
Ich habe gerade versuchsweise einen Thyristor (800V) mit
Direktansteuerung probiert. Er lebt noch, obwohl ich schon bei
12.000Umin-1 (ca. 1200V) war und dann ein Kondensator ausgefallen ist.
Auch deine Zündspule hat eine begrenzte Spannungsfestigkeit.
Mess doch die Spannung an der MCU und löse einen Puls aus wenn die zu hoch wird.
Die MCU könnte aber auch aus den kausalen Zusammenhängen ermitteln das ein bei 10KU/min laufender Motor wohl nicht ruckartig stehengeblieben ist, wenn der Impuls ausbleibt.
Die könnte also bei Verzug auch ohne Signal einen Zündimpuls auslösen.
Kommt zwar spät, verbrennt aber das Gemisch trotzdem bevor es sich im Auspuff entzündet.
Hängt wohl im wesentlichen davon ab welche Leistung der Generator überhaupt noch liefert bei der Spannung, wie groß der Vorwiderstand des Varistors damit sein darf damit die nicht weiter steigt und wie groß der Varistor dann sein muss, um das dauerhaft zu halten.
Hängt wohl im wesentlichen davon ab welche Leistung der Generator
überhaupt noch liefert bei der Spannung, wie groß der Vorwiderstand des
Varistors damit sein darf damit die nicht weiter steigt und wie groß der
Varistor dann sein muss, um das dauerhaft zu halten.
Mess doch die Spannung an der MCU und löse einen Puls aus wenn die zu
hoch wird.
Die MCU könnte aber auch aus den kausalen Zusammenhängen ermitteln das
ein bei 10KU/min laufender Motor wohl nicht ruckartig stehengeblieben
ist, wenn der Impuls ausbleibt.
Die könnte also bei Verzug auch ohne Signal einen Zündimpuls auslösen.
Kommt zwar spät, verbrennt aber das Gemisch trotzdem bevor es sich im
Auspuff entzündet.
So etwas ähnliches habe ich schon im Programm, falls keine Zündung eine Runde erfolgte soll er im unteren Totpunkt zünden.
Leider hilft das nicht. Die Bauteile sterben, wie die Fliegen.
Den 800V Thyristor hat es jetzt auch wieder entschärft.
Zeig mal den Spannungs- und Stromverlauf am Thyristor bei
unterschiedlichen Drehzahlen, mit und ohne Fehler + die aktuelle
Schaltung.
Wenn die neuen Thyristoren da sind kann ich das zumindest für den Spannungsverlauf machen, wenn alles funktioniert. Mit Fehler wird schwierig, da müsste ich mit Absicht etwas in das Programm einbauen.
Eine Stromzange habe ich nicht.
Zünden vor dem Avalanche Durchbruch wäre gut statt erst im UT.
Richtig und deshalb eine halbe Umdrehung (UT) später. Da bin ich noch lange nicht bei 800V.
Mein Problem ist eben auch die Positionserkennung. Ich habe da einen speziellen Algorithmus und dafür müssen eben die Eingangssignale sauber sein. Wenn da was schief läuft, kann ich nicht mal an UT zünden.
Wenn da was schief läuft, kann ich nicht mal an UT zünden.
Wenn bei 10KU/min die Zeit zwischen zwei Pulsen 100us dauert und dann kommt nix mehr, dann kannst Du jederzeit nach 150us auslösen, weil der Motor nicht während einer Umdrehung seine Drehzahl so deutlich verändert haben wird.
Mit Fehler wird
schwierig, da müsste ich mit Absicht etwas in das Programm einbauen.
Du ballerst eine Menge Halbleiter durch, hast aber keine Messung im Fehlerfall. Direkt verursachen willst Du den aber auch nicht.
Weißt du überhaupt was da passiert bei Fehler oder ist das alles nur geraten?
Doch das könnte ich installieren. Sehe aber gerade den Sinn nicht. Den Ladestrom des Kondensators zumessen, wenn durch Spannung andere Bauteile zerstört werden.
Wenn bei 10KU/min die Zeit zwischen zwei Pulsen 100us dauert und dann
kommt nix mehr, dann kannst Du jederzeit nach 150us auslösen, weil der
Motor nicht während einer Umdrehung seine Drehzahl so deutlich verändert
haben wird.
Du ballerst eine Menge Halbleiter durch, hast aber keine Messung im
Fehlerfall. Direkt verursachen willst Du den aber auch nicht.
Weißt du überhaupt was da passiert bei Fehler oder ist das alles nur
geraten?
Genau, hier bin ich doch gerade erst dran, den Fehlerfall aufzudecken. Wie ich schon sagte, ich erkenne die Rotorposition nicht nur aus einem Geberimpuls pro Umdrehung sondern sondern zusätzlich anders.
Jetzt kommt erst mal ein "starker" Thyristor rein und dann wird auf Fehlersuche in der Positionsbestimmung gegangen. Dazu muss aber der Thyristor drin sein. Das hängt zusammen. Genauer möchte ich hier öffentlich nicht eingehen.
Ist es richtig, dass der ISL9V3040 am Arbeitspunkt von ca. 400V den zusätzlichen Strom, welcher der Generator liefert verbraten muss. Das ist im Höchstfall der Kurzschlussstrom, den ich messen sollte.
Ich habe 110mA RMS gemessen. Davon muss ich noch die negative Halbwelle abziehen, weil der ISL9V3040 diesen nicht zu sehen bekommt.
Damit bin ich mit 400V x 0,055mA = 22W an einem Arbeitspunkt, welcher weit unter 150W (max. Leistung ISL9V3040) liegt. Diesen könnte ich dafür einsetzen, wenn auch die Umgebungstemperaturen dazu passen.
End of Transmission.
In dem Zusammenhang eine Umschreibung das auf dieser Basis eine weitere Diskussion nicht zielführend ist und aus Gründen der geistigen Gesundheit beendet wird.
Etwas dem ich mich anschliesse.
Wenn denn irgendwann mal von Dir belastbare Oszi Bilder kommen die mehr zulassen als munter weiter Halbleiter zu grillen bis man durch Zufall richtig geraten hat, kann man ja wieder einsteigen.
Ich habe in einer Zündschaltung gesehen, dass die Zündladespannung, durch Reihenschaltung mehrerer Z-Dioden gegen Masse, begrenzt wurde. Könnte das hier helfen?
Anbei noch mal Spannung- und Stromverlauf bei 9000Umin-1.
Das Weglassen des Optotriacs hat schon sehr viel bewirkt.
Bisher ist auch kein Thyristor mehr defekt gegangen. Ich schrieb zwar dass sich ein 800V Thyristor verabschiedet hatte, das war aber eine Fehler meinerseits.
Ich steuere jetzt den Thyristor über einen 100Ohm Widerstand direkt vom uC an (3,3V).
Offensichtlich gefällt das den uC nicht wirklich. Bei einen bestimmten Zündwinkel kann es vorkommen, dass er in den Stopp geht.
Also muss ich diesen noch entkoppeln.
Wenn bei 10KU/min die Zeit zwischen zwei Pulsen 100us dauert
Ist das nicht um Faktor 60 zu kurz?
Ja, bei 10000 RPM sind es 6 ms/U.
Was mir auch noch problematisch vorkommt:
Bei der ursprünglichen Schaltung mit Optokoppler:
Bei 400V und R7 = 1k ist eine Stromspitze von 400mA zu erwarten. Aber der MOC ist nur bis max. 100mA spezifiziert (Dauerstrom bei 40°C - und nur 40mA bei 80°C).
Auch die dauerhaft zulässige Gate-Verlustleistung des Thyristors könnte bei hohen Drehzahlen knapp werden. (hab's aber nicht nachgerechnet)
Der R7=1k müsste eine Spannungsfestigkeit von wesentlich mehr als 400 V haben. Ist das der Fall?
In der neuen Schaltung wird der Thyristor direkt (über R=100 Ohm) vom µC-Pin angesteuert - Da sind "Probleme" erwartbar.
Wenn bei 10KU/min die Zeit zwischen zwei Pulsen 100us dauert
Ist das nicht um Faktor 60 zu kurz?
Ja, bei 10000 RPM sind es 6 ms/U.
Was mir auch noch problematisch vorkommt:
Bei der ursprünglichen Schaltung mit Optokoppler:
Bei 400V und R7 = 1k ist eine Stromspitze von 400mA zu erwarten. Aber
der MOC ist nur bis max. 100mA spezifiziert (Dauerstrom bei 40°C - und
nur 40mA bei 80°C).
Auch die dauerhaft zulässige Gate-Verlustleistung des Thyristors könnte
bei hohen Drehzahlen knapp werden. (hab's aber nicht nachgerechnet)
Der R7=1k müsste eine Spannungsfestigkeit von wesentlich mehr als 400 V
haben. Ist das der Fall?
In der neuen Schaltung wird der Thyristor direkt (über R=100 Ohm) vom
µC-Pin angesteuert - Da sind "Probleme" erwartbar.
Die Zündimpulse sind nur 50us kurz.
Aber ja, die Leistung ist schon sehr hoch.
Das Weglassen des Optotriacs hat das Sterben des Triacs/Thyristor beendet.
Bei 400V und R7 = 1k ist eine Stromspitze von 400mA zu erwarten.
Du hast Recht. Hier habe ich mich offensichtlich um eine 10er Potenz verrechnet.
Aber leitet nicht der opto-triac weiter - bis der Kondensator leer ist.
-Egal, diese Schaltung wurde ja verworfen.
Den Strom für's Gate würde ich nicht von der 3,3V Versorgung nehmen,
sondern vorsichtshalber von 12V ? und z.B. über eine npn+pnp/Transistorkombination schalten.
Den Strom für's Gate würde ich nicht von der 3,3V Versorgung nehmen,
sondern vorsichtshalber von 12V ? und z.B. über eine
npn+pnp/Transistorkombination schalten.
Warum nicht direkt von 3,3V? Welche Probleme erwartest du? 🤔
Die 12V/14,4V wären dann unstabilisiert.
Warum nicht direkt von 3,3V? Welche Probleme erwartest du? 🤔
Aus Vorsicht. Der Thyristor schaltet immerhin eineige hundert Volt bei hoher Flankensteilheit. Mögliche Rückwirkungen auf die 3,3V würde ich so gut es geht fernhalten.
Versorgung aus 3,3V wird auch funktionieren aber das muss man sich dann genau ansehen. Im Fehlerfall könnte dann auch gleich der µC defekt werden. Da wird die Entwicklung entsprechend mühsamer.
Hauptfrage ist auch, welche Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen für die Anwendung bestehen. (Rasenmäher? Motorrad im Straßenverkehr? Boot?......)
Warum nicht direkt von 3,3V? Welche Probleme erwartest du? 🤔
Aus Vorsicht. Der Thyristor schaltet immerhin eineige hundert Volt bei
hoher Flankensteilheit. Mögliche Rückwirkungen auf die 3,3V würde ich so
gut es geht fernhalten.
Versorgung aus 3,3V wird auch funktionieren aber das muss man sich dann
genau ansehen. Im Fehlerfall könnte dann auch gleich der µC defekt
werden. Da wird die Entwicklung entsprechend mühsamer.
Hauptfrage ist auch, welche Sicherheits- und
Zuverlässigkeitsanforderungen für die Anwendung bestehen. (Rasenmäher?
Motorrad im Straßenverkehr? Boot?......)
Danke für deine Gedanken. So ähnlich denke ich auch. Ja, wie ich schon schrieb, werde ich die Entkopplung noch herstellen.
Aufpassen! Wenn man noch schnell vor dem herankommenden Querverkehr anfährt...
Obwohl Profis viel Ahnung haben und viel Erprobungsaufwand treiben gibt's doch auch Rückrufe!
Auf Vibrationsfestigkeit, Spitzwasserdichtheit, Kondensation, Eis, weiten Temperaturbereich etc. achten.
Bauteile für Consumer-Elektronik erfüllen nicht unbedingt auch "automotive-grade".
Murphys Gesetze gelten universell. :)
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