[Gucki]

Damit mir nicht langweilig wird, hab ich mir mal ne Zündspule gebastelt...

   

   


Für folgende Schaltung hab ich alle Teile da:

   

Der winzige BJT hat ~40mOhm, kann aber nur (in dieser Schaltung) 200V ab. Deswegen der große C1.

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Ich hab nun endlich auch gerafft, warum C1 nicht parallel zum Halbleiter sein darf. Nach dem Abschalten von S1 pendelt Strom über L1, C1 und D1. So lange der Strom C1 auftankt, gibts kein Problem. Schlimm wirds aber, wenn C1 den Spulenstrom umdreht. Dann entsteht an der Suppressor-Anode eine negative Spannung, die den Halbleiter (egal ob MOS oder BJT) leitend macht (siehe rote Spannung, in grün der Schalterstrom). Und dann wird C1 über den Halbleiter entladen. Bumms.

Schuld ist also der Suppressor. Und der war ja nur notwendig, weil Kahlo den Akku abgezogen hat. Also letztlich ist kahlo Schuld.    Weil er dann aber C1 an den aktuellen Ort verschoben hat, sei es ihm verziehen.

[kahlo]

(06.02.2025, 04:44 AM)Gucki schrieb: Zeig mal bitte eine aktuelle Version Deiner Dimensionierung.

Diese Schaltung im Wesentlichen. Zusätzlich TVS zwischen 15 und SW, hie und da geringe Abweichungen in Bauteilwerten.

[Gucki]

Es gibt höchst erfreuliches zu berichten.

"Aufbau"

   


   

Anmerkung: in der realen Testschaltung hatte R2 = 1.8 Ohm.

In grün die Spannung über meiner "Zündkerze" (ich nehme einen Überspannungsableiter). Und in rot die Spannung über dem Kontakt (ich nehm ein 10A-Relais, damit ich ggfls. Funken erkennen kann).

Und hier die realen Messungen:

   

Meine Zündkerze zündet bei 125V (auf der Sekundärseite natürlich entsprechend höher). Und über dem Kontakt liegen nie mehr als 5V.

ABER

Mit Euren C1-66nF komm ich nicht klar. Und das liegt nicht an der geringen Spannungsfestigkeit meines BJT.

Mit den originalen 287 nF (ich nahm 220nF) geht es schon recht gut. Der Kondensator hatte eine Doppelfunktion. Einerseits sollte er die Induktionsspannung begrenzen. Klar.

Aber seine zweite Funktion ist, dass er der Ionisation Zeit geben soll. Denn bevor der Lichtbogen in der Kerze zündet, passieren allerlei Dinge, die - je nach Gasgemisch und Druck - viel Zeit kosten. In dieser Zeit schießt die Hochspannung mit 66nF weit übers Ziel hinaus. Ihr belastet damit die Zündspulenisolation und verschlechtert den Wirkungsgrad.

Und ich würde mir den winzigen BJT ruinieren. Mit 220nF klappt es schon deutlich besser. Aber es ist auf Kante genäht. Ich müsste auf 470nF aufstocken.

Ich wollte nur warnen! Ich sehe Zündaussetzer-Unheil bei Euch kommen.

Ich bin jedenfalls glücklich. Meine "Schaltung" und Kahlos C1-Anordnung funktioniert sogar mit dem winzigen BJT einwandfrei. Nix wird warm. Und die Relaiskontakte sind funkenfrei. Und der BJT kostet ein paar Cent und hat auch 40 mOhm.

Aber es fehlt noch die Timeout-Geschichte.

[Gucki]

Ach so... das muss ich noch betonen.

Wenn ich mit 220nF weit unter 200Vs bleibe, dann war das auch in der Originalzündung (mit intaktem Kondi) so der Fall. Wenn Ihr jetzt auf 400V hochschießt, dann ist das ein klares Zeichen für zu viel Slewrate und 100% Isolationsüberlastung.

Wie kamt Ihr auf 66nF?

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Zitat:Mit gutem Kondensator werden die Spitzen auf vielleicht 120V begrenzt.

5. Beitrag im Thread

https://stromrichter.org/showthread.php?...#pid318974

Super! Und ich komme reak auf 125V. Besser gehts doch nicht.

[Gucki]

Aha. Ab Beitrag #12 läuft es aus dem Ruder:

Zitat:Ich würde lieber ohne Kondensatoren arbeiten. Im Original ist ein Kondensator ähnlicher Grösse. Der ist eigentlich für die Zündung kontraproduktiv, da er den Spannungspeak an der Primärspule stark limitiert. Damit schwächt er den Zündfunken - und alles nur, damit der Kontakt nicht abbrennt.

Mehr Spannung = mehr Zündfunken. Klar. Aber Unsinn.

Mehr Spannung bedeutet mehr Energie ohne Zündfunken. Je höher die Spannung, desto schneller ist die Spannung auch wieder weg. 

66nF gehen nicht. Das klappt auf dem Labortisch in dünner Luft. Aber nicht im unter Druck stehenden Gas im Verbrennungsraum. So ne Ionisationswelle braucht Zeit. Und je mehr Moleküle zu ionisieren sind, desto langsamer schreitet die Ionisation voran.

Deswegen muss die Zündkerze eine schöne breite Sinushalbwelle sehen. 

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BTW: Irgendwelche Spannungsbegrenzer gehen auch nicht, weil die die Energie verheizen.

[kahlo]

Die 66n dienen nur zum Schutz des Mosfet und sind so dimensioniert, dass der Spannungspeak unter 400V bleibt. Ursprünglich wollte ich an der Stelle gar keinen Kondensator. Käufliche Zündungen kommen da ganz ohne aus, indem ein fetter Hochspannungstransistor verwendet wird.
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Die kürzlich abgebrannte Version hat ca. 8mm-Funken generiert.

[kahlo]

Auf der Platine ist Platz genug für höhere Kapazität. Das Argument mit der Zündspulenisolation ist angekommen...

[Gucki]

(06.02.2025, 04:35 PM)kahlo schrieb: Auf der Platine ist Platz genug für höhere Kapazität. Das Argument mit der Zündspulenisolation ist angekommen...

Dann ist mein FZT853 perfekt für dieses Projekt. Zwar kann er eigentlich nur 100V. Aber in unserer speziellen Schaltung mit positivem Emitter (= negativer Basis) kann er 200V sperren. Und das hab ich heute auch erfolgreich getestet.

Das motiviert mich sehr, noch etwas Gehirnschmalz in den "Abschnürer" zu stecken.

[Gucki]

Leider so ein dummer Kleinleistungs PMOS nötig. Aber damit gehts eben fast so perfekt wie mit PTC.

   

[kahlo]

Ich habe mich daran erinnert, dass ich die Variante nach Alfsch ja noch funktionierend als meinen 1. Prototyp hatte .

Noch   .

Also TVS-Diode zwischen Kontakt und Spannungsversorgung gelötet sowie einen zusätzlichen MKT mit 220n zwischen Zündspule und Masse gesetzt.

   

Als erstes den Zündfunken getestet. Er ist nennenswert stärker und kann nun mehr als 1cm überbrücken (jedenfalls bei langsamem Gefunke). Also ist mehr Kapazität doch positiv.

Dann das Abklemmen der Batterie bei "mittlerer Drehzahl" getestet. Ging gut! Also nochmal. Ging wieder gut. Dann sinnlos mehrere male an- und ab, wie man das so macht, wenn man was kaputtkriegen will. Ist mir gelungen, irgendwann war Ruhe . Jetzt isses auch defekt. Vermutlich wieder der 1EDN.

[Gucki]

BMW hatte den großen Kondi nicht aus Spaß eingesetzt. Derartige Zündsysteme wurden in über hundert Jahren optimiert. Man kann so ein Gesamtkunstwerk leicht "verschlimmbessern". Auch die Tests müssen mit Bedacht geschehen.

Zum Beispiel sind große Überschlagsweiten in Luft eine harte Belastung für das System. Du solltest zumindest stets richtige Zündkerzen für die Versuche nehmen.

Wenn der HV-Zündkreis hochohmig ist und zusätzlich die Betriebsspannung wild spratzelt, so ist die Stimmung des Treiberchips verständlicherweise stark getrübt. Mit seinem Vcc von nur -0.3Vs ist er eine Mikro-Mimose. Stabile Endsiegtechnik erkennt man schon an der Größe.


Mir sind die Basics auch noch nicht so ganz klar:

Ist die nominale Kapazität des Kondis eigentlich bekannt? Ich vermute, dass die gemessenen "287 nF" ein Verschleißwert sind. Das würde auch den enorm hohen ESR erklären. Den Neuwert vermute ich bei 330 oder gar 470nF.


Wenn "287 nF" korrekt sind, so wird der Kontakt direkt vor der Öffnung mit 4A und nach der Öffnung mit einer wohldefinierten Sinushalbwelle von 120Vs belastet. Genauso ergeht es also auch einem Halbleiter. Es genügt eine 200V-Type mit 8A Spitzenstrom. Im Mittel fließen nur 1A.

[Gucki]

Jetzt hab ich es verstanden: Der hohe ESR des Orginalkondis muss sein.

Der Kontakt schließt. Es fließt Spulenstrom. Dann öffnet der Kontakt. Nun fließt der Spulenstrom in den Kondi. Lädt ihn auf +120Vs auf.

Nehmen wir an, dass nicht gezündet wird. Oder dass die Zündkerze noch etwas Energie in der Spule belässt.

Dann dreht sich der Spulenstrom um und die Kondispannung fälllt auf 0V. 

Normalerweise würde man das weitere Pendeln ins Minus mit einer Diode unterbinden und den Spulenstrom zurück in den Akku speisen.

Leider gabs bei der Konstruktion des Motorrads aber noch keine guten Dioden. Also war gezwungen, die überschüssige Energie in Wärme zu wandeln. Und das muss während der positiven Halbwelle abgeschlossen sein.

Und genau das macht der "schlechte" Kondensator.

Oha.

Wir wollen die Energie natürlich gerne zurückgewinnen! Also nehmen wir low-ESR Kondis und zwischen Punkt "a" und Masse eine Diode. Ihr habt die schon automatisch per MOS-Bodydiode drin. Ich nicht. Ich muss die leider bei mir nachrüsten.

Damit hätten wir einen "Umschwingkondensator mit Energierückgewinnungsdiode".

ABER

Wenn die Kerze nicht zündet, dann dauert diese Rückgewinnung fast genauso lange, wie die Einspeisung der Energie. Ab mittleren Drehzahlen schließt der Kontakt bzw. MOS schon wieder, was die Energierückgewinnung sogar noch unterstützt. Aber während dieser Zeit kann die Spule nichti bestromt werden. Und damit gibt es direkt nach einem Zündaussetzer auch gleich den nächsten. Usw. Und die Maschine geht aus.

Am Beginn einer Kontaktschließung muss die Spule stromfrei sein! Sonst gibts Probleme.

Eine Energierückgewinnung ist also ungeeignet. Wir müssen den Original-Kondi verwenden. Bzw. low-ESR-Kondis mit Widerstand in Reihe.

Meine Güte!

Das ist alles viel komplizierter als man so denkt.

[Gucki]

Entwarnung: der beschriebene Effekt droht erst ab 10mH.

Wir können also die Energie zurückgewinnen, die die Zündkerze nicht aufgenommen hat.

[kahlo]

Ich fahre seit 2 oder 3 Jahren mit einem 330n MKT-Kondensator, völlig ohne Probleme. Eine elektronische Zündung ist also Luxus. Vor einiger Zeit habe ich ein paar Kondensatoren vermessen - meinen MKT, das Original und einen schlechten Nachbau:

   

Ein hoher ESR ist nicht gut. Er ist die Ursache für einen sofortigen Spannungsanstieg beim Öffnen des Kontaktes, noch vor dem eigentlichen Spannungspeak. Das startet den Funkenflug am Kontakt.

Spannung am Kondensator und Unterbrecher:
   

Schlechter Nachbaukondensator (226nF, ESR 11 Ohm), auf den ersten Spannungspeak gezoomt. Man beachte den sofortigen Anstieg bei 5,00ms:
   

Original (287n, 5,6 Ohm):
   

Mein MKP (299n, 2,85 Ohm)
   

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Ich gehe davon aus dass die Daten für den Originalkondensator ungefähr den Spezifikationen entsprechen. Es ist ein üblicher Wert. Es steht nichts drauf, aber mechanische Zündungen haben meist Kondensatoren mit 200..300nF verbaut.

So sieht das bei mir unter der Haube aus (Kondensator oben rechts):
   
Das Foto ist schon ein wenig älter, inzwischen stimmen die Kabelfarben...

[kahlo]

(07.02.2025, 05:19 AM)Gucki schrieb: Zum Beispiel sind große Überschlagsweiten in Luft eine harte Belastung für das System. Du solltest zumindest stets richtige Zündkerzen für die Versuche nehmen.

Mir wurde das mal so erklärt: Eine Zündkerze ist bei Versuchen ausserhalb des Brennraums nicht aussagekräftig. Da kann es funken und unter Kompression im Zylinder geht dann nichts. Bei (antiken) Geräten zum Funktionstest von Zündspulen sieht man Funkenstrecken um die 1 cm.

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Ich verabschiede mich gerade mental von der alten Schaltung. Ich brauch was ohne Mimosen. Etwas, was ich nicht durch Kabelwackeln kaputtbekomme.

[Gucki]

Super. Danke. 

Ich hab ja mittlerweile auch begriffen, dass das Energegeschaukele rechtzeitig vorbei ist, bevor der Kontakt erneut schließt.

Allerdings muss die von der Zündkerze nicht aufgenommene Energie trotzdem irgendwo verdampfen. Wenn nicht im Kondi dann in der Spule.

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Zitat:Ein hoher ESR ist nicht gut. Er ist die Ursache für einen sofortigen Spannungsanstieg beim Öffnen des Kontaktes, noch vor dem eigentlichen Spannungspeak. Das startet den Funkenflug am Kontakt.

Das mit dem Funkenflug müssen wir mal physikalisch untersuchen. Das gehe ich mir gleich an. Sonst wissen wir gar nicht so genau, was wir da am Kontakt eigentlich erreichen müssen.

Denn meine BJT-Lösung lässt ja auch einen schlagartigen Soannungsanstieg von 3-5V zu.

[kahlo]

(06.02.2025, 05:47 PM)Gucki schrieb: Leider so ein dummer Kleinleistungs PMOS nötig. Aber damit gehts eben fast so perfekt wie mit PTC.

Kann mir jemand auf die Sprünge helfen? Ich verstehe die Ansteuerung des PMOS nicht. Wohin fliessen die Ladungsträger im Dreieck Kondensator-Diode-Gate ab? Es funktioniert offensichtlich in der Simulation, also muss ich ein Brett vorm Kopf haben...

[Gucki]

Zitat:Ich verstehe die Ansteuerung des PMOS nicht.

Schottky hat hohe Restströme. Hat mich immer geärgert. Aber hier ist es mal nützlich. Spart nen 10 Megohm-R.

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(07.02.2025, 11:13 AM)kahlo schrieb: Ich verabschiede mich gerade mental von der alten Schaltung. Ich brauch was ohne Mimosen. Etwas, was ich nicht durch Kabelwackeln kaputtbekomme.

Geduld.... wir haben gerade begriffen, dass wir 220nF und eine Rückgewinnungsdiode brauchen.

[kahlo]

(07.02.2025, 04:01 PM)Gucki schrieb:

Zitat:Ich verstehe die Ansteuerung des PMOS nicht.

Schottky hat hohe Restströme. Hat mich immer geärgert. Aber hier ist es mal nützlich. Spart nen 10 Megohm-R.

Ah. Ok.

Die Suche nach einem geeigneten BJT fällt mir schwer, und die Mosfets sind schon da.
   

[Gucki]

Ok. Mir gefällt MOS auch besser. Mein BJT ist bzgl. der Spannung mimosenhaft.

Aber erstmal Kontaktforschung....

Statt Unterbrecher starkes Relais. Dann meine Spule mit 2.6 mH und 1.8 Ohm in Reihe. Und 220nF. Strommessung mit kleinem Stück gestrecktem Konstantandraht (induktionsarm).

   


Hier ein typischer Spannungszusammenbruch:

   

Der Kontakt öffnet. Der blaue Kontaktstrom von 2A fällt auf 0 und die gelbe Spannung steigt - vom Kondi gebremst - an.

Schon bei 90V kommt es zu einem brutalen Überschlag. Mit Lichtbogen und haste-nicht-gesehen. Gespeist wird der imense Strom von dem Entladestrom des kleinen 220nF Kondi (niedriger ESR) und dem Spulenstrom.

Erst nach Beendigung der Ionisation beginnt die Spannungsrampe neu. Mittlerweile haben sich die Kontakte schon so weit voneinander entfernt, dass es zu keinem weiteren Überschlag kommt.

Dass die Stromkurve noch ein wenig mitschwingt, liegt an der Nähe des Konstantandrahtes zur Streufeldspule, denn ich hab das Blechpaket ja nicht geschlossen.

Also "holla-die-Waldfee".... ich bin tief beeindruckt.

Und das passiert nicht immer bei 90V. Manche Überschläge fanden auch bei weniger Spannung statt. Und manchmal sogar zwei hintereinander.

Zumindest meine Kontakte kann der 220nF nicht schützen. Und ich hab noch nicht mal 4A reingejagt.

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Deine Schaltung sollte gehen. Gefällt mir.

Aber sie verzichtet auf Energierückspeisung, wenn die Zündkerze nicht zündet.

Probier einfach mal eine normale Si-Diode (Niedervolttype) mit 4A Spitzenstrom. Katode auf Source des Power-MOS. Anode auf Masse. Und dann Zündkerze unterbrechen und dann angucken, wie der Strom wieder in den Akku zurückfließt.