Designar drivkrets för tändspole. Har jag tänkt rätt?

[yxskaft]

Som led i en idé jag har om metallsmältning medelst ljusbåge och kolelektroder, försöker jag rita en drivkrets för biltändspole, för att genom att lägga högspänningen från denna parallellt med (medelst induktiv koppling à la tändkrets för t.ex. TIG) drivspänningen till kolelektroderna ha en chans att hålla igång ljusbågen utan alltför sofistikerad elektrodhöjdjusteringsrobotik (de 230V AC jag tänker mig för smältningen lär inte hoppa speciellt imponerande gnistgap...).

Såsom amatörmässig klåpare utan koll på så mycket annat än grundläggande digital elektronik på självlärdhetsnivå finner jag det klokt att be om råd angående just drivkretsen till tändspolen.

Bifogar bild på eländet så långt jag ritat hittills.

En ATTINY45 är tänkt att driva en tändspole ansluten till kontakten P1 (i mitten av schemat nederst) genom att programmatiskt(1) trigga MOSFETen TR1 (något till höger om mitten av schemat nederst).

Schottkydioden D4 är jag osäker på om den egentligen behövs, då IRFP450 verkar ha inbyggd frihjulsdiod, men jag tänker att den åtminstone inte kan göra någon skada.

Det jag vill fråga om är egentligen om jag missat något jag borde begripit bättre. Och om jag överhuvudtaget tänkt rätt med kretsen. Samt allmänna synpunkter och bättre idéer .

(1): Det vore lättare med en 555-krets, men att använda en mikrokontroller blir roligare, på ett perverst sätt. )

EDIT: Alla lysdioder är bara för diverse indikering. Och jag glömde nämna att jag tänkte mata kretsen med 12V från ett PC-nätaggregat.

[backeliten]

För att gör ett svar långt så kommer mosfeten brinna upp detsamma då du släpper gate spänningen på den.

Det du måste ha är en IGBT som klarar högre spänningar utan att förstöras.

Inom bilelektronik för tändsteg som driver tändspolar brukar man ha en IGBT som klarar ca 600V och runt 20A för en normal tändspole.

Tänk på att det finns IGBT som klarar att drivas från 5V är det mest vanligt att de flesta kräver runt 12V för att bottna korrekt. Så mao driv dessa ifrån en mosfet-drivare.
Typ liknande ICL7667, (finns långt mycket bättre, men det avar den jag hade i huvudet).

En gnista ifrån en tändspole har ca 1.5ms lång gnisttid, uppladdningstiden är ca 4ms om den används för bilmotorer. (typisk vanlig rund tändspole man finner under huven på de flesta äldre volvobilar).

Sen kan det bli lite risky för PC-agget om du ska mata tändspolen därifrån också. Då krävs en rejäl kondingsbank eller bättre ett litet batteri emellan som kan ta de spänningar och strömmar som blir runt en sådan koppling.

/Jonas

[Icecap]

Att det måste vara en IGBT är inte sant! IGBT har sina fördelar vid högre spänningar än 12V men i detta duger MOSFET och IGBT nog lika bra. MOSFET brukar dock vara billigare.

Men att den MÅSTE tåla 800V eller mer är rätt (har mätt detta) och strömmen kan man räkna ut vid att mäta det ohmska motstånd i en tändspole.

Sedan ska man säkerställa att den drivs rätt, alltså med rätt gatespänning, 5V kan vara för lågt.

Jag byggde i sin tid en elektronisk tändning och mitt mål var att INGEN begränsning av gnistan fick förekomma. Därför mätte jag spänningen som uppstår på primärsidan (lågspänningen) och den toppade lätt strax under 800V!

Skaffade MOSFET som pallade och den tändning var sedan totalt fri från att gnälla vid slitna tändstift osv. Startade i alla lägen!

[yxskaft]

Tack, bägge. Som ni märker stämmer min låga uppfattning om min förmåga

• MOSFET eller IGBT ok, men måste tåla >= 800V och >= 20A.
• Driver behövs för att tända IGBT ordentligt.
• PC-PCU tveksamt om orkar driva tändspolen.

Jag har beställt IGBTn HGTG18N120BND Datablad

Den ska klara 1200V / 54A, vilket tydligen bör räcka.

Återstår att hitta en lämplig drivare. Vad den saken gäller är vi inne på vad jag inte ens vet vad jag behöver, och databladen ger mig ångest - villkoret för att tända IGBTn helt anges i ett antal mJ, och det var mycket länge sedan jag gick i skolan och rudimentärt lärde mig sambanden mellan laddning, energi, spänning och ström.

Som jag fattat det är gate på en IGBT egentligen en kondensator, som det tydligen gäller att ladda upp så snabbt det går. Drivaren måste alltså kunna ge tillräckligt hög ström. Frågan är HUR hög. Jag skulle kunna gissa, eller så ber jag om idé?

En hastig beräkning givet backelitens siffor ger en switchfrekvens på ca 180Hz. Det är ju inte speciellt högt, men jag har ingen aning om det gör att kraven på drivern blir lägre.

[Icecap]

Drivern är inte till för höga frekvenser, den är till för snabba omslag. Ju snabbare de är, ju mindre energi kastas bort i drivtransistorn.

Då det är en kapacitet som ska laddas upp och ur är nyckelparametern ström. Men kan komma långt med en NPN och en PNP-transistor som är kopplat som ett push-pull emitterföljare drivsteg, då kan man få signifikant med ström.

Sedan finns det drivkretsar för detta också, det viktiga är att övergången mellan låt gate-spänning (transistor av) och hög gate-spänning (transistorn på så mycket det går) sker snabbt.

[j.po]

Hur stor effekt får du ut från spolen?, att smälta metall kväver väl mer än typ 100watt eller hur mycket du kan tänkas få ut som max, om det inte är väldigt lite metall, typ lödning.

[yxskaft]

Icecap: Du menar något i denna stilen?

Driver-output-stage-for-gate-control-voltage-turn-on-and-turn-off.jpg

j.po: Du har missuppfattat lite, vilket antagligen beror på mitt omständliga sätt att uttrycka mig. Tändspolekretsen är bara tänkt att överlagra huvudströmmen till ljusbågen med jättehög spänning för att hjälpa till att jonisera en kanal i luften. Huvudströmmen tänker jag mig vara 230V, och tanken med att överlagra denna spänning med en kV-spänning från tändspole är att möjliggöra längre båge. Det blir, tänker jag, mycket lättare att reglera elektrodavstånd till smältan sålunda.

[Icecap]

yxskaft: Nej!

Jag menade exakt vad jag skrev, inget annat!

Rge = OK.
RGon, Rgoff = ? Varför?
Sedan skrev jag NPN och PNP-transistorer och det finns anledning!

Koppla ihop Baserna.
Koppla ihop Emitterna.
Koppla Kollektor på NPN till VGG+.
Koppla Kollektor på PNP till VGG-.
Styr Baserna med ett lämpligt signalsväng, exakt värde beror på driv-transistorns värden.

Evt. kan man placera ett motstånd mellan drivtransistorn gate och Emitterna som strömstötsbegränsare om man behöver.

[yxskaft]

Icecap: Bilden var något jag hittade när jag googlade efter termen "push-pull emitter" som du nämnde. Den var helt ny för mig, och jag visade den för att fråga om det var en UNGEFÄR sådan krets du menade

Men jag tror att det börjar klarna litegrann nu. För att åter fresta ditt (ert) tålamod, så har jag ritat upp hur jag tror att du menar. Värdet på R5 har jag inte specat, ej heller exakt vilka NPN-/PNP-transor som jag tänkt mig. Det hänger ju ihopa, och även med hur mycket ström en avr-port kan ge.

(IGBT-schemasymbolen ritade jag nyss i kiCad då sådan saknades - det är därför den är så ful)

Är jag mer rätt nu?

[Icecap]

Sedär ja! Kom ihåg att styrsignalen på PWR_FLAG styr utspänningen från TR1/TR2, det ska alltså växla mellan 0 och t.ex. 12V.

Detta kan enkelt åstadkommas med en liten transistor som sitter mellan µC och drivsteget.

[yxskaft]

Nu är jag åter icke med. Räcker det inte med att strömmen genom R5, från en 5V-utgång på MCUn, är tillräckligt stor för att driva både TR1 och TR2 till mättnad?

[Icecap]

Strömmen? Jag är ganska säker på att jag skrev "spänningen". Hmmm... jupp, det gjorde jag!

Med TR1 & TR2 har du en strömförstärkare - men inte en spänningsförstärkare. Styrspänningen in på baserna av TR1 & TR2 ska alltså svänga mellan 0V och +12V för att få ut korrekt drivning av gaten på IGBT1.

Det kan enkelt lösas vid att ta en helt vanlig småsignal NPN-transistor (eller N-MOSFET), koppla emitter till GND och kollektorn till vänster sida av R5.

Mellan kollektorn och +12V placerar du ett motstånd på kanske 3,3k.

Sedan tar du ett strömbegränsermotstånd mellan basen och µC-pinnen och du har en drivning som är stark och enkel. Ha bara klart för dig att när du skickar en nolla till den transistor slår drivningen på, den slår såklart av vid en etta.

[yxskaft]

Ah, ok. Jag trodde att du menade outputen från TR1/TR2. Men då är jag med! Tackar storartat.

Jag antar att värdet på R5 är något jag får bestämma experimentellt, men det ska jag kanske klara. Eller så får jag panik och beställer en färdig driver-IC, det visar sig

[MiaM]

Men att den MÅSTE tåla 800V eller mer är rätt (har mätt detta) och strömmen kan man räkna ut vid att mäta det ohmska motstånd i en tändspole.

I normalfallet är det väl spänningen som krävs för att tända gnista som avgör spänningarna över tändspolen?

Då frågar jag om 800V verkligen stämmer även om tändkabeln är lossad, eller blir det ännu högre spänning då?

Då är det kanske å andra sidan en bra idé att ha någon skyddskomponent som begränsar primärspänningen så att det inte till slut blir överslag (och i längden skador) i tändspolen.

[Icecap]

MiaM: Då jag mätte i sin tid på en Bosch Svart tändspole från en Volvo 240 kom primärspänningen upp i 800V i pulserna. Faktisk var dessa pulser högre MED gnista än utan - fast det var inte så våldsam skillnad.

Sedan fick jag den bästa gnista med en impedans av 4,7k Ohm i kedjan på sekundärsidan. Detta fick mig att skaffa rena kopparkablar till tändstiften, den produkt hade utgått men jag fick tag på en kille på NKT som hade lite resten hemma i garaget, dom skickade han. Sedan skaffade jag ett högspänningsmotstånd på 4,7k Ohm och efter lite trixande med ledningar, krympslangar och annat hade jag det ultimativa tändsystem.