CN211524983U - 一种能量可控的交流点火*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能量可控的交流点火***，包括，电源模块、控制器模块、信号驱动模块、BOOST升压模块、H桥驱动模块以及执行器模块；BOOST升压模块的输入端与电源模块连接，输出端与H桥驱动模块的输入端连接，控制端通过信号驱动模块与控制器模块连接；H桥驱动模块的控制端通过信号驱动模块与控制器模块连接；执行器模块包括点火线圈和点火塞，点火线圈包括原边线圈和次级线圈，原边线圈与H桥驱动模块的输出端连接，次级线圈连接点火塞。该***可以精确的控制点火***的能量，避免了能量的浪费。

Description

一种能量可控的交流点火***

技术领域

本实用新型涉及电点火***技术领域，具体涉及能量可控的交流点火***。

背景技术

当前主流点火***为电感储能式点火***和电容储能式点火***，电容储能式点火***现在更为普遍，两种方法工作原理不同，且在一定程度上均存在局限性。

1、电感储能式点火***：

(1)工作原理：电感储能式电点火装置主要由蓄电池、点火开关K1、断电器K2、电阻、点火线圈、电容构成。直流电通过点火开关、电阻、点火线圈初级绕组断电器K2回到蓄电池，断电器两端并联电容。开始K1闭合，K2断开，电流经过R-L-C给电容充电直至电容充满电，电路断路，当闭合断电器K2时，初级线圈中瞬间通过电流，次级线圈感应出极大的电动势实现火花塞瞬间点火。

(2)局限性：浪费了电容中储存的能量且火花持续时间长，能量损失较为严重；点火能量不可控，不能根据工况选择点火能量。

2、电容储能式点火***：

(1)工作原理：电容储能式点火***主要由直流升压器(振荡器，变压器，整流器)、储能电容、晶闸管、晶闸管触发电路组成。当接通点火开关时，振荡器开始工作，将电源的低压直流电转变为低压交流电，经变压器升压，变压器的次级输出400V左右的交流，再经整流器输出400V左右的直流，并向储能电容充电。储能过程接通点火开关便开始进行，不受点火信号控制。当点火信号到来时，触发电路产生触发脉冲，使晶闸管迅速导通，储能电容向点火线圈初级绕组放电，初级电流迅速增长，次级线圈感应出很高的感应电动势，使火花塞间隙产生电火花点燃可燃气体实现点火。

(2)局限性：相比较电感储能式点火***来说，火花持续时间短能量损失小，但是火花的能量并不能控制，无法根据不同工况调整点火能量。

当前的内燃机点火装置主要是以上两种，一般以电容储能式点火***居多，因为相对于电感储能式它在各个方面更有良好的普适性，但是现在由于工况的不同，点火能量始终不变很容易造成能量的浪费，现在的主流技术不能实现火花能量的控制，随着工业的发展以及节约能源越来越被人们看重，需要一种新的方式来实现火花能量可调。

实用新型内容

本实用新型提出了一种能量可控的交流点火***，该***解决了现有点火***能量不可控，造成能量浪费的问题。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种能量可控的交流点火***，包括，电源模块、控制器模块、信号驱动模块、BOOST升压模块、H桥驱动模块以及执行器模块；

所述BOOST升压模块的输入端与所述电源模块连接，输出端与所述H桥驱动模块的输入端连接，控制端通过所述信号驱动模块与所述控制器模块连接；

所述H桥驱动模块的控制端通过所述信号驱动模块与所述控制器模块连接；

所述执行器模块包括点火线圈和点火塞，所述点火线圈包括原边线圈和次级线圈，所述原边线圈与所述H桥驱动模块的输出端连接，所述次级线圈连接所述点火塞。

进一步地，还包括电压反馈模块，所述电压反馈模块的输入端与所述BOOST升压模块输出端连接，所述电压反馈模块的输出端与所述控制器模块连接。

进一步地，还包括电流反馈模块，所述电流反馈模块的设置在所述H桥驱动模块的输出端与原边线圈之间，所述电流反馈模块的输出端与所述控制器模块连接。

进一步地，电源模块包括用于提供电能的蓄电池和用于将所述蓄电池的电压转换成可用于为其它模块供电的辅助电源模块。

进一步地，还包括输入模块，所述输入模块与所述控制器模块连接。

进一步地，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制器模块连接。

进一步地，所述信号驱动电路包括第一信号驱动单元、第二信号驱动单元以及第三信号驱动单元；

所述控制器模块通过所述第三信号驱动单元与所述BOOST升压模块的控制端连接；

所述控制器模块通过所述第一信号驱动单元和第二信号驱动单元与所述H桥驱动模块的控制端连接。

进一步地，所述H桥驱动模块具有多组，每组H桥驱动模块连接有一个执行器模块。

与现有技术比较，本实用新型所述的能量可控的交流点火***具有以下优点，本***通过设置了控制器模块、BOOST升压模块以及H桥驱动模块，控制器模块可以控制BOOST升压模块和/或H桥驱动模块的导通或关闭时间，进而改变输入到打火塞上的电流大小或打火时间，实现了打火塞打火时能量的可控。

附图说明

图1为本实用新型公开的能量可控的交流点火***的原理图；

图2为电压反馈模块的原理图。

图中：10、蓄电池，11、辅助电源，2、控制器模块，30、第一信号驱动单元，31、第二信号驱动单元，32、第三信号驱动单元，4、BOOST升压模块，5、H桥驱动模块,6、执行器模块，7、电压反馈模块，8、电流反馈模块。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型公开的能量可控的交流点火***，包括，电源模块、控制器模块2、信号驱动模块、BOOST升压模块4、H桥驱动模块5以及执行器模块6；

所述BOOST升压模块4的输入端与所述电源模块连接，输出端与所述H桥驱动模块5的输入端连接，控制端通过所述信号驱动模块与所述控制器模块2连接；

所述H桥驱动模块5的控制端通过所述信号驱动模块与所述控制器模块2连接；

所述执行器模块6包括点火线圈和点火塞，所述点火线圈包括原边线圈和次级线圈，所述原边线圈与所述H桥驱动模块5的输出端连接，所述次级线圈连接所述点火塞。

具体地，在本实用新型中，如图1所示，电源模块包括用于提供电能的蓄电池10和用于将所述蓄电池10的电压转换成可用于为其它模块供电的辅助电源模块11，蓄电池10可以输出7.2V的电压，辅助电源模块11包括两组电源芯片34063和一组电源芯片LM2596，两组电源芯片34063分别将蓄电池输出的7.2V电压转换成15V电压和10V电压，电源芯片LM2596将蓄电池输出的7.2V电压转换成3.3V的电压，辅助电源模块用于给不同的模块进行供电。BOOST升压模块4包括极性电容C5、电感L1、开关管MOS1、稳压二极管D7以及极性电容C6，BOOST升压模块4的输入端与蓄电池10连接，输出端与H桥驱动模块5的输入端连接，控制端通过信号驱动模块与所述控制器模块连接，本实施例中，控制器模块2由芯片STM32F103构成的最小控制***构成，信号驱动模块包括结构相同的第一信号驱动单元30、第二信号驱动单元31和第三信号驱动单元32，在本实施例中，第一信号驱动单元30、第二信号驱动单元31和第三信号驱动单元32为由半桥驱动芯片IR2104构成的桥式驱动电路。

具体的，第三信号驱动单元32包括第三半桥驱动芯片IR3、极性电容C8、极性电容C7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12，第三半桥驱动芯片IR3采用半桥驱动器IR2104，半桥驱动器IR2104的IN引脚与STM32F103芯片的一个输出引脚连接，半桥驱动器IR2104的COM引脚通过极性电容C8与电源(15V)隔离，二极管D9并联在VCC引脚和VB引脚之间，半桥驱动器IR2104的HO引脚连接有并联连接的二极管D8(阴极)和电阻R9，二极管D8(阳极)和电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与极性电容C7的负极端连接，极性电容C7的正极端与半桥驱动器IR2104的VB引脚连接，电阻R10与极性电容C7连接的一端还与半桥驱动器IR2104的VS引脚连接，半桥驱动器IR2104的LO引脚连有二极管D10的阴极和电阻R11的一端连接，二极管D10的阳极和电阻R11的另一端连接后与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端接地，二极管D10的阳极还与开关管MOS1的控制端连接，STM32F103芯片通过第一信号驱动单元可控制开关管MOS1的开关。

第二信号驱动单元31包括第二半桥驱动芯片IR2、极性电容C4、极性电容C3、二极管D4、二极管D2、二极管D6、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，第二半桥驱动芯片IR2采用半桥驱动器IR2104，半桥驱动器IR2104的IN引脚与STM32F103芯片的一个输出引脚连接；

第一信号驱动单元30包括第一半桥驱动芯片IR1、极性电容C1、极性电容C2、二极管D3、二极管D1、二极管D5、电阻R4、电阻R3、电阻R2和电阻R1，第一半桥驱动芯片IR1采用半桥驱动器IR2104，半桥驱动器IR2104的IN引脚与STM32F103芯片的一个输出引脚连接。

H桥驱动模块5包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、二极管D_1、二极管D_2、二极管D_3以及二极管D_4，本实施例中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3以及开关管Q4均采用MOS管，二极管D_1并联在开关管Q2的源极和漏极两端，二极管D_2并联在开关管Q1的源极和漏极两端，二极管D_3并联在开关管Q4的源极和漏极两端，二极管D_4并联在开关管Q3的源极和漏极两端，开关管Q1和开关管Q3组成半桥，开关管Q4和开关管Q2组成半桥，二极管D2的阳极与开关管Q2的控制端连接，二极管D6的阳极与开关管Q4的控制端连接，二极管D5的阳极与开关管Q1的控制端连接，二极管D1的阳极与开关管Q3的控制端连接，STM32F103芯片通过第二、第三信号驱动单元可控制H桥驱动模块的工作。

H桥驱动模块5的输出端与点火线圈的原边线圈连接，点火线圈的次级线圈连接点火塞，点火线圈为高频升压变压器，可以根据需求将蓄电池的电压升压的至8至10KV之间以用于点活塞的点火。

本实用新型公开的能量可控的交流点火***的工作原理如下：控制器模块输出的PWM信号通过第三信号驱动单元控制BOOST升压模块的控制端的导通和关断来控制电感的储存和释放能量进而将蓄电池输出的电压进行升压，控制器模块输出一对互补的PWM信号分别控制第一、第二信号驱动单元，第一信号驱动单元和第二信号驱动单元控制H桥驱动模块中4个开关管对角交替导通，以用于将BOOST升压模块输出的直流高压转换成方波后输入至点火线圈的原边线圈，点火线圈的次级线圈对原边线圈中的电压进行进一步的升压后输入至点火塞，由点火塞进行点火。本实用新型中，控制器模块可以改变输出的PWM信号的占空比和频率，进而改变BOOST升压模块或H桥驱动模块的导通和关闭时间，过改变BOOST驱动电路中PWM的占空比(duty)，就可改变BOOST的输出电压，因为其电压输出公式为U＝U_in/(1-duty)，当控制器模块改变BOOST升压模块的导通和关闭时间，进而可以改变BOOST升压模块的输出电压，使得施加在原边线圈的电压改变，次级线圈的电压改变，使得作用在打火塞上的电流改变，实现了打火的能量可控。当控制器模块改变H桥驱动模块的导通和关闭时间，可以改变作用在原边线圈的交流电压的频率，进而次级线圈上的交频频率也改变，根据Q＝I2Rt，频率改变时间也就改变，打火的能量实现了可调。

进一步地，还包括电压反馈模块，如图2所示，所述电压反馈模块的输入端与所述BOOST升压模块输出端连接，所述电压反馈模块的输出端与所述控制器模块连接。具体地，所述电压反馈模块包括电阻RV1、电阻RV2以及第一运算放大器U1，电阻RV2一端接地，另一端与电阻RV1的一端连接，电阻RV1的另一端与BOOST升压模块的输出端连接，电阻RV1和电阻RV2构成分压电路，电阻RV1和电阻RV2连接的一端与第一运算放大器的同向输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与输出端连接，输出端与STM32F103芯片的一个ADC引脚连接，通过电阻分压的形式将BOOST的输出电压降到3.3V以内可供单片机采集，分压过后通过由运放构成的电压隔离器输送到单片机一个ADC采集管脚。其作用为通过反馈闭环PID控制保证BOOST的输出稳定无波动，进而保证了计算的能量准确，本实施例中，第一运算放大器U1采用LM324芯片。

进一步地，还包括电流反馈模块，所述电流反馈模块的设置在所述H桥驱动模块的输出端与原边线圈之间，所述电流反馈模块的输出端与所述控制器模块连接，在本实施例中，所述电流反馈模块包括电流检测芯片INA282和电阻20，所述电流检测芯片INA282的REF1引脚和REF2引脚接地，所述电流检测芯片INA282的-IN引脚与所述H桥驱动模块的一个输出端连接，所述电流检测芯片INA282的+IN引脚与所述原边线圈的一端连接，所述电阻20并联在所述电流检测芯片INA282的-IN引脚和+IN引脚之间，所述电流检测芯片INA282的OUT引脚与所述控制器模块连接。设置有电流反馈模块可以通过采集原边线圈的电流进行能量计算，同时检测其最大值保证不会超过H桥模块和BOOST模块里器件的额定值，即起到限幅作用。

进一步地，还包括输入模块，所述输入模块与所述控制器模块连接，所述输入模块可以调整控制器模块输出的PWM信号的占空比，进而调整打火塞的能量，以适用于不同的打火需求，输入模块可以是按键或拨码开关。

进一步地，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制器模块连接，所述显示模块用于显示各种参数，例如，控制器模块输出PWM信号的占空比、BOOST升压模块输出的电压值，H桥驱动模块中脉宽驱动时间等信息，本实施例中，显示模块采用oled显示屏进行显示。

进一步地，所述H桥驱动模块具有多组，每组H桥驱动模块连接有一个执行器模块，可以用于对多个点火塞进行点火。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能量可控的交流点火***，其特征在于：包括，电源模块、控制器模块、信号驱动模块、BOOST升压模块、H桥驱动模块以及执行器模块；

所述BOOST升压模块的输入端与所述电源模块连接，输出端与所述H桥驱动模块的输入端连接，控制端通过所述信号驱动模块与所述控制器模块连接；

所述H桥驱动模块的控制端通过所述信号驱动模块与所述控制器模块连接；

所述执行器模块包括点火线圈和点火塞，所述点火线圈包括原边线圈和次级线圈，所述原边线圈与所述H桥驱动模块的输出端连接，所述次级线圈连接所述点火塞。

2.根据权利要求1所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：还包括电压反馈模块，所述电压反馈模块的输入端与所述BOOST升压模块输出端连接，所述电压反馈模块的输出端与所述控制器模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：还包括电流反馈模块，所述电流反馈模块的设置在所述H桥驱动模块的输出端与原边线圈之间，所述电流反馈模块的输出端与所述控制器模块连接。

4.根据权利要求1所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：电源模块包括用于提供电能的蓄电池和辅助电源模块。

5.根据权利要求1所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：还包括输入模块，所述输入模块与所述控制器模块连接。

6.根据权利要求1所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块与所述控制器模块连接。

7.根据权利要求1所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：所述信号驱动模块包括第一信号驱动单元、第二信号驱动单元以及第三信号驱动单元；

所述控制器模块通过所述第三信号驱动单元与所述BOOST升压模块的控制端连接；

所述控制器模块通过所述第一信号驱动单元和第二信号驱动单元与所述H桥驱动模块的控制端连接。

8.根据权利要求1所述的能量可控的交流点火***，其特征在于：所述H桥驱动模块具有多组，每组H桥驱动模块连接有一个执行器模块。

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