电子点火电路以及用于操作所述电路的方法转让专利
申请号 : CN200680051540.6
文献号 : CN101360953B
文献日 : 2010-09-29
发明人 : 肯·彼得森
申请人 : 丹佛斯公司
摘要 :
本发明涉及电子点火电路，其包含可操作地连接至可控开关的谐振电路，该点火电路还包含用于响应流在谐振电路中的电流的确定电平来控制可控开关的部件。本发明还涉及用于操作包含可操作性连接至可控开关的谐振电路的电子点火电路的方法，该方法包含响应流在谐振电路中的电流的确定电平来控制可控开关的步骤。
权利要求 :
1.一种电子点火电路，其包含：
可操作地连接至可控开关的谐振电路，该谐振电路由变压器的主绕组与电容器结合而组成，可操作地连接至该可控开关的分流电阻，用于确定流在该谐振电路中的电流的电平，以及用于响应流在该谐振电路中的电流的确定的电平来控制该可控开关的部件。
2.如权利要求1所述的电子点火电路，还包含用于比较流在该谐振电路中的电流的确定电平与预定的电流电平的部件。
3.如权利要求2所述的电子点火电路，其中，用于控制该可控开关的控制部件包含-控制开关，适配为响应该确定的电流电平和预定的电流电平的比较结果来关闭该可控开关。
4.如权利要求1-3中的任意一项所述的电子点火电路，还包含用于将该谐振电路放电的部件，所述放电部件可操作地跨接至该可控开关。
5.如权利要求4所述的电子点火电路，其中该放电部件包含二极管。
6.如权利要求1所述的电子点火电路，其中该可控开关包含IGBT型晶体管。
7.如权利要求1所述的电子点火电路，还包含-用于至少部分整流输入电源信号的部件，以及-滤波器部件，其可操作地连接至整流器部件，以便对至少已部分整流的输入信号滤波。
8.一种用于操作包含可操作地连接至可控开关的谐振电路的电子点火电路的方法，该方法包含以下步骤：通过测量跨越可操作地连接至可控开关的分流电阻的电压降，确定流在该谐振电路中的电流的电平，以及响应流在谐振电路中的电流的确定电平来控制该可控开关。
9.如权利要求8所述的方法，其中，当流在该谐振电路的电流超过预定的电平时，关闭该可控开关。
说明书 :
技术领域
本发明涉及用于油或气体燃烧器的电子点火电路，包括用于控制提供给谐振电路的充电电流的电路。该点火电路还包含用于通过放电来复位谐振电路的部件。
背景技术
WO 03/052522公开了一种根据现有技术的电子点火电路。WO 03/052522中所提出的电子点火电路包含整流器、RC滤波器、MOS-FET型晶体管以及包括电容器和点火线圈的谐振电路。
WO 03/052522的点火电路的缺点是累积在谐振电路中的能量不可控。而且，累积在谐振电路中的能量强烈地依赖于谐振电路的负载，即，谐振电路是以开路还是以短路端子工作。
因此，本发明的目的是通过提供其中响应于流在该点火电路的电流以控制累积在谐振电路中的能量的点火电路，来提供克服现有技术点火电路的上述问题的电子点火电路。
本发明的又一个目标是，提供与现有技术点火电路的效率相比较，具有增强的效率的电子点火电路。
WO 03/052522的点火电路的缺点是累积在谐振电路中的能量不可控。而且，累积在谐振电路中的能量强烈地依赖于谐振电路的负载，即，谐振电路是以开路还是以短路端子工作。
因此，本发明的目的是通过提供其中响应于流在该点火电路的电流以控制累积在谐振电路中的能量的点火电路，来提供克服现有技术点火电路的上述问题的电子点火电路。
本发明的又一个目标是，提供与现有技术点火电路的效率相比较，具有增强的效率的电子点火电路。
发明内容
在第一方面，通过提供包含可操作地连接至可控开关的谐振电路的电子点火电路来回应上述目标，其中该点火电路还包含用于响应流在谐振电路中的电流的确定电平(level)来控制可控开关的部件。
待确定的相关电流电平可以是流在变压器主绕组中的电流。这个主绕组与电容器组合构成谐振电路。通过控制变压器主绕组中的电流，提供给谐振电路的能量可以按照非常有效的方式进行控制。
该电子点火电路还可以包含用于比较流在谐振电路中的电流的确定电平与预定的电流电平的部件。确定的电流电平与预定的电流电平之间的这种比较可以使用ASIC来完成。
用于控制可控开关的控制部件可以包含用于确定流在谐振电路中的电流电平的电流感应部件，以及适配为响应确定的电流电平和预定的电流电平的比较结果来关闭可控开关的控制开关。电流感应部件可以包含可操作地连接至可控开关的分流电阻。控制开关可以选择地由响应确定的电流电平而关闭可控开关的微处理器来替换。优选地，可控开关是IGBT型晶体管。
该电子点火电路还包含用于谐振电路放电的部件，所述放电部件可操作地跨接至可控开关。优先地，该放电部件包含二极管。
该电子点火电路还可以包含用于至少部分整流输入电源信号(incomingsupply signal)的部件，以及可操作地连接至整流器部件的滤波器部件，以便对已至少部分整流的输入信号滤波。
在第二方面中，本发明涉及电子点火电路，其包含用于控制提供给谐振电路的能量的量值的部件，该点火电路还包含用于防止可操作地连接至谐振电路的负载所未消耗的能量在谐振电路中累积的部件。因此，根据本发明的第二个方面，因为消耗在负载中的通路的能量通过诸如二极管等放电装置放电，所以谐振电路中没有累积能量。提供给谐振电路的能量的量值可以通过控制提供给谐振电路的电流而进行控制和调节。控制提供给谐振电路的能量，并结合防止该能量累积在谐振电路中，确保了谐振电路的效率变得与可操作地连接至点火电路的负载无关。根据本发明的谐振电路的典型效率可以超过80％、85％或甚至90％。
在第三方面，本发明涉及用于操作包含可操作地连接至可控开关的谐振电路的电子点火电路的方法，该方法包含响应流在谐振电路中的电流的确定电平来控制可控开关的步骤。
响应电流的确定电平来控制可控开关的步骤可以包括，当流在谐振电路中的电流超过预定的电平时关闭可控开关。流在谐振电路中的电流可以通过测量跨越可操作地连接至可控开关的分流电阻的电压降而确定。
在第四方面，本发明涉及用于操作电子点火电路的方法，该方法包含下列步骤：
-在导电操作模式中，通过操作控制开关将电流提供给谐振电路的电容器。
-当提供给电容器的电流超过预定的电流电平时，将可控开关的操作模式改变为不导电操作模式。
待确定的相关电流电平可以是流在变压器主绕组中的电流。这个主绕组与电容器组合构成谐振电路。通过控制变压器主绕组中的电流，提供给谐振电路的能量可以按照非常有效的方式进行控制。
该电子点火电路还可以包含用于比较流在谐振电路中的电流的确定电平与预定的电流电平的部件。确定的电流电平与预定的电流电平之间的这种比较可以使用ASIC来完成。
用于控制可控开关的控制部件可以包含用于确定流在谐振电路中的电流电平的电流感应部件，以及适配为响应确定的电流电平和预定的电流电平的比较结果来关闭可控开关的控制开关。电流感应部件可以包含可操作地连接至可控开关的分流电阻。控制开关可以选择地由响应确定的电流电平而关闭可控开关的微处理器来替换。优选地，可控开关是IGBT型晶体管。
该电子点火电路还包含用于谐振电路放电的部件，所述放电部件可操作地跨接至可控开关。优先地，该放电部件包含二极管。
该电子点火电路还可以包含用于至少部分整流输入电源信号(incomingsupply signal)的部件，以及可操作地连接至整流器部件的滤波器部件，以便对已至少部分整流的输入信号滤波。
在第二方面中，本发明涉及电子点火电路，其包含用于控制提供给谐振电路的能量的量值的部件，该点火电路还包含用于防止可操作地连接至谐振电路的负载所未消耗的能量在谐振电路中累积的部件。因此，根据本发明的第二个方面，因为消耗在负载中的通路的能量通过诸如二极管等放电装置放电，所以谐振电路中没有累积能量。提供给谐振电路的能量的量值可以通过控制提供给谐振电路的电流而进行控制和调节。控制提供给谐振电路的能量，并结合防止该能量累积在谐振电路中，确保了谐振电路的效率变得与可操作地连接至点火电路的负载无关。根据本发明的谐振电路的典型效率可以超过80％、85％或甚至90％。
在第三方面，本发明涉及用于操作包含可操作地连接至可控开关的谐振电路的电子点火电路的方法，该方法包含响应流在谐振电路中的电流的确定电平来控制可控开关的步骤。
响应电流的确定电平来控制可控开关的步骤可以包括，当流在谐振电路中的电流超过预定的电平时关闭可控开关。流在谐振电路中的电流可以通过测量跨越可操作地连接至可控开关的分流电阻的电压降而确定。
在第四方面，本发明涉及用于操作电子点火电路的方法，该方法包含下列步骤：
-在导电操作模式中，通过操作控制开关将电流提供给谐振电路的电容器。
-当提供给电容器的电流超过预定的电流电平时，将可控开关的操作模式改变为不导电操作模式。
附图说明
现在参考附图解释本发明，其中
图1显示根据本发明的电子点火电路图；
图2显示具有短路的输出端子的点火电路的充电电流；
图3显示具有连接到输出端子的标准负载的点火电路的充电电流；
图4显示具有连接到输出端子的最大负载的点火电路的充电电流；以及
图5显示没有连接到输出端子的负载的点火电路的充电电流。
虽然本发明容许各种修改及替代形式，但已经在附图中通过例子方式显示了具体的实施例，并且将在这里详细进行描述。然而，应该理解，本发明不局限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的所有修改、等效和替代。
图1显示根据本发明的电子点火电路图；
图2显示具有短路的输出端子的点火电路的充电电流；
图3显示具有连接到输出端子的标准负载的点火电路的充电电流；
图4显示具有连接到输出端子的最大负载的点火电路的充电电流；以及
图5显示没有连接到输出端子的负载的点火电路的充电电流。
虽然本发明容许各种修改及替代形式，但已经在附图中通过例子方式显示了具体的实施例，并且将在这里详细进行描述。然而，应该理解，本发明不局限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的所有修改、等效和替代。
具体实施方式
在本发明最一般的方面，其涉及用于油或气体燃烧器的电子点火电路。本发明尤其涉及高压高频点火电路，其包含电源、噪声抑制滤波器、谐振器、电流控制电路、复位二极管以及绕在磁芯上的高频变压器。
现在参考图1，噪声抑制电路由元件L1、R1、C3、C4和C5组成。电源由半波整流电路D1和D2组成。这个电源以半波电压和电流供给后续振荡器。电子点火电路还包含由元件R2、R3、DZ1、TR1、C1以及变压器T1所限定的振荡电路。该变压器与反馈绕组连接至TR1的栅极，以提供振荡器所需的反馈。该变压器T1的主绕组与电容器C1组成谐振电路。元件R2、R3和DZ1组成用于晶体管TR1的偏置电路。优选地，晶体管TR1是IGBT晶体管。电子点火电路还包括齐纳二极管DZ2和DZ3，以保护TR1，防止栅极上的高压尖峰脉冲。电流控制电路由元件X1、C6、R4和R5组成，其中R5是电流测量分流电阻器。
使用上述的电流控制电路，谐振电路(T1和C1)的能量电荷将总是固定为预设值。这个预设值由电流测量分流电阻器R5和X1的触发电平所定义。用于谐振电路的能量电荷的预设值选择为在点火电路的输出端上以恰当的能量产生火花(spark)所需的值。这样，仅仅通过改变R5的值，就可以方便地改变点火电路的输出功率。
因为仅仅只给谐振电路充在输出上产生恰当的火花所需的能量，所以根据本发明的电子点火电路的效率很高。通过运用这种技术可以达到大约90％的效率。而且，因为与IGBT晶体管相结合的电流控制电路确保了用于IGBT晶体管的截止时间很短，所以该电流控制电路也使得生产这种高效率电路成为可能。
该电子点火电路还包含复位二极管D2，通常插入作为用于保护晶体管的回扫二极管。然而，在根据本发明的电子点火电路中，复位二极管D2作为复位二极管工作。
对于电子点火单元，需要电路和变压器能够在全部负载即从短路输出到完全没有负载(开路输出)情况下工作。当使用固定能量以每周期50-60KHz的突发脉冲充电谐振电路，并且输出端上的负载不消耗那个能量时，需要谐振电路的复位(放电)。如果缺少复位二极管D2，并且谐振电路不在每个周期内放电(复位)，那么将永远不会达到电流控制电路的触发电平，而且谐振电路的充电失去控制。如果谐振电路的充电失去控制，则根据实际的负载情况，原则上电路中可能会发生一切。
在不同的负载情况下，提供给谐振电路的充电电流如图2-5中所描绘。
当谐振电路的输出短路时，见图2，复位二极管将从谐振电路释放与其所充电的相同量的能量。图2显示两条曲线-曲线“1”和曲线“C”。曲线“C”是曲线“1”的截面放大，其以50KHz的频率振荡。因此，曲线“1”是电源电压的正半波(10ms)中的50KHz的充电电流突发脉冲。现在参考曲线“C”，在正半周期期间发生谐振电路的充电，而在负半周期期间发生放电。由于输出端短路，所以谐振电路的充电和放电必须平衡，即，在放电期间再次移除提供给谐振电路的能量。在图2中，正半周期的面积等于负半周期的面积，即放电等于充电。
见图3，当正常的负载施加给输出端时，复位二极管将仅从谐振电路放电很少的能量。剩余的能量被负载消耗。这在图3中可以清楚地看见，其中正半周期的面积明显地大于负半周期的面积，即，谐振电路的充电高于通过复位二极管D2的放电。
在特别的情况下，复位二极管将变得不起作用。这种情况发生在来自谐振电路的所有能量都被旁路负载所消耗的时候。图4中描述了这个例子，其也显示了每个正半周期开头时的电流尖峰脉冲。这些电流尖峰脉冲涉及谐振电路中的电容器的充电。
图5显示没有负载连接至输出端子的情况。由于负载没有能量可以消耗，所以谐振电路的放电仅能通过复位二极管D2发生。
电流控制电路和复位二极管的组合其特点在于制造高效率、成本非常低，遵守全部负载需求的点火装置成为可能。然而，应该指出，在负载具有明确和熟知的特性的情况下，可以忽略复位二极管，这是由于在熟知负载的情况下，能够通过负载平衡谐振电路的充电以匹配谐振电路的放电。而且，根据本发明的电子点火电路可以与所有的高频铁氧体磁芯高压变压器一起使用。
该电子点火电路还可以包含如上所述的高频铁氧体磁芯高压变压器T1。这个部件不仅是谐振电路和振荡器的一部分，而且将把主绕组上相对低的电压变换为输出端上的高压(20KV)。
该电子点火电路的输出端连接至火花电极(spark electrode)。
现在参考图1，噪声抑制电路由元件L1、R1、C3、C4和C5组成。电源由半波整流电路D1和D2组成。这个电源以半波电压和电流供给后续振荡器。电子点火电路还包含由元件R2、R3、DZ1、TR1、C1以及变压器T1所限定的振荡电路。该变压器与反馈绕组连接至TR1的栅极，以提供振荡器所需的反馈。该变压器T1的主绕组与电容器C1组成谐振电路。元件R2、R3和DZ1组成用于晶体管TR1的偏置电路。优选地，晶体管TR1是IGBT晶体管。电子点火电路还包括齐纳二极管DZ2和DZ3，以保护TR1，防止栅极上的高压尖峰脉冲。电流控制电路由元件X1、C6、R4和R5组成，其中R5是电流测量分流电阻器。
使用上述的电流控制电路，谐振电路(T1和C1)的能量电荷将总是固定为预设值。这个预设值由电流测量分流电阻器R5和X1的触发电平所定义。用于谐振电路的能量电荷的预设值选择为在点火电路的输出端上以恰当的能量产生火花(spark)所需的值。这样，仅仅通过改变R5的值，就可以方便地改变点火电路的输出功率。
因为仅仅只给谐振电路充在输出上产生恰当的火花所需的能量，所以根据本发明的电子点火电路的效率很高。通过运用这种技术可以达到大约90％的效率。而且，因为与IGBT晶体管相结合的电流控制电路确保了用于IGBT晶体管的截止时间很短，所以该电流控制电路也使得生产这种高效率电路成为可能。
该电子点火电路还包含复位二极管D2，通常插入作为用于保护晶体管的回扫二极管。然而，在根据本发明的电子点火电路中，复位二极管D2作为复位二极管工作。
对于电子点火单元，需要电路和变压器能够在全部负载即从短路输出到完全没有负载(开路输出)情况下工作。当使用固定能量以每周期50-60KHz的突发脉冲充电谐振电路，并且输出端上的负载不消耗那个能量时，需要谐振电路的复位(放电)。如果缺少复位二极管D2，并且谐振电路不在每个周期内放电(复位)，那么将永远不会达到电流控制电路的触发电平，而且谐振电路的充电失去控制。如果谐振电路的充电失去控制，则根据实际的负载情况，原则上电路中可能会发生一切。
在不同的负载情况下，提供给谐振电路的充电电流如图2-5中所描绘。
当谐振电路的输出短路时，见图2，复位二极管将从谐振电路释放与其所充电的相同量的能量。图2显示两条曲线-曲线“1”和曲线“C”。曲线“C”是曲线“1”的截面放大，其以50KHz的频率振荡。因此，曲线“1”是电源电压的正半波(10ms)中的50KHz的充电电流突发脉冲。现在参考曲线“C”，在正半周期期间发生谐振电路的充电，而在负半周期期间发生放电。由于输出端短路，所以谐振电路的充电和放电必须平衡，即，在放电期间再次移除提供给谐振电路的能量。在图2中，正半周期的面积等于负半周期的面积，即放电等于充电。
见图3，当正常的负载施加给输出端时，复位二极管将仅从谐振电路放电很少的能量。剩余的能量被负载消耗。这在图3中可以清楚地看见，其中正半周期的面积明显地大于负半周期的面积，即，谐振电路的充电高于通过复位二极管D2的放电。
在特别的情况下，复位二极管将变得不起作用。这种情况发生在来自谐振电路的所有能量都被旁路负载所消耗的时候。图4中描述了这个例子，其也显示了每个正半周期开头时的电流尖峰脉冲。这些电流尖峰脉冲涉及谐振电路中的电容器的充电。
图5显示没有负载连接至输出端子的情况。由于负载没有能量可以消耗，所以谐振电路的放电仅能通过复位二极管D2发生。
电流控制电路和复位二极管的组合其特点在于制造高效率、成本非常低，遵守全部负载需求的点火装置成为可能。然而，应该指出，在负载具有明确和熟知的特性的情况下，可以忽略复位二极管，这是由于在熟知负载的情况下，能够通过负载平衡谐振电路的充电以匹配谐振电路的放电。而且，根据本发明的电子点火电路可以与所有的高频铁氧体磁芯高压变压器一起使用。
该电子点火电路还可以包含如上所述的高频铁氧体磁芯高压变压器T1。这个部件不仅是谐振电路和振荡器的一部分，而且将把主绕组上相对低的电压变换为输出端上的高压(20KV)。
该电子点火电路的输出端连接至火花电极(spark electrode)。