專利名稱：智能型高能點火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種點火裝置，具體是一種智能型高能點火裝置。它適應(yīng)多 種不同燃料的點火能量要求，可廣泛用于電力、石化、冶金、航空、航天等高科 技領(lǐng)域的各種燃?xì)狻⑷加蜖t的點火。
背景技術(shù)：
高能點火裝置由高能點火器、輸出電纜和點火槍組成，目前，其中的高能點 火器一般由電源、工頻變壓器、整流電路、儲能電容和觸發(fā)裝置組成，此種高能 點火器的諸多缺陷是工頻變壓器體積大比較笨重、輸出點火能量隨電網(wǎng)波動而 波動、對輸出參量不可控制以及輸出瞬態(tài)響應(yīng)差，無法實現(xiàn)限流限壓、過流過壓 保護(hù)功能，點火時間短等。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種智能型高能點火裝置，它的控制精度、響應(yīng)速 度及輸出特性設(shè)置都非常靈活精確，安全性和可靠性極高，另外有點火狀態(tài)顯 示和點火狀態(tài)無源觸點輸出，可以實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)(分散控制系統(tǒng))通信，提高了 設(shè)備的使用壽命(約十倍)，極大的縮短了設(shè)備的維修更換周期。
本實用新型的技術(shù)方案是 一種智能型高能點火裝置，由高能點火器、輸出 電纜和點火槍組成。高能點火器包括依次電路連接的浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)，EMI濾波 網(wǎng)絡(luò)，輸入整流平滑電路，高頻逆變電路，輸出整流平滑電路，輸出峰值能量檢 波電路，放電閥值控制電路，還包括與輸入整流平滑電路連接的輸入寬范圍工作 電源，與高頻逆變電路連接的PWM控制電路，與輸出峰值能量檢波電路連接的
輸出峰值信號整形電路，同時PWM控制電路還與輸入寬范圍工作電源和輸出峰
值信號整形電路連接；其中浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)用于控制浪涌電流的峰值大小；EMI
網(wǎng)絡(luò)用來抑制騷擾信號；輸入整流平滑電路用于將50Hz交流電壓源變換為脈動 直流電源，供后級逆變電源使用；輸出整流平滑電路將功率變壓器輸出倍壓整流 得到額定輸出直流高壓；輸出峰值能量檢波電路用于完成釆集峰值功率控制和點 火器狀態(tài)顯示信號以及故障信號輸出；輸出峰值信號整形電路主要實現(xiàn)將峰值檢 波信號積分展寬、邊緣輸出信號濾除。
3工作原理是當(dāng)220V或110V交流工頻電源，通過輸入整流濾波電路得到相 對平滑的直流電源V+，這時輔助電源即寬范圍工作電源開始工作給相關(guān)的控制 電路提供穩(wěn)定的工作電源。此時PWM控制電路也進(jìn)入工作狀態(tài)，首先電路進(jìn)入自 檢過程，檢測相關(guān)反饋量是否正常，結(jié)束后進(jìn)入緩啟動過程，緩啟動過程中PWM
脈沖是由窄到寬逐漸變化，此脈沖波經(jīng)過驅(qū)動放大后加到大功率開關(guān)管上，使得 開關(guān)管按照控制規(guī)律工作，去推動高頻變壓器輸出。當(dāng)高頻變壓器建立輸出后， 也就完成了它傳遞能量的任務(wù)，這種用逆變的方式將電網(wǎng)能量傳遞到負(fù)載上，一 般稱為高頻逆變電。輸出高壓也是在這一過程中從低到高逐漸建立直至閉環(huán)額定 值。放電電流經(jīng)放電管、屏蔽電纜等傳輸至點火槍半導(dǎo)體電嘴，形成高能電弧。 當(dāng)點火裝置停止工作后，電容器上的剩余電荷通過泄放電阻泄放。
采用了現(xiàn)代最為流行的電力電子技術(shù)(高頻逆變電技術(shù))，從控制精度、響
應(yīng)速度及輸出特性設(shè)置都非常靈活精確；適應(yīng)電網(wǎng)波動范圍寬，屬低壓電容放電 裝置。
本實用新型的積極效果是在比較低的成本下利用了現(xiàn)代高頻逆變電技術(shù)，
實現(xiàn)了高能點火的需要，同時能夠準(zhǔn)確可靠的顯示輸出點火狀態(tài)信號。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2是高能點火器電原理框圖3是本發(fā)明的一個實施例電路圖。
圖l中1、高能點火器，2、輸出電纜，3、點火槍。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，智能型高能點火裝置由高能點火器l、輸出電纜2和點火槍3 三部分組成。
如圖2所示，高能點火器1包括依次電路連接的浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)RT1-1， EMI 濾波網(wǎng)絡(luò)，整流平滑濾波電路，高頻逆變電路，輸出整流平滑電路，輸出峰值能 量檢波電路，放電閾值控制電路，還包括與整流平滑濾波電路連接的輔助電源， 與高頻逆變電路連接的PWM控制電路，與輸出峰值能量檢波電路連接的輸出峰 值信號整形電路，同時PWM控制電路還與輔助電源和輸出峰值信號整形電路連 接；其中浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)用于控制浪涌電流的峰值大小；EMI網(wǎng)絡(luò)用來抑制騷擾信號；整流平滑濾波電路用于將50Hz交流電壓源變換為高電壓直流電源，供后 級逆變電源使用；輸出整流平滑電路將功率變壓器輸出倍壓整流得到額定輸出直 流高壓；輸出峰值能量檢波電路用于完成采集峰值功率控制和點火器狀態(tài)顯示信 號，以及故障信號輸出；輸出峰值信號整形電路主要實現(xiàn)將峰值檢波信號積分展 寬、邊緣輸出信號濾除。
如圖3所示實施例的電路圖
本高能點火系統(tǒng)核心特點為點火器電源和整體控制結(jié)構(gòu)。
點火器電源采用高頻逆變電PWM技術(shù)，結(jié)合高漏抗變壓器，超快速、超高 壓整流器，高靈敏度傳感器等新型器件，進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)上的更新。從而使得點火 電源結(jié)構(gòu)小，質(zhì)量輕，高效率，高可靠性等諸多優(yōu)點。
控制方式上，點火器電源對多個關(guān)鍵量進(jìn)行了反饋控制。如功率逆變主回 路電流、輸出峰值功率、輸出電壓等，從而達(dá)到對點火特性精確調(diào)整。同時在修 正點火特性曲線時也很方便，使得點火器負(fù)載的使用壽命及可靠性都大大提高。 實驗時將傳統(tǒng)點火器無法使用的點火槍接至本點火器上，通過調(diào)整點火器電源輸 出參數(shù)后，大約有90%的點火槍都可以正常使用，這樣也大大節(jié)約了運行成本。
浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)點火器電源輸入設(shè)有整流濾波電路，在開機(jī)瞬間對電網(wǎng)有很 大的浪涌電流沖擊，所以回路必須設(shè)置抑制電路，來控制浪涌電流的峰值大小。 主要電路為RT1，此元件為負(fù)溫度系數(shù)電阻器，在開機(jī)時自身阻值比較大，可以 起到限制回路最大電流的作用。當(dāng)流過一定電流時，該元件自身產(chǎn)生功率損耗， 溫度升高電阻值隨之減小，最終工作在一穩(wěn)定范圍內(nèi)。
EMI濾波網(wǎng)絡(luò)EMI網(wǎng)絡(luò)主要用來抑制騷擾信號。在復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境中， 為了保證產(chǎn)品工作穩(wěn)定、可靠，必須要求產(chǎn)品具有抗騷擾能力；同時，設(shè)備自身 工作時會產(chǎn)生共、差模干擾信號對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。設(shè)置此網(wǎng)絡(luò)既能抑制來自電網(wǎng)
外部對設(shè)備的騷擾，也能防止設(shè)備自身對電網(wǎng)的騷擾，從而保證設(shè)備和電網(wǎng)的安 全與凈化。該網(wǎng)絡(luò)主要由L1、 Cl、 C2、 C3等元件組成。
整流平滑濾波該部分電路由全橋式整流、大容量高電壓電解電容構(gòu)成。主 要作用是將50Hz交流電壓源，變換為高電壓直流電源，供后級逆變電源使用； 由于該點火器設(shè)備最終輸出高能量脈沖，此級整流平滑電源的品質(zhì)好壞，將直接 影響到整個電路的瞬態(tài)調(diào)節(jié)效果，從而影響該點火器的工作穩(wěn)定性。該部分電路 主要由BR1、 C3、 C4等元件構(gòu)成。工作電源即輔助電源為輸入寬范圍工作電源。本部分采用高頻一體集成 IPM新型器件，電路特點為工作效率、可靠性高，各種保護(hù)功能較完善等，也是 主系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠工作的條件之一。其主要由IPM元件、高頻變壓器、取樣調(diào) 整、整流濾波等組成。
高頻逆變部分主逆變電路采用半橋結(jié)構(gòu)，結(jié)合高漏抗變壓器，按PWM方
式工作。該部分電路主要由以下C7、 CIO、 R8、 Rll、 Tl、 T2、 B2、 R7、 R25、 Bl、 B2等組成。Tl、 T2、 Bl、 C7、 C10構(gòu)成半橋主電路，R8、 R11是C7、 C10 的均壓電阻，R4、 R28是Tl、 T2的偏置電阻，R7、 CB、 C17、 R25分別為T1、 T2的吸收網(wǎng)絡(luò)，還有高頻、高漏抗變壓器Bl,橋臂電流傳感器B2。本實施例 電路特點是元件數(shù)量少，電路結(jié)構(gòu)簡單、精練；當(dāng)電源輸入，在C9、 C14濾波 電容上得到直流電源，輔助電源開始工作，輸出電源Vcc供給各相關(guān)控制電路。 PWM主控制電路IC1在得到Vcc后進(jìn)入工作狀態(tài)，先檢測相關(guān)信號判別各關(guān)鍵 電路有無故障，如檢測正常IC1輸出PWM信號，經(jīng)驅(qū)動電路產(chǎn)生兩路具有一定 推動能力的兩路信號，分別由R9、 R25接至T1、 T2的柵極控制T1、 T2按照控 制規(guī)律工作。Tl、 T2、 Bl、 C7、 C10構(gòu)成了半橋主電路，其中C7、 C10也比較 重要在電路中起到隔直、平衡、分壓的作用，R8、 R11是C7、 C10的均壓電阻。 R4、 R28分別是T1、 T2的偏置電阻，R7、 C13、 C17、 R25分別為T1、 T2的吸 收網(wǎng)絡(luò)，是防止MOSFET在高頻工作中過電壓損壞。
Bl是高頻、高漏抗變壓器，其主功率傳遞是由它完成的。B2是橋臂電流 傳感器，取橋臂中最大峰值電流以起到保護(hù)功率器件的作用。
輸出整流平滑電路輸出采用倍壓整流電路。將功率變壓器輸出倍壓整流得 到額定輸出直流高壓，這是高壓輸出電源經(jīng)典電路，特點是結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。 由于點火器電源工作方式為高能量脈沖輸出，對此部分的元件沖擊相對較大，所
以在元件參數(shù)和品質(zhì)的選取上要特別注意。如整流元件Vr》10KV， IFSM》 IOA等。該部分主要由D1、 D2、 C3、 C5、 C6、 C8等元件構(gòu)成。
輸出峰值能量檢波此部分主要完成采集峰值功率控制和點火器狀態(tài)顯示信 號，以及故障信號輸出等。核心部件采用超微晶材料傳感器，其工作狀態(tài)穩(wěn)定， 離散性小和信號衰減度、失真度小等，諸多優(yōu)點給系統(tǒng)控制與穩(wěn)定度提供了先決
條件。該部分主要元件為P0W1、 R49、 R48、 D16、 C31等組成
輸出峰值信號整形該部分電路主要實現(xiàn)將峰值檢波信號積分展寬、邊緣輸出信號濾除；
1)信號積分
由于高能放電過程中相當(dāng)復(fù)雜，其撲捉的信號都為高頻群脈沖信號脈沖寬度 很窄，如對每個脈沖信號進(jìn)行控制是非常困難的，同時也容易造成整個系統(tǒng)的穩(wěn) 定性下降。因此，該系統(tǒng)采用周期脈沖控制方案，即拾取一段周期內(nèi)的脈沖信號， 進(jìn)行積分取平均值進(jìn)行放大給出控制參量，送至控制級。
(2) 信號展寬
由于該點火系統(tǒng)具備多種狀態(tài)顯示及輸出故障告警功能等。狀態(tài)顯示是由高 亮度LED頻閃完成，如果輸出高脈沖信號周期小(納秒級)，LED不響應(yīng)或不 可視，只有將脈沖序列展寬為F^5Hz信號，才能保證LED完成顯示工作。
故障信號輸出，是將展寬信號進(jìn)行再積分取平均值進(jìn)行比較，處理成高、 低電平信號去控制狀態(tài)繼電器工作。
(3) 邊緣輸出信號濾除
要使系統(tǒng)控制精確可靠，必須具備高抗騷擾能力。在此系統(tǒng)中，負(fù)載工作固 有邊緣觸發(fā)過程，也就是臨界觸發(fā)和臨界截止，如果此部分不加以控制處理，會 產(chǎn)生控制誤區(qū)，造成控制失步現(xiàn)象。
因此，臨界觸發(fā)和臨界截止現(xiàn)象，必須加以消影。工作時這部分信號比較弱， 脈寬窄；最大的不同是沒有規(guī)則，頻率離散相當(dāng)大等。利用這些現(xiàn)象本電路有效 的將其濾除。
PWM控制點火器控制電路采用PWM方式，所采用的電路是目前非常成 熟穩(wěn)定的集成芯片。保護(hù)功能完善、有快速響應(yīng)封鎖端、有精密基準(zhǔn)電壓、兩個 獨立的誤差調(diào)節(jié)器、雙路PWM輸出以及輸出方式的控制端口等。
在本系統(tǒng).中是將輸出直流高壓分壓得到Vf反饋值，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較， 通過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生誤差信號來實現(xiàn)脈寬調(diào)節(jié)。如果輸出負(fù)載特性或參量變化， 要求系統(tǒng)輸出值改變時，僅僅需要調(diào)節(jié)基準(zhǔn)值就可以。該系統(tǒng)可供調(diào)節(jié)范圍從 1KV--4KV。同時，輸出電壓對負(fù)載的響應(yīng)速度，可以通過PI參量進(jìn)行調(diào)節(jié)；
本系統(tǒng)還有另一電流環(huán)路調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)在工作時，將主回路脈動電流通過傳 感器取出、絕對值后與輸出峰值功率信號，通過乘法器進(jìn)行運算，得到If反饋 量，反饋給PWM控制電路與基準(zhǔn)設(shè)定值進(jìn)行比較，通過積分調(diào)節(jié)器產(chǎn)生誤差信 號，從而控制輸出最大電流Io，達(dá)到控制目的。如果依據(jù)某些要求，需要改變系統(tǒng)輸出特性時，只要調(diào)節(jié)電流環(huán)給定基準(zhǔn)即可。
在使用中如需要增加遠(yuǎn)程計算機(jī)控制也很方便，該系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)、參 量給定、工作狀態(tài)及故障信號輸出等接口。
此部分主要元件有IC1、 IC3、 R12、 R13、 R22、 R26、 C12、 C19、 VR1、 Q5、 D3、 D4、 D5、 D6等等組成。IC1采用TL494固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電 路。
權(quán)利要求1、一種智能型高能點火裝置，由高能點火器(1)、輸出電纜(2)和點火槍(3)組成，其特征是高能點火器包括依次電路連接的浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)，EMI濾波網(wǎng)絡(luò)，輸入整流平滑電路，高頻逆變電路，輸出整流平滑電路，輸出峰值能量檢波電路，放電閥值控制電路，還包括與輸入整流平滑電路連接的輸入寬范圍工作電源，與高頻逆變電路連接的PWM控制電路，與輸出峰值能量檢波電路連接的輸出峰值信號整形電路，同時PWM控制電路還與輸入寬范圍工作電源和輸出峰值信號整形電路連接；其中浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)用于控制浪涌電流的峰值大?。籈MI網(wǎng)絡(luò)用來抑制騷擾信號；輸入整流平滑電路用于將50Hz交流電壓源變換為脈動直流電源，供后級逆變電源使用；輸出整流平滑電路將功率變壓器輸出倍壓整流得到額定輸出直流高壓；輸出峰值能量檢波電路用于完成采集峰值功率控制和點火器狀態(tài)顯示信號以及故障信號輸出；輸出峰值信號整形電路主要實現(xiàn)將峰值檢波信號積分展寬、邊緣輸出信號濾除。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型高能點火裝置，其特征是點火器控制電路 采用PWM方式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型高能點火裝置，其特征是高頻逆變電路由 Tl、 T2、 Bl、 C7、 C10構(gòu)成的半橋主電路，C7、 C10的均壓電阻R8、 Rll， Tl、 T2的偏置電阻R4、 R28， Tl、 T2的吸收網(wǎng)絡(luò)R7、 C13、 C17、 R25，及高頻、 高漏抗變壓器B1，橋臂電流傳感器B2組成。
專利摘要本實用新型公開了一種智能型高能點火裝置，屬點火器。點火電源采用高頻逆變電技術(shù)，包括依次電路連接的浪涌抑制網(wǎng)絡(luò)，EMI濾波網(wǎng)絡(luò)，輸入整流平滑電路，高頻逆變電路，輸出整流平滑電路，輸出峰值能量檢波電路，放電閥值控制電路，還包括與輸入整流平滑電路連接的輸入寬范圍工作電源，與高頻逆變電路連接的PWM控制電路，與輸出峰值能量檢波電路連接的輸出峰值信號整形電路，同時PWM控制電路還與輸入寬范圍工作電源和輸出峰值信號整形電路連接。優(yōu)點是控制精度、響應(yīng)速度及輸出特性設(shè)置靈活精確；適應(yīng)電網(wǎng)波動范圍寬，有點火狀態(tài)顯示和點火狀態(tài)無源觸點輸出。具有放電電壓低、火花能量大、外形體積小、操作方便、安全可靠、耐腐蝕等優(yōu)點。
文檔編號H02M3/335GK201237244SQ20082003239
公開日2009年5月13日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者李克新, 胡為龍 申請人:徐州艾迪科技有限公司