用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電弧高壓發(fā)生裝置，其用于接收具有一電壓的能量并提供電暈放電；驅(qū)動電路，其用于觸發(fā)提供至所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓，以響應(yīng)電弧的形成，以及延長提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間，以提高電弧周圍的電暈強度；控制電路，其用于提供觸發(fā)驅(qū)動電路所需的能量的電壓；電源，其用于將具有一電壓的能量提供至所述驅(qū)動電路。通過驅(qū)動電路斷開，電弧高壓發(fā)生裝置得電產(chǎn)生電暈，和驅(qū)動電路導(dǎo)通，電弧高壓發(fā)生裝置斷電電暈熄滅，提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間越長，電暈強度越好。
【專利說明】
用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種點火領(lǐng)域，特別涉及一種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]電暈放電點火系統(tǒng)提供直流電壓和直流電流，電流經(jīng)初級線圈和次級線圈后轉(zhuǎn)換成高壓，從點火系統(tǒng)的電弧輸出端輸出并產(chǎn)生電弧，電弧的強弱決定了點火的效率，但長久工作會引起元器件發(fā)熱嚴(yán)重，會導(dǎo)致元器件的壽命縮短甚至元器件被燒毀，而降低工作時間則會引起電弧周圍的電暈強度不夠，影響點火的效率，不管是前者，還是后者，都會讓使用者的使用滿意度下降，甚至不如人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服如何在提高電暈強度的同時將元器件的溫度控制在合適范圍內(nèi)的不足，本發(fā)明提供一種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一電弧高壓發(fā)生裝置，其用于接收具有一電壓的能量并提供電暈放電；一驅(qū)動電路，其用于觸發(fā)提供至所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓，以響應(yīng)電弧的形成，以及延長提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間，以提高電弧周圍的電暈強度;一控制電路，其用于提供觸發(fā)驅(qū)動電路所需的能量的電壓;一電源，其用于將具有一電壓的能量提供至所述驅(qū)動電路。
[0005]該系統(tǒng)包括一升壓線圈Tl，用于提供所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓；一電容器，用于對升壓線圈Tl的初級線圈進行去噪，并提高初級線圈的電壓釋放時間。
[0006]所述初級線圈的線圈匝數(shù)在13-16匝，線徑在0.4-0.65毫米。
[0007]所述驅(qū)動電路包括一 NPN三極管、一 PNP三極管和一 N溝道功率場效應(yīng)管，NPN三極管和PNP三極管的發(fā)射極相接，構(gòu)成一圖騰柱，用于通斷N溝道功率場效應(yīng)管。
[0008]該系統(tǒng)包括一充電電路，其用于將具有一電壓的能量儲存至電源。
[0009]—種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，該方法包括以下步驟:在一段時間Tl內(nèi)導(dǎo)通一驅(qū)動電路，向一升壓線圈Tl的初級線圈提供具有一電壓的能量;在一段時間T2內(nèi)關(guān)斷該驅(qū)動電路，使得升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓，向一電弧高壓發(fā)生裝置提供具有一電壓的能量，以響應(yīng)電弧的形成；以及在一段時間T2內(nèi)，延長升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓的時間，以提升電弧周圍的電暈強度，同時確保在此時間內(nèi)，任一元器件的溫度不超過60攝氏度。
[0010]所述一段時間Tl不大于納秒級。
[0011]所述方法包括在所述一段時間Tl后，延長升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓的時間。
[0012]在導(dǎo)通驅(qū)動電路之后，電源執(zhí)行向升壓線圈Tl的初級線圈提供能量，并將該能量儲存在所述初級線圈中的步驟。
[0013]所述提高提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的步驟包括在所述一段時間T2內(nèi)，消耗所述初級線圈中的能量。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過驅(qū)動電路斷開，電弧高壓發(fā)生裝置得電產(chǎn)生電暈，和驅(qū)動電路導(dǎo)通，電弧高壓發(fā)生裝置斷電電暈熄滅，提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間越長，電暈強度越好。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的部分電路圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的部分電路圖。
[0017]圖3是本發(fā)明使用Q1、Q2之前的單周期波形。
[0018]圖4是本發(fā)明使用Ql、Q2之前的導(dǎo)通波形。
[0019]圖5是本發(fā)明使用Q1、Q2之前的截止波形。
[0020]圖6是本發(fā)明使用Q1、Q2之后的單周期波形。
[0021]圖7是本發(fā)明使用Ql、Q2之后的導(dǎo)通波形。
[0022]圖8是本發(fā)明使用Ql、Q2之后的截止波形。
[0023]圖9是本發(fā)明是在未加電容的情況下，初級線圈釋放電壓的波形圖。
[0024]圖1O是本發(fā)明是在加了電容C5后的情況下，初級線圈釋放電壓的波形圖。
[0025]圖11是本發(fā)明的表1-1初級線圈的匝數(shù)對打火參數(shù)的影響。
[0026]圖12是本發(fā)明的表1-2初級線圈的線徑對打火參數(shù)的影響。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明:
如圖1、圖2所示，一種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一電弧高壓發(fā)生裝置，其用于接收具有一電壓的能量并提供電暈放電；一驅(qū)動電路，其用于觸發(fā)提供至所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓，以響應(yīng)電弧的形成，以及延長提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間，以提高電弧周圍的電暈強度;一控制電路，其用于提供觸發(fā)驅(qū)動電路所需的能量的電壓;一電源，其用于將具有一電壓的能量提供至所述驅(qū)動電路，通過驅(qū)動電路斷開，電弧高壓發(fā)生裝置得電產(chǎn)生電暈，和驅(qū)動電路導(dǎo)通，電弧高壓發(fā)生裝置斷電電暈熄滅，提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間越長，電暈強度越好。
[0028]該系統(tǒng)包括一升壓線圈Tl，用于提供所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓；一電容器，用于對升壓線圈Tl的初級線圈進行去噪，并提高初級線圈的電壓釋放時間，所述升壓線圈Tl的初級線圈一端與電源連接，另一端與電容器串聯(lián)，電容器對該支路進行去噪，使得初級線圈釋放的電壓更加平穩(wěn)、持久。
[0029]所述初級線圈的線圈匝數(shù)在13-16匝，線徑在0.4-0.65毫米，以提高電弧周圍的電暈強度，打火距離選擇經(jīng)典間距4mm，打火電壓選擇3.2V和4.7V，初級線圈的線徑優(yōu)選
0.44_，對初級線圈的匝數(shù)進行試驗得出，得出初級線圈的匝數(shù)為14匝和15匝時，電暈強度為最優(yōu)(詳見圖11，表1-1 )，同理，打火距離選擇經(jīng)典間距4mm，打火電壓選擇3.2V和4.7V，初級線圈的匝數(shù)選擇14匝，對初級線圈的線徑進行試驗得出，得出初級線圈的線徑為0.44_和0.5mm時，電暈強度為最優(yōu)(詳見圖12，表1-2)，在此線圈匝數(shù)和線徑范圍內(nèi)，相比于其他線圈匝數(shù)和線徑，電暈強度明顯更好。
[0030]所述驅(qū)動電路包括一 N溝道功率場效應(yīng)管Q3，其導(dǎo)通電阻<20毫歐，導(dǎo)通電阻小，導(dǎo)通后的損耗就小，因而此元器件的發(fā)熱就小。
[0031]所述驅(qū)動電路包括一NPN三極管Ql和一 PNP三極管Q2，二者的發(fā)射極相接，構(gòu)成一圖騰柱，用于減少驅(qū)動N溝道功率場效應(yīng)管導(dǎo)通所需的時間，導(dǎo)通所需的時間越短，導(dǎo)通就會越快，進一步減小損耗，提高能量轉(zhuǎn)化的效率。
[0032]在場效應(yīng)管內(nèi)部實際是存在一個電容的，場效應(yīng)管導(dǎo)通時間實際是電容充滿電的時間，控制電路中的單片機引腳輸出PWM波形，電流最大是20mA，故N溝道功率場效應(yīng)管Q3若直接與單片機連接，則柵極的最大電壓也會受最大電流影響，而受到限制；改用圖騰柱后，在NPN三極管Ql導(dǎo)通后，從NPN三極管Ql集電極流向發(fā)射極的電壓加在N溝道功率場效應(yīng)管Q3的柵極，可以獲得一個比直接與單片機連接而獲得的電壓更大的電壓，而電壓越大，電容充滿電的時間就會越短，因而N溝道功率場效應(yīng)管Q3的導(dǎo)通就會越快。
[0033]在利用NPN三極管Ql、PNP三極管Q2前M⑶管腳直接驅(qū)動N溝道功率場效應(yīng)管Q3的柵極，用示波器測得MCU腳6與VDS的波形，如圖3所示，其中藍線為MCU腳6波形，黃線為MOS管Vds波形，將波形放大分別看導(dǎo)通波形與截止波形。如圖4所示，MOS管導(dǎo)通波形，驅(qū)動電壓(藍線)從低到高電平，MOS管由截止變成導(dǎo)通，導(dǎo)通時間共Ius;如圖5所示，MOS管截止波形，驅(qū)動電壓(藍線)從高到低電平，MOS管由導(dǎo)通變成截止，截止時間共600ns。
[0034]在利用NPN三極管Ql、PNP三極管Q2后MCU管腳直接驅(qū)動NPN三極管Ql、PNP三極管Q2的基極，用示波器測得MCU腳6與Vds的波形，可以看到MOS的導(dǎo)通速度明顯變快，如圖6所示，其中藍線為M⑶腳6波形，黃線為MOS管Vds波形，將波形放大分別看開啟與截止波形。如圖7所示，MOS管導(dǎo)通波形，驅(qū)動電壓(藍線)從低到高電平，MOS管由截止變成導(dǎo)通，導(dǎo)通時間共100ns。如圖8所示，MOS管截止波形，驅(qū)動電壓(藍線)從高到低電平，MOS管由導(dǎo)通變成截止，截止時間共200ns。
[0035]不管是N溝道功率場效應(yīng)管還是P溝道功率場效應(yīng)管，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗，因此選擇導(dǎo)通電阻小的功率場效應(yīng)管會減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有，此外場效應(yīng)管在導(dǎo)通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的，熱量決定溫升，而產(chǎn)熱量與電流、電阻、時間相關(guān)，在電流、電阻不變的情況下，縮短導(dǎo)通越短，溫升就越小，同理，在電流、導(dǎo)通時間不變的情況下，減小電阻，溫升就越小。
[0036]場效應(yīng)管兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內(nèi)，場效應(yīng)管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，導(dǎo)通截止的次數(shù)就越多，開關(guān)損失消耗在導(dǎo)通和截止的這段時間內(nèi)，工作同樣的時間，其時間花費時間就長，故溫升就大。
[0037]導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。因此縮短開關(guān)時間，可以減小每次導(dǎo)通時的損失;降低開關(guān)頻率，可以減小單位時間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)，這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失，降低元器件的溫升。
[0038]—充電電路，其用于將具有一電壓的能量儲存至電源，用充電的方式，在電源的能量耗盡時，可以直接充電，無需更換電源，能夠給用戶帶來更好的使用效果。
[0039]—種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，該方法包括以下步驟:在一段時間Tl內(nèi)導(dǎo)通一驅(qū)動電路，向一升壓線圈Tl的初級線圈提供具有一電壓的能量;在一段時間T2內(nèi)關(guān)斷該驅(qū)動電路，使得升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓，向一電弧高壓發(fā)生裝置提供具有一電壓的能量，以響應(yīng)電弧的形成；以及在一段時間T2內(nèi)，延長升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓的時間，以提升電弧周圍的電暈強度，同時確保在此時間內(nèi)，任一元器件的溫度不超過60攝氏度。
[0040]所述一段時間Tl不大于納秒級，導(dǎo)通時間越短，則其驅(qū)動電弧高壓發(fā)生裝置工作的損害就越小，故而能減少兀器件的發(fā)熱，提尚效率。
[0041]所述方法包括在所述一段時間Tl后，延長升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓的時間，即能延長電弧高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生電壓的時間，從而延長電弧的持續(xù)時間，電弧周圍的電暈強度也會隨時間的延長而得到提升。
[0042]在導(dǎo)通驅(qū)動電路之后，電源執(zhí)行向升壓線圈Tl的初級線圈提供能量，并將該能量儲存在所述初級線圈中的步驟，所述提高提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的步驟包括在所述一段時間T2內(nèi)，消耗所述初級線圈中的能量，初級線圈先儲能，再釋放能量以供電弧高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生電弧，并以此循環(huán)，使得電弧打火機工作，由于循環(huán)時間足夠的短，因而用戶在使用時，會看到連續(xù)工作的電弧以及電暈。
[0043]在一個實施例中，所述電源采用電池BAT。
[0044]在一個實施例中，所述驅(qū)動電路包括NPN三極管Ql、PNP三極管Q2、N溝道功率場效應(yīng)管Q3和電阻R8/R9/R10，所述NPN三極管Ql的集電極與電池BAT的正極連接，基極經(jīng)電阻R8與控制電路連接，發(fā)射極與PNP三極管Q2的發(fā)射極連接;所述PNP三極管Q2的基極與NPN三極管Ql的基極連接，集電極與地GND連接;所述N溝道功率場效應(yīng)管Q3的漏極與初級線圈的一端連接，柵極與NPN三極管Ql的發(fā)射極連接，源極與地GND連接，電阻R9—端接電阻R8與NPN三極管Ql的基極之間的節(jié)點，另一端接地；電阻RlO—端接N溝道功率場效應(yīng)管Q3的柵極與NPN三極管Ql的發(fā)射極之間的節(jié)點，另一端接地;初級線圈的另一端接電池BAT。
[0045]在一個實施例中，所述驅(qū)動電路還包括電容C5，其一端與所述N溝道功率場效應(yīng)管Q3的漏極連接，另一端與地GND連接，升壓線圈Tl的初級線圈接電容05與咐勾道功率場效應(yīng)管Q3的漏極之間的節(jié)點，在驅(qū)動電路導(dǎo)通后，N溝道功率場效應(yīng)管Q3相當(dāng)于通路，此時電池BAT對升壓線圈Tl的初級線圈進行儲能，當(dāng)驅(qū)動電路關(guān)斷后，N溝道功率場效應(yīng)管Q3相當(dāng)于斷路，此時升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓，然后在電容C5的作用下，初級線圈釋放的電壓被調(diào)整的更為光滑、平穩(wěn)，且電容C5本身作為一個可以儲能的元器件，當(dāng)N溝道功率場效應(yīng)管Q3兩端電壓差過高時，電容C5還可以吸收電壓，對N溝道功率場效應(yīng)管Q3進行保護。
[0046]采用相同的電壓，相同的時間單位，進行比如實驗，得到如下結(jié)果:
如圖9所示，是在未加電容C5的情況下，初級線圈釋放電壓的波形圖，從波形中明顯可以看出電壓存在噪聲，真正的釋放時間只有約200ns，釋放完后波形有小幅度的振蕩。
[0047 ]如圖1O所示，是在加了電容C5后的情況下，初級線圈釋放電壓的波形圖，從波形中明顯可以看出此波形光滑、沒有噪聲，真正的釋放時間有約400ns，釋放完后，波形也是比較平穩(wěn)的，此外，時間越長，電暈強度也越強，因此加了電容C5后，電暈強度得到明顯的加強。
[0048]在一個實施例中，還設(shè)有一個穩(wěn)壓電路，其包括二極管D1、穩(wěn)壓管D2、電容C3，所述二極管正極與充電電路連接，負(fù)極與VCC連接，所述穩(wěn)壓管D2—端與VCC連接，另一端與地GND連接，所述電容C3—端與VCC連接，另一端與地GND連接。由于在大電流(> 3.5A )時，電池電流波紋較大，容易對控制電路造成干擾，故用二極管Dl、穩(wěn)壓管D2、電容C3組成一個低紋波供電電路，相當(dāng)于一個獨立小電池，其中二極管Dl采用鍺二極管，具有單向?qū)ㄐ阅?，電容C3起儲存二極管Dl前級紋波電能的作用，D2為穩(wěn)壓管，起穩(wěn)定電流作用。
[0049]以上結(jié)合附圖所描述的實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而并非對本發(fā)明的保護范圍的限定，任何基于本發(fā)明精神所做的改進都理應(yīng)在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括 一電弧高壓發(fā)生裝置，其用于接收具有一電壓的能量并提供電暈放電； 一驅(qū)動電路，其用于觸發(fā)提供至所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓，以響應(yīng)電弧的形成，以及延長提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的釋放時間，以提高電弧周圍的電暈強度； 一控制電路，其用于提供觸發(fā)驅(qū)動電路所需的能量的電壓； 一電源，其用于將具有一電壓的能量提供至所述驅(qū)動電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括 一升壓線圈Tl，用于提供所述電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓； 一電容器，用于對升壓線圈Tl的初級線圈進行去噪，并提高初級線圈的電壓釋放時間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，其特征在于:所述初級線圈的線圈匝數(shù)在13-16匝，線徑在0.4-0.65毫米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動電路包括一 NPN三極管、一 PNP三極管和一 N溝道功率場效應(yīng)管，NPN三極管和PNP三極管的發(fā)射極相接，構(gòu)成一圖騰柱，用于通斷N溝道功率場效應(yīng)管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括一充電電路，其用于將具有一電壓的能量儲存至電源。6.—種用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 在一段時間TI內(nèi)導(dǎo)通一驅(qū)動電路，向一升壓線圈TI的初級線圈提供具有一電壓的能量； 在一段時間T2內(nèi)關(guān)斷該驅(qū)動電路，使得升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓，向一電弧高壓發(fā)生裝置提供具有一電壓的能量，以響應(yīng)電弧的形成； 以及在一段時間T2內(nèi)，延長升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓的時間，以提升電弧周圍的電暈強度，同時確保在此時間內(nèi)，任一元器件的溫度不超過60攝氏度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，其特征在于:所述一段時間Tl不大于納秒級。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，其特征在于:所述方法包括在所述一段時間Tl后，延長升壓線圈Tl的初級線圈釋放電壓的時間。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，其特征在于:在導(dǎo)通驅(qū)動電路之后，電源執(zhí)行向升壓線圈Tl的初級線圈提供能量，并將該能量儲存在所述初級線圈中的步驟。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于在電暈放電點火系統(tǒng)中控制電暈強度的方法，其特征在于:所述提高提供至電弧高壓發(fā)生裝置的能量的電壓的步驟包括在所述一段時間T2內(nèi)，消耗所述初級線圈中的能量。
【文檔編號】H02M9/02GK106059375SQ201610336493
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】周東旭
【申請人】周東旭