ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ КОНДЕНСАТОРНО-ТИРИСТОРНОГО МОДУЛЯ ЗАЖИГАНИЯ

Полезная модель относится к области электрооборудования автомобилей, а именно к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания и в частности к формирователям импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания.
Формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор с анодом диода, катод которого подсоединен ко второму зажиму формирователя импульсов, импульсный трансформатор, первый и второй выводы вторичной обмотки которого являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается тем, что введены второй и третий резисторы, второй диод, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с анодом второго диода, катод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого подключен к управляющему входу электронного ключа и к катоду первого диода, анод которого соединен с одной из обкладок конденсатора и входом электронного ключа, выход которого подсоединен к первому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму выводу второго резистора и второй обкладке конденсатора непосредственно или через первичную обмотку второго импульсного трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого являются, соответственно, третьим и четвертым выходными зажимами формирователя импульсов.
Как вариант, в формирователе импульсов параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с первой обкладкой конденсатора.
Кроме того, как вариант, в формирователь импульсов введен стабилитрон, анод и катод которого подсоединены, соответственно, к катоду первого диода и второй обкладке конденсатора.
В формирователе импульсов параллельно второму резистору подключен третий диод, катод которого соединен с катодом второго диода.
В формирователе импульсов электронный ключ содержит тринистор, причем управляющий вход ключа соединен с управляющим электродом тринистора и через резистор с катодом тринистора и входом ключа, выход которого подсоединен к аноду тринистора.
Возможно, что первый зажим формирователя импульсов подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с первым зажимом механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине).
Как вариант, первый зажим формирователя импульсов подключен к первому зажиму механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с отрицательным зажимом -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине).
Описание полезной модели
Полезная модель относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания и в частности к формирователям импульсов для управления тиристорами (тринисторами или симисторами) конденсаторно-тиристорного модуля зажигания.
Основным недостатком конденсаторных систем зажигания является их низкая помехоустойчивость из-за импульсных помех, всегда имеющихся в бортовой электросети автомобиля. Источниками этих помех могут быть индуктивные и коммутационные элементы, электродвигатели, вибрационные приборы, а также регулятор напряжения и генератор. От состояния этих приборов, а также от состояния аккумулятора, электропроводки и контактных соединений зависит амплитуда помех, которая может превышать 100 В. Длительность помех обычно не превышает долей миллисекунды. Импульсные помехи воздействуют на приборы электронных систем зажигания и могут вызывать нарушения их нормальной работы (сбои), например несвоевременное переключение триггеров, тиристоров и т.п., а также отказа элементов.
Известен формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор со вторым зажимом и с одним из выводов конденсатора, второй вывод которого подсоединен к первому выходному зажиму формирователя импульсов и через второй резистор со вторым выходным зажимом формирователя импульсов (Стабилизация напряжения преобразователя. Радио №10, стр.30).
Известен также аналогичный по принципу действия формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор со вторым зажимом и с одним из выводов конденсатора, второй вывод которого подсоединен к первому выходному зажиму формирователя импульсов и через второй резистор соединен с первым зажим, являющимся вторым выходным зажимом формирователя импульсов (Блок электронного зажигания Искра-5М).
Однако указанные формирователи импульсов не имеют гальванической развязки входных и выходных зажимов, а амплитуда и длительность выходных сигналов управления зависит от величины и изменения величины напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля, что существенно ограничивает использование их при синтезе оптимальных схемотехнических решений конденсаторно-тиристорных модулей зажигания.
Наиболее близким к полезной модели является формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, в котором исключена гальваническая связь входных и выходных зажимов, содержащий первый зажим, соединенный через резистор с одним из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и анодом диода, катод которого подсоединен ко второму выводу первичной обмотки импульсного трансформатора и второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов (Тиристорная система электронного зажигания. АС 1772403 F02P 3/06, от 30.10.92. Бюл. №40.).
Аналогичный по принципу действия и схемотехническому решению формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания описан в (А.Х.Синельников. Электроника в автомобиле. Москва «Радио и связь» 1986 г. Рис.21).
В этих формирователях импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, как и в первых не исключается формирование ложных импульсов при дребезге контактов механического датчика (прерывателя), а также существует зависимость токовременных параметров запускающих импульсов от значения напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля, величины и длительности протекания тока через первичную обмотку импульсного трансформатора и скорости изменения магнитного потока при размыкании механического датчика (прерывателя) или электронного датчика.
Устранить указанные недостатки позволяет формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор с анодом диода, катод которого подсоединен ко второму зажиму формирователя импульсов, импульсный трансформатор, первый и второй выводы вторичной обмотки которого являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается тем, что введены второй и третий резисторы, второй диод, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с анодом второго диода, катод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого подключен к управляющему входу электронного ключа и к катоду первого диода, анод которого соединен с одной из обкладок конденсатора и входом электронного ключа, выход которого подсоединен к первому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму выводу второго резистора и второй обкладке конденсатора непосредственно или через первичную обмотку второго импульсного трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого являются, соответственно, третьим и четвертым выходными зажимами формирователя импульсов.
В формирователе импульсов параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с первой обкладкой конденсатора.
Кроме того, как вариант, в формирователь импульсов введен стабилитрон, анод и катод которого подсоединены, соответственно, к катоду первого диода и второй обкладке конденсатора.
В формирователе импульсов параллельно второму резистору подключен третий диод, катод которого соединен с катодом второго диода.
В формирователе импульсов электронный ключ содержит тринистор, причем управляющий вход ключа соединен с управляющим электродом тринистора и через резистор с катодом тринистора и входом ключа, выход которого подсоединен к аноду тринистора.
Возможно, что первый зажим формирователя импульсов подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с первым зажимом механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля.
Как вариант, первый зажим формирователя импульсов подключен к первому зажиму механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с отрицательным зажимом -Е источника энергии бортовой сети автомобиля.
Введение стабилитрона подключенного, например, параллельно конденсатору позволяет стабилизировать величину заряда конденсатора и, соответственно, энергию, трансформируемую во вторичную обмотку импульсного трансформатора.
Введение третьего диода, подключенного параллельно второму резистору, позволяет обеспечить необходимый и достаточный ток управления электронным (тринисторным) ключом определяемый величиной сопротивления третьего резистора не нарушая оптимальное время заряда конденсатора (определяемое напряжением питания источника энергии бортовой сети автомобиля, значением емкости конденсатора и величиной сопротивления второго резистора), что исключает ложное срабатывание при замыкании и размыкании (дребезге) контактов механического датчика (прерывателя).
Использование тринистора в качестве электронного ключа позволяет сформировать одиночный импульс с оптимальными токовременными параметрами по амплитуде и длительности независимо от токовременных параметров электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием) или дребезга контактов при размыкании механического датчика (прерывателя).
Предложенные варианты подключения формирователя импульсов к зажимам источника энергии бортовой сети автомобиля и механическому датчику (прерывателю) или электронному датчику (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), позволяют выбрать наиболее оптимальный вариант в каждом конкретном случае.
Введение второго импульсного трансформатора позволяет одновременно управлять двумя независимыми каналами в тиристорном модуле зажигания.
На фиг.1 - фиг.4 изображены формирователи импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим 1, соединенный через резистор 3 с анодом диода 4, катод которого подсоединен ко второму зажиму 2 формирователя импульсов. Первый зажим 1 формирователя импульсов соединен также с анодом второго диода 5, катод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора 7 и одному из выводов третьего резистора 6, второй вывод которого подключен к управляющему входу 9-2 электронного ключа 9 и к катоду первого диода 4. Анод диода 4 соединен с одной из обкладок конденсатора 8 и входом 9-1 электронного ключа 9, выход 9-3 которого подсоединен к первому выводу первичной обмотки 11 импульсного трансформатора 10. Второй вывод первичной обмотки 11 импульсного трансформатора 10 подключен ко второму выводу второго резистора 7 и второй обкладке конденсатора 8. Первый 13 и второй 14 выводы вторичной обмотки 12 импульсного трансформатора 10 являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. При введении второго импульсного трансформатора 17, первичная обмотка 18 которого соединена последовательно с первичной обмоткой 11 импульсного трансформатора 10, первый 20 и второй 21 выводы вторичной обмотки 19 импульсного трансформатора 17 являются, соответственно, третьим и четвертым выходными зажимами формирователя импульсов.
На фиг.2 показано, что параллельно конденсатору 8 подсоединен стабилитрон (фиг.3 - двуханодный стабилитрон) 15, причем анод стабилитрона 15 соединен с первой обкладкой конденсатора 8.
На фиг.4 показан вариант, когда введен стабилитрон 15, анод и катод которого подсоединены, соответственно, к катоду первого диода 4 и второй обкладке конденсатора 8.
На фиг.3, фиг.4 показано, что параллельно второму резистору 7 может быть подключен третий диод 16, катод которого соединен с катодом второго диода 5. Кроме того на фиг.4 показано, как пример включение второго импульсного трансформатора 17, первичная обмотка 18 которого подсоединена последовательно с первичной обмоткой 11 импульсного трансформатора 10.
На фиг.3 показан также вариант, когда первый зажим 1 формирователя импульсов подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим 2 формирователя импульсов соединен с первым зажимом механического датчика (прерывателя) 22 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 22, второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине). Вход синхронизации датчика 22 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой
На фиг.4 приведен вариант, когда первый зажим 1 формирователя импульсов подключен к первому зажиму механического датчика (прерывателя) 22 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 22, второй зажим которого подсоединен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим 2 формирователя импульсов соединен с отрицательным зажимом -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (обшей шиной). Вход синхронизации датчика 22 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой.
На фиг.5 изображен электронный ключ 9 содержащий тринистор 9-5, причем управляющий вход 9-2 ключа 9 соединен с управляющим электродом тринистора 9-5 и через резистор 9-4 с катодом тринистора 9-5 и входом 9-1 ключа 9, выход 9-3 которого подсоединен к аноду тринистора 9-5.
На фиг.6 - фиг.9 приведены временные диаграммы работы формирователя импульсов с механическим датчиком (прерывателем) изображенным на фиг.3.
На фиг.6 приведена временная диаграмма напряжения на зажимах механического датчика (прерывателя).
На фиг.7 приведена временная диаграмма падения напряжения на диоде 4, подключенного к входу 9-1 и управляющему входу 9-2 электронного ключа 9 и, соответственно, к катоду и управляющему электроду тринистора 9-5 (фиг.5).
На фиг.8 приведена временная диаграмма напряжения на конденсаторе 8 относительно анода диода 4.
На фиг.9 приведена временная диаграмма напряжения на зажиме 14 относительно зажима 13 вторичной обмотки 12 импульсного трансформатора 10.
Работу рассмотрим на примере формирователя импульсов изображенного на фиг.3.
Исходное состояние: контакты механического датчик (прерывателя) замкнуты и по цепи протекает ток от источника энергии бортовой сети +Е, зажим 1, резистор 3, диод 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 22, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). А также, по следующей цепи протекает ток от источника энергии бортовой сети +Е, зажим 1, диод 5, резистор 6, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 22, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). Данные токи через резистор 3, диод 4 и диод 5, резистор 6 формируют в основном необходимый и достаточный ток через контакты механического датчика (прерывателя) 22, что позволяет исключить образование окисной пленки на контактах прерывателя. Кроме того, и по следующей цепи протекает ток от источника энергии бортовой сети +Е, зажим 1, диод 5, резистор 7, стабилитрон 15, диод 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 22, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). Конденсатор 8 заряжается до напряжения по величине равное напряжению стабилизации стабилитрона 15.
В момент времени t0, t2, t4. (фиг.6 - фиг.9). Контакты механического датчика (прерывателя) размыкаются, и к диоду 4 прикладывается напряжение конденсатора 8 в обратной полярности и диод 4 закрывается, а к управляющему электроду 9-2 электронного ключа 9 это напряжение прикладывается в прямом направлении и он открывается. Напряжение с конденсатора 8 прикладывается к катоду диоду 4 относительно его анода по цепи: верхняя обкладка конденсатора 8 резистор 7 или диод 16, при его наличии, резистор 6, катод диода 4. К управляющему электроду тринистора 9-5, ток протекает по цепи: верхняя обкладка конденсатора 8 резистор 7 или диод 16, при его наличии, резистор 6, управляющий электрод тринистора 9-5, катод тринистора 9-5, нижняя обкладка конденсатора 8. Амплитуда напряжения положительного импульса на катоде диода 4 и на управляющем электроде тринистора 9-5 определяется напряжением срабатывания управляющего электрода тринистора 9-5 (фиг.7). К первичной обмотке 11 импульсного трансформатора 10 прикладывается напряжение заряженного конденсатора 8 (фиг.8). Конденсатор 8 практически мгновенно (100-200 мкс.) разряжается на первичную обмотку 11 импульсного трансформатора 10 и на его вторичной обмотке 12 формируется импульс запуска (фиг.9) длительностью не менее 50 мкс. Амплитудное значение напряжения и тока запускающего импульса для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания зависит от емкости конденсатора 8, напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля или напряжения стабилизации стабилитрона 15 (при его наличии), коэффициента трансформации импульсного трансформатора 10 и сопротивления нагрузки (цепи запуска электронного ключа конденсаторно-тиристорного модуля зажигания). Дребезг механического датчика (прерывателя) 22 при размыкании контактов не влияет на форму, амплитуду и длительность запускающего импульса, т.к. первый же импульс при размыкании контактов прерывателя запускает тринистор 9-5 и в дальнейшем независимо от состояния контактов (дребезга) прерывателя 22 тринистор 9-5 остается открытым на все время разряда и перезаряда конденсатора 8, за счет остаточной энергии импульсного трансформатора 10. Если даже, продолжается дребезг контактов прерывателя после разряда конденсатора 8 и выключения тринистора 9-5, то повторного запуска тринистора 9-5 не произойдет, т.к. конденсатор 8 разряжен и остается разряженным до момента замыкания контактов (момент времени t1 или t3). При замыкании контактов прерывателя (момент времени t1, t3) формируется, из-за дребезга, поэтапный заряд конденсатора 8 (фиг.8) до заданного значения напряжения (напряжения источника энергии за вычетом падения напряжения на диодах 4 и 5 (фиг.1) или до напряжения стабилизации стабилитрона 15 (фиг.2 и фиг.3) (на фиг.4 за вычетом из напряжения стабилизации стабилитрона падения напряжения на диоде 4) и осуществляется не мене чем за 2 мс при максимальном значении напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля (13.8-14.4 В). Формирователь импульсов не реагирует на дребезг контактов при замыкании, т.к. напряжение на конденсаторе в течение всей длительности дребезга недостаточно для запуска тринистора (фиг.7, фиг.8).
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при замкнутых контактах прерывателя 22, запуск электронного ключа 9 не происходит, т.к. к управляющему электроду тринистора 9-5 приложено отрицательное (закрывающее) напряжение по величина равное падению напряжения на диоде 4.
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при разомкнутых контактах прерывателя 22, запуск электронного ключа 9 не происходит, т.к. конденсатор 8 разряжен.
В заявляемом изобретении достигаются следующие технические результаты: гальваническая развязка первичной и вторичной цепей управления; нечувствительность к импульсным помехам возникающих в бортовой сети питания автомобиля; независимость от токовременных параметров электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) или дребезга контактов механического датчика (прерывателя); формируется оптимизированный по величине амплитуды и длительности напряжения или тока запускающий импульс для управления тиристорами (тринисторами или симисторами) конденсаторно-тиристорного модуля зажигания.