ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ КОНДЕНСАТОРНО-ТИРИСТОРНОГО МОДУЛЯ ЗАЖИГАНИЯ НА ОСНОВЕ ТРИГГЕРА ЗАЩЕЛКИ

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, подключенный через резистор к катоду диода и ко второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается тем, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен через второй резистор с одним из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора, первым входом электронного ключа и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второму входу электронного ключа и к аноду диода, катод которого подсоединен к управляющему входу электронного ключа, выход которого соединен со вторым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора.
Возможно что, параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с анодом или катодом диода.
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).
Электронный ключ содержит четыре резистора, один, или два, или три диода, стабилитрон (или несколько последовательно соединенных диодов), P-N-P и N-P-N транзисторы, причем первый вход ключа соединен с катодом первого диода и через первый резистор с эмиттером P-N-P транзистора, коллектор которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и базе N-P-N транзистора, эмиттер которого подключен ко второму выводу второго резистора и второму входу электронного ключа, управляющий вход которого соединен непосредственно или через прямо включенный второй диод с катодом стабилитрона, анод которого (катод последнего из нескольких последовательно соединенных диодов) подсоединен через третий резистор к базе N-P-N транзистора, коллектор которого подключен к выходу электронного ключ и через четвертый резистор к базе P-N-P транзистора и к аноду первого диода непосредственно или через прямо включенный третий диод.
Возможно, что в электронный ключ введен конденсатор, первый и второй выводы которого подсоединены, соответственно, к базе и эмиттеру N-P-N транзистора.
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 имеющиеся 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, подключенный через резистор к катоду диода и ко второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается тем, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен через второй резистор с одним из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора, первым входом электронного ключа и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второму входу электронного ключа и к аноду диода, катод которого подсоединен к управляющему входу электронного ключа, выход которого соединен со вторым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора.
Как вариант, параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с анодом или катодом диода.
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).
Электронный ключ содержит четыре резистора, один, или два, или три диода, стабилитрон (или несколько последовательно соединенных диодов), P-N-P и N-P-N транзисторы, причем первый вход ключа соединен катодом первого диода и через первый резистор с эмиттером P-N-P транзистора, коллектор которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и базе N-P-N транзистора, эмиттер которого подключен ко второму выводу второго резистора и второму входу электронного ключа, управляющий вход которого соединен непосредственно или через прямо включенный второй диод с катодом стабилитрона, анод которого (катод последнего из нескольких последовательно соединенных диодов) подсоединен через третий резистор к базе N-P-N транзистора, коллектор которого подключен к выходу электронного ключ и через четвертый резистор к базе P-N-P транзистора и к аноду первого диода непосредственно или через прямо включенный третий диод.
Возможно, что в электронный ключ введен конденсатор, первый и второй выводы которого подсоединены, соответственно, к базе и эмиттеру N-P-N транзистора.
Введение стабилитрона подключенного, например, параллельно конденсатору позволяет стабилизировать величину заряда конденсатора и, соответственно, энергию, трансформируемую во вторичную обмотку импульсного трансформатора.
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.
Использование в качестве электронного ключа триггера защелки с непосредственными связами на транзисторах разной проводимости 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).
Конденсатор, первый и второй выводы которого подсоединены, соответственно, к базе и эмиттеру N-P-N транзистора, повышает помехозащищенность при дребезге контактов электронного ключа и, соответственно, формирователя импульсов.
На фиг.1-фиг.4 изображены формирователи импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим 1, подключенный через резистор 3 к катоду диода 5 и ко второму зажиму 2 формирователя импульсов. Кроме того, первый зажим 1 формирователя импульсов соединен через второй резистор 4 с первым входом 7-1 электронного ключа 7, с одним из выводов первичной обмотки 8 импульсного трансформатора 9 и одной из обкладок конденсатора 6, вторая обкладка которого подключена ко второму входу 7-2 электронного ключа 7 и к аноду диода 5, катод которого подсоединен к управляющему входу 7-3 электронного ключа 7. Выход 7-4 ключа 7 соединен со вторым выводом первичной обмотки 8 импульсного трансформатора 9. Первый вывод 11 и второй вывод 12 вторичной обмотки 10 импульсного трансформатора 9 являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов.
В формирователе импульсов (фиг.2-фиг.4) параллельно конденсатору 6 подсоединен стабилитрон 13 (фиг.3 - двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона 13 соединен с анодом (фиг.2, фиг.3) или катодом диода 5 (фиг.4).
Электронный ключ (Фиг.5, Фиг.6) содержит четыре резистора 7-5, 7-6, 7-8, 7-14, один диод 7-7, или два диода 7-7, 7-10, или три диода 7-7, 7-10, 7-11, стабилитрон 7-9 (или несколько последовательно соединенных диодов 7-15, 7-16), P-N-P транзистор 7-12 и N-P-N транзистор 7-13, причем первый вход 7-1 ключа 7 соединен с катодом первого диода 7-7 и через первый резистор 7-5 с эмиттером P-N-P транзистора 7-12, коллектор которого подсоединен к одному из выводов второго резистора 7-6 и базе N-P-N транзистора 7-13. Эмиттер N-P-N транзистора 7-13 подключен ко второму выводу второго резистора 7-6 и второму входу 7-2 электронного ключа 7, управляющий вход 7-3 которого соединен непосредственно или через прямо включенный второй диод 7-10 с катодом стабилитрона 7-9, анод которого (катод диода 7-15 из нескольких последовательно соединенных диодов 7-15, 7-16) подсоединен через третий резистор 7-8 к базе N-P-N транзистора 7-13, коллектор которого подключен к выходу 7-4 электронного ключ 7 и через четвертый резистор 7-14 к базе P-N-P транзистора 7-12 и к аноду первого диода 7-7 непосредственно или через прямо включенный третий диод 7-11.
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) 14 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 14, второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине). Вход синхронизации датчика 14 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой 15.
На фиг.4 приведен вариант, когда первый зажим 1 формирователя импульсов подключен к первому зажиму механического датчика (прерывателя) 14 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 14, 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 14 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой 15.
На фиг.7-фиг.9 приведены временные диаграммы работы формирователя импульсов с механическим датчиком (прерывателем) изображенным на фиг.3.
На фиг.7 приведена временная диаграмма напряжения на зажимах механического датчика (прерывателя).
На фиг.8 приведена временная диаграмма напряжения на конденсаторе 6 относительно анода диода 5 и второго входа 7-2 электронного ключа 7.
На фиг.9 приведена временная диаграмма напряжения на зажиме 12 относительно зажима 11 вторичной обмотки 10 импульсного трансформатора 9.
Работу рассмотрим на примере формирователя импульсов изображенного на фиг.3 и фиг.5.
Исходное состояние: контакты механического датчик (прерывателя) замкнуты и по цепи протекает ток от источника энергии бортовой сети +Е, зажим 1, резистор 3, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 14, 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, резистор 4, стабилитрон 13, диод 5, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 14, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). Ток через резистор 3 формирует в основном необходимый и достаточный ток через контакты механического датчика (прерывателя) 14, что позволяет исключить образование окисной пленки на контактах прерывателя. Конденсатор 6 заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона 13.
В момент времени t0, t2, t4 (фиг.7-фиг.9), контакты механического датчика (прерывателя) размыкаются, и положительное напряжение с первой (верхней) обкладки конденсатора 6 прикладывается к управляющему входу 7-3, электронного ключа 7, относительно второго его входа 7-2 по цепи: первая (верхняя) обкладка конденсатора 6, резистор 4, резистор 3, управляющей вход 7-3 ключа 7.
Ток через базо-эмиттерный переход транзистора 7-13, протекает по цепи (фиг.3 и фиг.5): верхняя обкладка конденсатора 6, резистор 4, резистор 3, управляющей вход 7-3 ключа 7, диод 7-10, стабилитрон 7-9, резистор 7-8, база N-P-N транзистора 7-13, эмиттер N-P-N транзистора 7-13, второй вход 7-2 электронного ключа 7 нижняя обкладка конденсатора 6. N-P-N транзистор 7-13 открывается и через первичную обмотку импульсного трансформатора протекает ток по цепи: первая (верхняя) обкладка конденсатора 6, первый вывод обмотки 8 импульсного трансформатора 9, второй вывод обмотки 8 импульсного трансформатора 9, выход 7-4 электронного ключа 7, коллектор N-P-N транзистор 7-13, эмиттер этого транзистора, второй вход 7-2 электронного ключа 7, вторая (нижняя) обкладка конденсатора 6. При открывании N-P-N транзистора 7-13, возникает через резистор 7-14 положительная обратная связь, которая поддерживает P-N-P транзистора 7-12 и N-P-N транзистор 7-13 открытыми даже когда напряжение на конденсаторе 6 становиться меньше падения напряжения на диоде 7-10 и стабилитроне 7-9. P-N-P транзистор 7-12, резистор 7-5 и диоды 7-7, 7-11 образуют стабилизатор базового тока N-P-N транзистора 7-13, обеспечивая оптимальный режим работы данного транзистора в процессе разряда конденсатора 6.
Конденсатор 6 разряжается практически мгновенно (100-200 мкс.) на первичную обмотку 8 импульсного трансформатора 9 до падения напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе N-P-N транзистора 7-13 с учетом падения напряжения на базо-эмиттерном переходе N-P-N транзистора 7-13 и коллекторно-эмиттерном переходе P-N-P транзистора 7-12. На зажиме 12 относительно зажима 11 вторичной обмотки 10 импульсного трансформатора 9 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 6, напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля или напряжения стабилизации стабилитрона 13 (при его наличии), коэффициента трансформации импульсного трансформатора 9 и сопротивления нагрузки (цепи запуска электронного ключа конденсаторно-тиристорного модуля зажигания). Дребезг механического датчика (прерывателя) 14 при размыкании контактов не влияет на форму, амплитуду и длительность запускающего импульса формирователя импульсов, т.к. первый же импульс при размыкании контактов прерывателя запускает электронный ключ 7 и в дальнейшем независимо от состояния контактов (дребезга) прерывателя 14 электронный ключ 7 остается открытым на все время разряда конденсатора 6. Если даже, продолжается дребезг контактов прерывателя после разряда конденсатора 6 и выключения электронного ключ 7, то повторного запуска электронного ключа 7 не произойдет, т.к. конденсатор 6 разряжен (до падения напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе транзистора 7-13 с учетом падения напряжения на базо-эмиттерном переходе N-P-N транзистора 7-13 и коллекторно-эмиттерном переходе P-N-P транзистора 7-12) и остается разряженным до момента замыкания контактов (момент времени t1 или t3 на фиг.8). При замыкании контактов прерывателя (момент времени t1, t3 на фиг.7) формируется, из-за дребезга, поэтапный заряд конденсатора 6 (фиг.8) до заданного значения напряжения (напряжения источника энергии за вычетом падения напряжения на диоде 5 (фиг.1) или до напряжения стабилизации стабилитрона 13 (фиг.2, фиг.3) или до напряжения стабилизации стабилитрона 13 минус падение напряжения на диоде 5 (фиг.4) и осуществляется при максимальном значении напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля (13.8-14.4 В) не мене чем за 2 мс. При уменьшении напряжения при пуске двигателя время заряда конденсатора увеличивается, но, тем не менее, он заряжается к моменту размыкания контактов прерывателя до заданного значения напряжения. Формирователь импульсов не реагирует на дребезг контактов при замыкании, т.к. напряжение на конденсаторе 6 в течение всей длительности дребезга недостаточно для запуска электронного ключа 7.
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при замкнутых контактах прерывателя 14, запуск электронного ключа 7 не происходит, т.к. потенциал базы N-P-N транзистора 7-13 равен из-за резистора 7-6 потенциалу эмиттера N-P-N транзистора 7-13, а потенциал базы P-N-P транзистора 7-12 равен из-за резистора 7-14 потенциалу эмиттера P-N-P транзистора 7-12.
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при разомкнутых контактах прерывателя 14, запуск электронного ключа 7 не происходит, т.к. конденсатор 6 разряжен.
В заявляемом изобретении достигаются следующие технические результаты: гальваническая развязка первичной и вторичной цепей управления; нечувствительность к импульсным помехам возникающих в бортовой цепи питания автомобиля; независимость от токовременных параметров электронного прерывателя (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) или дребезга контактов механического прерывателя; формируется оптимизированный по величине амплитуды и длительности тока запускающий импульс для управления тиристорами (тринисторами или симисторами) конденсаторно-тиристорного модуля зажигания.