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

Изобретение 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, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Изобретение отличается тем, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с одним из выводов второго резистора и управляющими входом электронного ключа, первый вход которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора, второму выводу второго резистора и к одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второму входу электронного ключа и аноду диода, катод которого подключен к третьему 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 пять резисторов, стабилитрон, два или три диода, P-N-P и N-P-N транзисторы, причем управляющий вход ключа соединен непосредственно или через обратно включенный диод с анодом стабилитрона, катод которого подсоединен через первый резистор с одним из выводов второго резистора, базой P-N-P транзистора и анодом второго диода, катод которого непосредственно или через третий диод подключен к первому входу электронного ключа и к одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером P-N-P транзистора, коллектор которого подсоединен к базе N-P-N транзистора и через четвертый резистор к эмиттеру N-P-N транзистора и ко второму входу ключа, третий вход которого через пятый резистор подключен к базе N-P-N транзистора, коллектор которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом ключа.
Возможно, что в электронный ключ введен конденсатор, первый и второй выводы которого подсоединены, соответственно, к базе и эмиттеру N-P-N транзистора.
Описание изобретения
Изобретение 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 изобретению 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, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Изобретение отличается тем, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с одним из выводов второго резистора и управляющими входом электронного ключа, первый вход которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора, второму выводу второго резистора и к одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второму входу электронного ключа и аноду диода, катод которого подключен к третьему 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 пять резисторов, стабилитрон, два или три диода, P-N-P и N-P-N транзисторы, причем управляющий вход ключа соединен непосредственно или через обратно включенный диод с анодом стабилитрона, катод которого подсоединен через первый резистор с одним из выводов второго резистора, базой P-N-P транзистора и анодом второго диода, катод которого непосредственно или через третий диод подключен к первому входу электронного ключа и к одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером P-N-P транзистора, коллектор которого подсоединен к базе N-P-N транзистора и через четвертый резистор к эмиттеру N-P-N транзистора и ко второму входу ключа, третий вход которого через пятый резистор подключен к базе N-P-N транзистора, коллектор которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом ключа.
Возможно, что в электронный ключ введен конденсатор, первый и второй выводы которого подсоединены, соответственно, к базе и эмиттеру N-P-N транзистора.
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 стабилитрона подключенного, например, параллельно конденсатору позволяет стабилизировать величину заряда конденсатора и, соответственно, энергию, трансформируемую во вторичную обмотку импульсного трансформатора.
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 электронного ключа при дребезге контактов и, соответственно, формирователя импульсов.
На фиг.1 - фиг.4 изображены формирователи импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, содержащие первый зажим 1, соединенный с первыми выводами первого 3 и второго 5 резисторов, управляющим входом 7-1 электронного ключа 7. Первый зажим 7-2, электронного ключа 7 соединен с одним из выводов первичной обмотки 8 импульсного трансформатора 9, вторым выводом второго резистора 5 и с одной из обкладок конденсатора 6, вторая обкладка которого подключена ко второму входу 7-3 электронного ключа 7, аноду диода 4, катод которого подключен к третьему входу 7-4 электронного ключа 7, выход 7-5 которого соединен со вторым выводом первичной обмотки 8 импульсного трансформатора 9.
В формирователе импульсов (фиг.2 - фиг.4) параллельно конденсатору 6 подсоединен стабилитрон (фиг.3 - двуханодный стабилитрон) 13, причем анод стабилитрона 13 соединен с анодом (фиг.2, фиг.3) или катодом диода (фиг.4).
Электронный ключ (Фиг.5, Фиг.6) содержит пять резисторов 7-7, 7-9, 7-10, 7-12, 7-16, стабилитрон 7-8, один 7-13 или три диода 7-6, 7-11, 7-13, P-N-P транзистор 7-14 и N-P-N транзистор 7-15, причем управляющий вход 7-1 ключа 7 соединен непосредственно или через обратно включенный диод 7-6 с анодом стабилитрона 7-8, катод которого подсоединен через первый резистор 7-10 с одним из выводов второго резистора 7-16, базой P-N-P транзистора 7-14 и анодом второго диода 7-13, катод которого непосредственно или через третий диод 7-11 подключен к первому входу 7-2 электронного ключа 7 и к одному из выводов третьего резистора 7-7, второй вывод которого соединен с эмиттером P-N-P транзистора 7-14, коллектор которого подсоединен к базе N-P-N транзистора 7-15 и через четвертый резистор 7-9 к эмиттеру N-P-N транзистора 7-15 и ко второму входу 7-3 ключа 7, третий вход 7-4 которого через пятый резистор 7-12 подключен к базе N-P-N транзистора 7-15, коллектор которого соединен со вторым выводом второго резистора 7-16 и выходом 7-5 ключа 7.
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 4 и второго входа 7-3 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, диод 4, 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 5, стабилитрон 13, диод 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 14, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). Данные токи через резистор 3, диод 4 и, соответственно, резистор 5, стабилитрон 13, диод 4 формируют 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 равное напряжению стабилизации стабилитрона 13.
В момент времени t0, t2, t4 (фиг.7 - фиг.9), контакты механического датчика (прерывателя) размыкаются, и отрицательное напряжение с нижней обкладки конденсатора 6 прикладывается к управляющему входу 7-1, электронного ключа 7, относительно первого его входа 7-2 по цепи: вторая (нижняя) обкладка конденсатора 6, резистор 3, управляющей вход 7-1 ключа 7.
Ток через транзистор 7-14, протекает по цепи (фиг.3 и фиг.5): верхняя обкладка конденсатора 6 первый вход 7-2 электронного ключа 7, резистор 7-7, эмиттер P-N-P транзистора 7-14, база P-N-P транзистора 7-14, резистор 7-10, стабилитрон 7-8, диод 7-6, зажим 7-1, резистор 3, вторая (нижняя) обкладка конденсатора 6. P-N-P транзистор 7-14 открывается и коллекторный ток этого транзистора 7-14 протекает по цепи: первая (верхняя) обкладка конденсатора 6, первый вход 7-2 электронного ключа 7, резистор 7-7, эмиттер P-N-P транзистора 7-14, коллектор P-N-P транзистора 7-14, база N-P-N транзистор 7-15, эмиттер этого транзистора, второй вход 7-3 электронного ключа 7, вторая (нижняя) обкладка конденсатора 6. N-P-N транзистор 7-15 открывается и через первичную обмотку 8, импульсного трансформатора 9 протекает ток по цепи: первая (верхняя) обкладка конденсатора 6 первый вывод обмотки 8 импульсного трансформатора 9, второй вывод обмотки 8 импульсного трансформатора 9, выход 7-5 электронного ключа 7, коллектор N-P-N транзистор 7-15, эмиттер этого транзистора, второй вход 7-3 электронного ключа 7, вторая (нижняя) обкладка конденсатора 6. При открывании N-P-N транзистор 7-15, возникает положительная обратная связь через резистор 7-16, которая поддерживает P-N-P транзистора 7-14 открытым даже когда напряжение на конденсаторе 6 становиться меньше падения напряжения на диоде 7-6 и стабилитроне 7-8. P-N-P транзистора 7-14, резистор 7-7 и диоды 7-11, 7-13 образуют стабилизатор базового тока N-P-N транзистора 7-15, обеспечивая оптимальный режим работы данного транзистора.
Конденсатор 6 разряжается практически мгновенно (100-200 мкс.) на первичную обмотку 8 импульсного трансформатора 9. На зажиме 12 относительно зажима 11 вторичной обмотки 10 импульсного трансформатора 9 формируется импульс (Фиг.9) запуска 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 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.8) формируется, из-за дребезга, поэтапный заряд конденсатора 6 до заданного значения напряжения (напряжения источника энергии за вычетом падения напряжения на диоде 4 (фиг.1) или до напряжения стабилизации стабилитрона 13 (фиг.2, фиг.3) или до напряжения стабилизации стабилитрона 13 минус падение напряжения на диоде 4 (фиг.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 8).
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при замкнутых контактах прерывателя 14, запуск электронного ключа 7 не происходит, т.к. к базо-эмитторному переходу N-P-N транзистора 7-15 приложено отрицательное напряжение равное падению напряжения на диоде 4.
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.