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 с анодом диода, катод которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и через резистор 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 и третий резисторы, второй диод, конденсатор и электронный ключ, причем второй зажим формирователя импульсов соединен с катодом второго диода, анод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого подключен к аноду первого диода и управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен со вторым выводом второго резистора и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подсоединена к первому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к выходу электронного ключа. ФИ содержит независимых пунктов - 1, зависимых - 6, фиг.1 - фиг.9
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 с анодом диода, катод которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и через резистор 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 и третий резисторы, второй диод, конденсатор и электронный ключ, причем второй зажим формирователя импульсов соединен с катодом второго диода, анод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого подключен к аноду первого диода и управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен со вторым выводом второго резистора и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подсоединена к первому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к выходу электронного ключа.
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, катод и анод которого подсоединены, соответственно, к аноду первого диода и первой обкладке конденсатора.
В формирователе импульсов параллельно второму резистору подключен третий диод, анод которого соединен с анодом второго диода.
В формирователе импульсов электронный ключ содержит симистор, причем управляющий вход ключа соединен через обратно включенный диод с управляющим электродом симистора и через параллельно соединенные резистор и прямо включенный диод с катодом симистора и выходом ключа, вход которого подсоединен к аноду симистора.
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.
Описание полезной модели
Полезная модель относится к системам зажигайЙДОйригугелей 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 в нем 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 с анодом диода, катод которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и через резистор ко второму зажиму, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора 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 второй зажим формирователя импульсов соединен с катодом второго диода, анод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого подключен к аноду первого диода и управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен со вторым выводом второго резистора и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подсоединена к первому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к выходу электронного ключа.
Как вариант, в формирователь импульсов параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с первой обкладкой конденсатора.
В формирователь импульсов, как вариант, введен стабилитрон, катод и анод которого подсоединены, соответственно, к аноду первого диода и первой обкладке конденсатора.
Кроме того, в формирователе импульсов параллельно второму резистору подключен третий диод, анод которого соединен с анодом второго диода.
В формирователе импульсов электронный ключ содержит симистор, причем управляющий вход ключа соединен через обратно включенный диод с управляющим электродом симистора и через параллельно соединенные резистор и прямо включенный диод с катодом симистора и выходом ключа, вход которого подсоединен к аноду симистора.
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 или электронного прерывателя (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 или электронного прерывателя (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 (симисторным) 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 симистора 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 ДВС) или дребезга контактов при размыкании механического датчика (прерывателя).
Введение обратно включенного диода между управляющим входом электронного ключа и управляющим электродом симистора позволяет исключить вероятность запуска симистора положительным импульсом помехи по цепи питания бортовой сети автомобиля.
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.
На фиг.1-фиг.4 изображены формирователи для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим 1, соединенный с анодом диода 3, катод которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки 11 импульсного трансформатора 10 и через резистор 4 ко второму зажиму 2 формирователя импульсов. Второй зажим 2 формирователя импульсов соединен также с катодом второго диода 5, анод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора 7 и одному из выводов третьего резистора 6, второй вывод которого подключен к аноду первого диода 3 и управляющему входу 9-2 электронного ключа 9, вход 9-1 которого соединен со вторым выводом второго резистора 7 и одной из обкладок конденсатора 8, вторая обкладка которого подсоединена к первому выводу первичной обмотки 11 импульсного трансформатора 10, второй вывод которой подключен к выходу 9-3 электронного ключа 9. Первый 13 и второй 14 выводы вторичной обмотки 12 импульсного трансформатора 10 являются соответственно первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов.
На фиг.2 показан формирователь импульсов, в котором параллельно конденсатору 8 подсоединен стабилитрон 15 (фиг.3 - двуханодный стабилитрон 15), причем анод стабилитрона 15 соединен с первой обкладкой конденсатора 8.
На фиг.4 показан, как вариант, формирователь импульсов, когда введен стабилитрон, катод и анод которого подсоединены, соответственно, к аноду первого диода 3 и первой обкладке конденсатора 8.
На фиг.3 и фиг.4 показан вариант, когда в формирователь импульсов параллельно второму резистору 7 подключен третий диод 16, анод которого соединен с анодом второго диода 5.
На фиг.3 показан 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) 17 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 17, второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля. Вход синхронизации датчика 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) 17 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 17, 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 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой
На фиг.5 электронный ключ 9 содержит симистор 9-5, причем управляющий вход 9-2 ключа 9 соединен с управляющим электрод симистора 9-5 через обратно включенный диод 9-6, а управляющий электродом симистора 9-5 подключен через параллельно соединенные резистор 9-4 и прямо включенный диод 9-7 к катоду симистора 9-5 и выходу 9-3 ключа 9, вход 9-1 которого подсоединен к аноду симистора 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) в процессе размыкания-замыкания контактов.
На фиг.7 приведена временная диаграмма падения напряжения на диоде 3 (потенциал анода относительно его катода), подключенного к выходу 9-3 через первичную обмотку 11 импульсного трансформатора 10 и управляющему входу 9-2 электронного ключа 9 и, соответственно, к катоду и управляющему электроду симистора 9-5 через обратно включенный диод 9-6 (фиг.5).
На фиг.8 приведена временная диаграмма напряжения на конденсаторе 8 относительно катода диода 3.
На фиг.9 приведена временная диаграмма выходного сигнала формирователя импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания в виде 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, диод 3, резистор 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 17, 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 6, диод 5, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 17, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). Данные токи через диод 3, резистор 4 и резистор 6, диод 5 формируют в основном необходимый и достаточный ток через контакты механического датчика (прерывателя) 17, 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 3, стабилитрон 15, резистор 7, диод 5, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 17, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля - Е (общая шина). Конденсатор 8 заряжен до напряжения по величине равным напряжению стабилизации стабилитрона 15.
В момент времени t0, t2, t4. Контакты механического датчика (прерывателя) размыкаются и к диоду 3 прикладывается напряжение конденсатора 8 в обратной полярности и диод 3 закрывается, а к управляющему электроду 9-2 электронного ключа 9 это напряжение прикладывается в обратном направлении (отрицательный потенциал к управляющему электроду) и он открывается. Напряжение с конденсатора 8 прикладывается к аноду диода 3 относительно его катода по цепи: нижняя обкладка конденсатора 8, резистор 7 или диод 16 при его наличии, резистор 6, анод диода 3. Через управляющий электрод тринистора 9-5, ток протекает по цепи: верхняя обкладка конденсатора 8, первичная обмотка 11 импульсного трансформатора 10, выход 9-3 ключа 9, катод симистора 9-5, управляющий электрод симистора 9-5, диод 9-6, управляющий вход 9-2 электронного ключа 9, резистор 6, резистор 7 или диод 16, при его наличии, нижняя обкладка конденсатора 8.
Амплитуда напряжения отрицательного импульса на аноде диода 3 и на управляющем электроде 9-2 электронного ключа 9 относительно катода диода 3 определяется напряжением срабатывания управляющего электрода тринистора 9-5 и падения напряжения на диоде 9-6. 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) 17 при размыкании контактов не влияет на форму, амплитуду и длительность запускающего импульса, т.к. первый же импульс при размыкании контактов прерывателя запускает симистор 9-5 и в дальнейшем независимо от состояния контактов (дребезга) прерывателя 17 симистор 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 симистора 9-5, то повторного запуска симистора 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 3 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 3) 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 симистора (фиг 7, фиг 8).
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при замкнутых контактах прерывателя 17, запуск электронного ключа 9 не происходит, т.к. управляющий электрод симистора 9-5 с обратно включенном диодом 9-6 закорочен открытым диодом 3, т.е. к диоду 9-6 через резистор 9-4 приложено напряжение обратной полярности.
При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при разомкнутых контактах прерывателя 17, 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 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.
1. Формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, содержащий первый зажим, соединенный с анодом диода, катод которого подсоединен к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и через резистор ко второму зажиму, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются соответственно первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов, отличающийся тем, что введены второй и третий резисторы, второй диод, конденсатор и электронный ключ, причем второй зажим формирователя импульсов соединен с катодом второго диода, анод которого подсоединен к одному из выводов второго резистора и одному из выводов третьего резистора, второй вывод которого подключен к аноду первого диода и управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен со вторым выводом второго резистора и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подсоединена к первому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к выходу электронного ключа.
2. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с первой обкладкой конденсатора.
3. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что введен стабилитрон, катод и анод которого подсоединены соответственно к аноду первого диода и первой обкладке конденсатора.
4. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что параллельно второму резистору подключен третий диод, анод которого соединен с анодом второго диода.
5. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ содержит симистор, причем управляющий вход ключа соединен через обратно включенный диод с управляющим электродом симистора и через параллельно соединенные резистор и прямо включенный диод с катодом симистора и выходом ключа, вход которого подсоединен к аноду симистора.
6. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что первый зажим подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с зажимом механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ЛВС), второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля.
7. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что первый зажим подключен к 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.
