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. ФИ содержит независимых пунктов - 1, зависимых - 5, фиг.1 - фиг.9

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.

1. 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, отличающийся 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.

2. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем анод стабилитрона соединен с анодом или катодом диода.

3. 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 ДВС), второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля.

4. 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.

5. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что 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.

6. Формирователь импульсов по п.5, отличающийся тем, что в электронный ключ дополнительно введен конденсатор, первый и второй выводы которого подсоединены соответственно к базе и эмиттеру N-P-N транзистора.