点火器

本发明涉及一种用来点燃例如油或气体的燃烧物的点火器。

作为这种类型的一种常规的点火器，有固态点火器，其电路图如 图8所示。参见图8，标号VAC代表交流电源(AC100V)，D1是二极 管；G1和C2是电容器；Q1是主晶体管；R1为触发主晶体管Q1的 电阻；T1是变压器；L1是变压器的一次绕组；L2是变压器T1的二 次绕组；以及L3是变压器T1的三次绕组。

在这电路中，交流电源VAC被二极管D1和电容器C2进行整流 滤波，直流电压VDC被加到与输出级相连的电路上。借助于这一电压 VDC，通过电阻R1流过触发主晶体管Q1的基极电流。通过主晶体管 Q1，经变压器T1的一次绕组L1(一次侧)流过电流；从而在变压器 T1的二次绕组L2(二次侧)产生高压并在变压器T1的三次绕组 L3(三次侧)产生电压。主晶体管Q1使用来自三次侧的输出作为控 制输出重复地在ON和OFF状态之间转换。当主晶体管Q1导通 时，由电容器C1和线圈L1构成的谐振电路谐振，从而在变压器T1 的二次侧重复地产生高压。利用在变压器T1的二次侧产生的高电 压，在高压端子TE1和TE2之间的间隙产生火花从而点燃燃烧物。

然而，在上述的常规的固态点火器中，由于环境温度和电源电压 VDC的减少会引起如下问题。

〔环境温度降低时〕

作为基本特性，环境温度的减小会减小主晶体管Q1的电流增 益(hFE)，从而减小主晶体管Q1的集电极电流I1，也减小变压器T1 的二次侧的输出电流I2。由于这一原因，当环境温度减小时，输出能 量也减小，因而难于获得用于点燃燃烧物所需的放电能量，这便使点 火性能变劣。

当用液体例如油作为燃烧物时，在低温下液体例如油会凝结。 从喷嘴被喷出的油微粒变大，使点火更加困难。具体地说，当在环境 温度为0℃或0℃以下使用时，将频繁发生燃烧物的点火滞后或点 火失效。

〔电源电压VDC减小时〕

电源电压VDC的减小，会减小加在主晶体管Q1的集电极和发 射极之间的电压。也减少电容器C1两端的LC谐振电压和变压的 T1的二次侧的输出电压。此外，LC谐振电压的减小会减小变压器 T1的三次侧的输出电压，从而减少晶体管Q1的基极电流IB。因此， 在主晶体管Q1导通时的ON时间宽度变窄，在主晶体管Q1中的 集电极电流I1减小，从而减小变压器T1的二次侧的输出电流I2。

更具体地说，当电源电压VDC减小时，变压器T1的二次侧的输 出电压和电流却减小，因而输出能量被减小。因而难于获得用于点 燃燃烧物所需的放电能量，使点火性能变劣。具体地说，当点火器在 交流电源变化较大的环境中例如工厂中使用时，会频繁发生点火滞 后和点火失效。

本发明的目的在于提供一种对于环境温度的减小具有优良的点 火性能的点火器。

本发明的另一个目的在于提供一种对于电源电压的减小具 有优良的点火性能的点火器。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种点火器， 其特征在于包括：第一晶体管，它在加上直流电源时被触发而导 通；变压器，具有一次绕组，经所述第一晶体管通过一次绕组流 过导通电流，并具有二次绕组，用来在导通电流流过所述一次绕 组时产生高电压，还具有三次绕组，用来按照所述二次绕组产生 的高电压产生控制输出来控制所述第一晶体管的导通；点火装 置，用来使用在所述变压器的二次绕组内产生的高电压使燃烧物 点火；以及导通控制装置，用来按照环境温度和电源电压中至少 一个的减少延长所述第一晶体管的导通时间间隔；其中所述变压 器的三次绕组连接在所述第一晶体管的基极和发射极之间，所述 导通控制装置包括：第二晶体管，其集电极和所述第一晶体管的 基极相连，其发射极和所述直流电源的一端相连；电阻，连接在 所述第一晶体管的发射极和所述直流电源的一端之间；以及二极 管，正向地连接在所述第一晶体管的发射极和所述第二晶体管的 基极之间。

根据本发明的另一方面，一种点火器，其特征在于包括： 第一晶体管，它在加上直流电源时被触发而导通；变压器，具有 一次绕组，经所述第一晶体管通过一次绕组流过导通电流，并具 有二次绕组，用来在导通电流流过所述一次绕组时产生高电压， 还具有三次绕组，用来按照所述二次绕组产生的高电压产生控制 输出来控制所述第一晶体管的导通；点火装置，用来使用在所述 变压器的二次绕组内产生的高电压使燃烧物点火；以及导通控制 装置，用来按照环境温度和电源电压中至少一个的减少延长所述 第一晶体管的导通时间间隔，所述导通控制装置包括：时间常数 电路装置，具有电容器，其电容按温度的减小而增加，所述电容 器当在所述变压器的所述三次绕组中产生输出电压时，由按照电 源电压的减小而减小的电压充电；以及驱动装置，用来在所述电 容器的充电电压达到一个预定值之前使所述第一晶体管导通。

图1是按照本发明实施例1的固态点火器的电路图；

图2A到2D是说明图1中的固态点火器当环境温度和电源 电压减小时的操作的定时图；

图3A和3B是表示图1中的固态点火的温度特性和电源电 压特性的曲线；

图4是本发明的实施例2的固态点火器的电路图；

图5A至5G是图4所示的固态点火器的触发脉冲发生部分 操作的定时图；

图6A到6I是说明当环境温度和电源电压减小时图4所示 的固态点火的操作的定时图；

图7A、7B是图4所示的固态点火器的温度特性的电源电压 特性曲线；以及

图8是常规固态点火的电路图。

下面参照附图说明本发明的点火器。

〔实施例1〕

图1表示按照本发明的实施例的固态点火器，参见图1，标号 VAC代表交流电源(AC100V)，其一端和信号地相连；D101是和交流 电源VAC串联的整流二极管；C102是和由交流电源VAC和二极管 串联连接所形成的电路并联的滤波电容器；Q101是主晶体管；R101 是连在电容C101的一端和主晶体管Q101的基极之间的电阻，用来 触发主晶体管Q101；T101是变压器；L101是变压器T101的一次 绕组，连接在电容器C101的一端和主晶体管Q101的集电极之间； L102是变压器T101的二次绕组，具有分别和高压端子TE101， TE102相连的两上端子；L103是变压器T101的三次控制绕组。标 号1是连接在主晶体管Q101和变压器T101之间的导通电流控制 部分。用于控制主晶体管Q101的导通电流的导通电流控制部分1 加于常规的如图8所示的固态点火上便获得实施例1的点火器。

导通电流控制部分1包括：子晶体管Q102，电阻R102，二极管 D102到D104，电容C103和C104。在导通电流控制部分1中，子晶 体管Q102的集电极连接主晶体管Q101的基极，Q102的基极通过 二极管D103连接主晶体管Q101的发射极，子晶体管Q102的发射 极接信号地。主晶体管Q101的发射极通过电阻R102接信号地。电 容G103和二极管D104与电阻R 102并联。二极管D102和电容 C104的并联支路连在主晶体管Q101的基极和变压器T101的三次 绕组L103的一个端子之间。变压器T101的三次绕组L103的另一 个端子连接主晶体管Q101的发射极。

二极管D102和电容C104调节通过主晶体管Q101流过的基极 电流。电容G104主要用于使主晶体管Q101的基极电流很好地上 升，而二极管D102用于在预定的或更长些的时间间隔内提供主晶 体管Q101的基极电流。此外，电容器C103调节子晶体管Q102的 ON时刻，而二极管D104使主晶体管Q101稳定地振荡。

在实施例1中，分别用电流增益hFE为10到50的npn型双极 晶体管和电流增益hFe为200或更高的npn双极晶体管作为主晶 体管Q101和子晶体管Q102。按一般特性，在环境温度减小时会使 晶体管Q101、Q102的电流增益hFE减小。此外，作为一般特性，二极 管D103和D104上的电压降随环境温度的减小而增大。

在这一电路中，交流电源VAC由二极管D101和电容C102进行 整流滤波，直流电压VDC加于与输出级相连的电路上。借助于电源电 压VDC，通过电阻R101流过基极电流触发主晶体管Q101。通过主晶 体管Q101经变压器T101一次绕组L101流过电流，从而在变压器 T101的二次绕组L102(二次侧)产生高电压，并在变压器T101的 三次绕组L103(三次侧)产生电压。使用三次侧的输出作为控制输 出，主晶体管Q101重复地在ON和OFF状态之间转换。当主晶体 管Q101导通时，由电容C101和线圈L101构成的谐振电路谐振，从 而在变压器T101的二次侧重复地产生高电压。利用在变压器T101 的二次侧产生的高电压，在具有预定间隔的一对高压端子TE101 和TE102之间的间隙中产生火花，用这火花点燃燃烧物。

图2A到2D说明图1所示的触发电路的操作状态，其中图2A 表示主晶体管Q101的基一射电压VBE，图2B表示主晶体管Q101 的基极电流IB，图2C表示主晶体管Q101的集电极电流I101，图2D 表示子晶体管Q102的集电极电流I103。注意在图2A到2D的每个 图中，由实线所示的波形表示低温或低电压VOC的情况，而虚线所示 的波形为正常环境温度和正常电源电压VDC的情况。

在图1所示的电路中，当加上电源电压VDC时，通过电阻R101 经主晶体管Q101流过基极电流IB(图2B)使主晶体管Q101导通。 当主晶体管Q101处于ON状态时，便流过体电极电流I101(图 2C)，从而在电阻R102两端产生电位差，当这一电位差增加到预定 值或更多时，二极管D103导通，通过子晶体管Q102流过基极电流 使子晶体管Q102导通，流过集电极电流I103(图2D)，从而分流主 晶体管Q101的基极电流IB。主晶体管Q101的基极电流IB按照变 压器T101的三次绕组L103的输出电压而变化。当变压器T101的 三次绕组L103的输出电压增加(上升)时，在主晶体管Q101产生 基—射电压VBE(图2A所示时刻t1)，使主晶体管Q101导通。当变 压器T101的三次绕组L103的输出电压减小(下降)时，基极电流IB 减少(图2B)，并且主晶体管Q101的基—射电压VBE减少(图2A中 的时刻t2)，从而使主晶体管Q101截止。

〔环境温度减小时〕

环境温度的减小不仅减小主晶体管Q101的电流增益hFE，也减 少子晶体管Q102的电流增益hFE。作为分流电流的子晶体管Q102 中的集电极电流I103减小(图2D)。此外，因为二极管D103的电压 降在低温时变大，使子晶体管Q102的集电极电流I103进一步减 小。主晶体管Q101的基极电流增加(图2B)，从而在转换(ON/ OFF驱动)主晶体管Q101时，把ON时间(图2A所示的时间间隔 TW)从由虚线所示的TW1延长到由实线所示的TW2。由干这一原 因，主晶体管Q101的集电极电流I101增加(图2C)，以补偿由于主 晶体管Q101输出电流的减少引起的变压器T101的二次绕组L102 中的输出电流I102的减少。

在实施例1中，变压器T101和电容器C101谐振以便向二次侧 传递能量。当主晶体管Q101的ON宽度由于环境温度的减少而变 宽时，因为振荡可以一谐振频率进行而使谐振和输出电压稍有增加。 因此，由于环境温度的减少而导致的输出电流I102的减少可以过量 地得以补偿。当环境温度降低时，可以得到等于或大于正常环境温 度下的输出电流I102。即正如图3A所示，和现有技术相比，环境温 度—输出能量特性(温度特性)表明，当环境温度变低时，输出能量 变大，从而阻止了由于环境温度低而使点火性能变差。

〔电源电压VDC减小时〕

如现有技术所表示的，电源电压VDC的减小使变压器T101的 三次绕组L103的输出电压减小。主晶体管Q101的基极电流IB被减 小使主晶体管Q101的集电极电流I101减小。当主晶体管Q101的 集电极电流I101减小时，电阻R102上的压降减小，子晶体管Q102 的基—射电压VBE减少，从而作为分流电流的子晶体管Q102的集 电极电流I103减小(图2D)。主晶体管Q101的基极电流增加(图 2B)，从而把主晶体管Q101的导通时间(图2A所示的时间间隔 TW)从由虚线所示的TW1延长到由实线所示的TW2。因此，主晶 体管Q101的集电极电流I101增加(图2C)，从而补偿由于主晶体 管Q101的三次绕组L103的输出电压的减小而导致的二次绕组 L102的输出电流I102的减小。此外，在实施例1中，变压器T101 的一次绕组L101和电容器C101谐振，从而把能量传递到二次侧。 当主晶体管Q101的ON宽度增加时(电源电压减小时)，因为谐振 可围绕一谐振频率进行而使谐振和输出电压略有增加。当主晶体管 Q101的ON宽度变窄时(电源电压增加)，因为谐振在略微偏离谐振 频率的频率下进行而使谐振和输出电压略有减小。这就是说，这电路 这样工作，使得保持输出电压的峰值为恒定值。

图3B表示电源电压—输出能量特性(电源电压特性)在这种情 况下和现有技术的比较。按这一方式，按照实施例1，输出能量减小 的程度相对于电源电压VDC减小的程度而言是小的，从而防止了在 电源电压VDC减小时点火性能的变劣。

〔实施例2〕

图4表示本发明的另一个实施例。在实施例2中，使用场效应 晶体管(FET)作为主晶体管Q201。设置有用来产生触发脉冲的触 发脉冲发生部分2以及用来控制触发脉冲宽度的脉冲宽控制部分 3。在整流/滤波部分4中，除去二极管D201和电容器C202之外，还 设有电阻R203到R206，电容C205和C206，二极管D205以及齐纳 二极管ZD201和ZD202。

触发脉冲发生部分Z包括：晶体管Q202，电阻R207到R214， 电容C207和C208，二极管D206和D207，反相器INV201到 INV203，以及齐纳二极管ZD203。脉宽控制部分包括：晶体管Q202， 晶体管Q203，电阻R213到R217，电容C209，二极管D208到D210， 反相器INV203到INV206，以及齐纳二极管ZD204到ZD206，注意 晶体管Q202，电阻R213和214，以及反相器INV203对触发脉冲发 生部分2和脉宽控制部分3是公用的。

在脉宽控制部分3中，CR时间常数电路5由电容C209和电阻 R215构成。电压Va1通过齐纳二极管ZD204、ZD205加在CR时间 常数电路5的电阻R215侧的一端，电压Va1按照电源电压VDC变 化。按照变压器T201的三次侧上的电压在“L”和“H”电平之间变化 的电压通过反相器INV204加到CR时间常数电路5电容器C209 侧的另一端。

在图4所示的电路中，交流电压VAC通过二极管D201和电容 C202整流滤波，作为直流电源电压VDC加到与输出级相连的电路 上。加上电源电压VDC之后，在触发脉冲发生部分2的点P1到P6 的波形变化如图5A到5F所示。图5F所示的一个单脉冲被加到 FETQ201的栅极。借助于这一单脉冲，FETQ201被触发使电流 I201流过(图5G)。电流经FETQ201流过变压器T201的一次绕组 L201(原边)，在其二次侧绕组L202(副边)产生高电压。

在另一方面，也在变压器T201的三次绕组L203(三次侧)产 生电压。FET Q201使用来自三次侧的输出作为控制信号通过脉 宽控制部分3连续地导通。电容C201和线圈L201发生LC谐振，从 而在变压器T201的二次侧重复地产生高电压。借助于这一高电压， 在高压端子TE201和TE202之间产生火花，用这火花点燃燃烧物。

图6A到6H分别是在脉宽控制部分3中的点P7到P14的波 形。图6I表示流过FET Q201的电流I201。注意在图6E到6I的 每个图中，由实线所示的滤形表示低的环境温度或低的电源电压 VDC的情况，而虚线所示波形为正常温度或正常电源电压VCD的情 况。

在脉宽控制部分3中，变压器T201的三次侧的输出作为控制 输出在点P7出现(图6A)。借助于该控制输出，晶体管Q203导通， 从而在点P8以“L”/“H”电平按照晶体管Q203的ON/OFF状态 产生电压(图6B)。该电压在点P8被加到反相器INV205上并被反 相(图6C)，并再次被反相器INV204反相(图6D)。所得电压被加到 CR时间常数电路5的电容器C209侧。

在另一方面，按照电源电压VDC变化的电压Aa1通过齐纳二极 管ZD204和ZD205加到CR时间常数电路5的电阻R215侧的一 端。当CR时间常数电路5的另一端变为“L”电平时，充电电流从 CR时间常数电路5的一端流向电容器C209，从而增加电容器C209 两端的电压(图6E)。

当电容器C209两端的电压在经过与CR时间常数电路5的时 间常数有关的一段时间之后，达到一预定值时，即在点P11的电位 达到预定值时(图6E中的时刻t1)，反相器INV206的输出被反相 为“L”电平(图6F中的时刻t1)，反相器INV203的输出也被反相为 “H”电平(图6G中的时刻t1)。晶体管Q202借助于反相器INV203 的“H”电平输出而导通，FET Q201的栅极电压下降为”L”电平(图 6H中的时刻t1)。FETQ201截止，从而中断流过FETQ201的 电流I201(图6I中的时刻t1)。

〔环境温度减小时〕

当环境温度减小时，在CR时间常数电路5中的电容器C209的 电容增加，从而增加CR时间常数电路5的时间常数。此外，齐纳二 极管ZD205的齐纳电压和齐纳二极管ZD204的正向电压增加，从 而减少被加于CR时间常数电路5的一端的电压Va1。因为借电容 器C209充电的电压增加的速率变低，所以把电容器C209两端的电 压增加到一预定值所需的时间被延长，从而使在图6E所示的时刻 t1之后的时刻t2中断流经FETQ201的电流I201。

当环境温度减小时，导通FET Q201的导能脉宽(图6H中的 时间间隔TW)变宽，即从虚线所示的TW1变到实线所示的TW2。 这就是说，因为对FE7 Q201的ON/OFF驱动中，ON时间从 TW1延长到TW2，从而增加了流过FETQ201的漏极电流，因而 由于加于FET Q201的栅极和源极之间的门限电压的增加而导致 的漏极电流的减少，以及类似现象可被抑制，从而补偿输出电流 I202的减少。

在实施例2中，由于环境温度的减少导致的输出电流I202的减 少被过量地补偿。当环境温度降低时，输出电流I202可以等于或大 于在高的环境温度下的输出电流。这就是说，如图7A中表示的环境 温度—输出能量特性(温度特性)所示，当环境温度变低时，输出能 量变大，因而防止了由于环境温度降低而导致的点火性能变劣。

〔电源电压VDC减小时〕

当电源电压VDC减小时，被加于齐纳二极管ZD204的阳极的 电压Va减少，因而减少被加于CR时间常数电路5的一端的电压 Va1。因为供电容器C209充电的电压增加的速率降低，所以用来 使电容器C209两端的电压增加到预定值所需的时间被延长，使得 如图6E所示，在时刻t1之后的时刻t2中断流过FET Q201的电 流I201。

当电源电压VDC减小时，使FET Q201导通的导通脉宽(图 6H中的时间间隔TW)被变宽，即从虚线所示的TW1变到实线所 示的TW2。这就是说，因为在FET Q201的ON/OFF驱动中的 ON时间从TW1延长到TW2，所以流过FET Q201的电流增加， 从而补偿由于变压器T201的三次侧输出电压的减小而导致的输出 电流I202的减小。

图7B表示在这种情况下的电源电压—输出能量特性和现有技 术的比较。用这种方式，按照实施例2，由于电源电压VDC的降低而 导致的输出电压的减少量也通过增加输出电流I202得到补偿。相对 于电源电压VDC的减少输出能量被保持为常数。从而防止了由于电 源电压VDC的减少导致的点火性能的变劣。

如上所述，按照本发明，当环境温度或电源电压降低时，使主晶 体管导通的ON时间被延长，从而增加经主晶体管流过变压器的一 次侧的电流，因此，变压器二次侧的输出能量的减少得到补偿。在环 境温度和电源电压减小时可以得到良好的点火特性。