一种晶体管点火装置恒流驱动电路
阅读：175发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种晶体管点火装置恒流驱动电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 提供了一种晶体管点火装置恒流驱动 电路 ，所述电路包括通过 变压器 连接的低压输入回路及高压输出回路，所述低压输入回路还包括稳压电路，所述稳压电路包括： 三极管 VT2，设置在所述变压器的反馈电路的限流 电阻 R3与三极管VT1的基极之间，其中限流电阻R3与所述三极管VT2的发射极连接，三极管VT1的基级与三极管VT2的集 电极 连接；稳压管VZ1，一端连接所述设置在三极管VT2的基极，另一端连接在限流电阻R3与反馈绕组N2之间；电阻R4，设置在三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极之间。本 发明 利用三极管、稳压管、电阻组成的恒流驱动电路单元，使晶体管点火电路中的功率 开关 三极管的集电极 电流 恒定，从而实现了点火电路电流恒定的目的。，下面是一种晶体管点火装置恒流驱动电路专利的具体信息内容。
1.一种晶体管点火装置恒流驱动电路，包括通过变压器连接的低压输入回路及高压输出回路，所述低压输入回路包括用于放大电流的功率开关三极管VT1，及设置在三极管VT1基级处的限流电阻R3，限流电阻R3的另一端连接反馈绕组N2，其特征在于，所述低压输入回路还包括稳压电路，所述稳压电路包括：
三极管VT2，设置在所述变压器的反馈电路的限流电阻R3与三极管VT1的基极之间，其中限流电阻R3与所述三极管VT2的发射极连接，三极管VT1的基级与三极管VT2的集电极连接；
稳压管VZ1，一端连接所述设置在三极管VT2的基极，另一端连接在限流电阻R3与反馈绕组N2之间；
电阻R4，设置在三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极之间。
2.如权利要求要求1所述的晶体管点火装置恒流驱动电路，其特征在于，所述变压器的初级绕组N1处并联有一个双向瞬态抑制管TVS。
3.如权利要求要求1所述的晶体管点火装置恒流驱动电路，其特征在于，所述三极管VT1与电源电压之间设置有分压电阻，电源电压E经分压电阻R1、R2分压后为三极管VT1的基极提供正向偏置。
4.如权利要求要求1所述的晶体管点火装置恒流驱动电路，其特征在于，所述三极管VT1的集电极经过变压器的初级绕组N1后连接所述低压输入回路的电源正极，所述三极管VT1的发射极连接所述低压输入回路的电源负极，所述三极管VT1与变压器串联后并联一电容C1。
5.如权利要求要求1所述的晶体管点火装置恒流驱动电路，其特征在于，所述电源的正极向变压器的初级绕组N1处串联有正向偏置的二极管VD1。
一种晶体管点火装置恒流驱动电路
技术领域
背景技术
[0002] 航空发动机点火装置与点火电缆、点火电嘴组成点火系统，将航空发动机控制器提供给点火装置的低压直流/交流电变换成高压脉冲电，经点火电缆传输，在点火电嘴放电端击穿放电形成电火花，在航空发动机地面和空中起动过程中，点燃发动机燃烧室内燃油
空气混合气。
空气混合气。
[0003] 航空发动机点火装置按照输入电源不同可分为直流点火装置和交流点火装置两类。目前常用的直流点火装置的电路按照开关转换器件的不同主要分为晶体管点火电路和
振子变压器点火电路两种。晶体管点火电路相对具有体积小、重量轻的优点，但其工作电流在不同的供电电压下，变化较大。如供电电压18VDC时，工作电流1.2A，火花频率4Hz；供电电压24VDC，工作电流1.6A，火花频率7Hz；供电电压30VDC时，工作电流2.1A，火花频率9Hz。工作电流、火花频率与供电电压成正比关系，供电电压越高，工作电流越大，火花频率越高；供电电压越低，工作电流越小，火花频率越低。
振子变压器点火电路两种。晶体管点火电路相对具有体积小、重量轻的优点，但其工作电流在不同的供电电压下，变化较大。如供电电压18VDC时，工作电流1.2A，火花频率4Hz；供电电压24VDC，工作电流1.6A，火花频率7Hz；供电电压30VDC时，工作电流2.1A，火花频率9Hz。工作电流、火花频率与供电电压成正比关系，供电电压越高，工作电流越大，火花频率越高；供电电压越低，工作电流越小，火花频率越低。
[0004] 图1为现有晶体管点火电路原理图。
[0005] 如图所示，该类点火电路的工作原理为：电源电压E经R1、R2分压后为功率开关三极管VT1的基极提供正向偏置，VT1导通，基极电流ib经过VT1的放大产生集电极电流ic，ic流过初级绕组N1，在变压器的磁路中产生变化的磁通，通过电磁感应在反馈绕组N2中产生感
应电势u2，强烈的正反馈作用使u2、ib迅速增大，u2最大值达到U2p,ib最大值达到Ib＝(U2p-2×0.7)/R3。此时，变压器T1初级绕组中的电流最大值ip经过导通时间TON后达到hFE×Ib。即在TON时间内，ic等于ip，变压器次级绕组N3产生感应电势，但由于高压硅堆反偏截止，次级回路中无电流流过，电源提供的能量 以磁场能形式储存在变压器中。
应电势u2，强烈的正反馈作用使u2、ib迅速增大，u2最大值达到U2p,ib最大值达到Ib＝(U2p-2×0.7)/R3。此时，变压器T1初级绕组中的电流最大值ip经过导通时间TON后达到hFE×Ib。即在TON时间内，ic等于ip，变压器次级绕组N3产生感应电势，但由于高压硅堆反偏截止，次级回路中无电流流过，电源提供的能量 以磁场能形式储存在变压器中。
[0006] 由于ic达到IC＝hFE×Ib最大饱和状态后不能再继续增加，导致i c的电流变化率急剧下降，使各绕组的感应电压迅速减小。反馈绕组N2感应电压u2减小又引起ib、ic减小，ic减小使得ic的电流变化率呈现为 各绕组的感应电压反向，功率开关三极管VT1截止
关断。此时，变压器次级绕组感应电压反向，硅堆正向导通，向电容C2充电，电容器两端电压升高，变压器中储存的能量储存至电容C2中。当能量转换完成时，次级绕组中电流变化率迅速较小，反馈绕组N2感应电压-u2的绝对值迅速减小，当反向电流-ib达到不足以维持VT1反向偏置时，重复开始电源电压E经R1、R2分压后与u2共同为VT1的基极提供正向偏置电压的
过程。以此往复，完成多次向电容C2充电及能量转换过程。当电容C2两端的电压储存的能量达到放电管V1的放电电压时，放电管导通，能量(高压电脉冲)在点火电路输出端X1释放。
关断。此时，变压器次级绕组感应电压反向，硅堆正向导通，向电容C2充电，电容器两端电压升高，变压器中储存的能量储存至电容C2中。当能量转换完成时，次级绕组中电流变化率迅速较小，反馈绕组N2感应电压-u2的绝对值迅速减小，当反向电流-ib达到不足以维持VT1反向偏置时，重复开始电源电压E经R1、R2分压后与u2共同为VT1的基极提供正向偏置电压的
过程。以此往复，完成多次向电容C2充电及能量转换过程。当电容C2两端的电压储存的能量达到放电管V1的放电电压时，放电管导通，能量(高压电脉冲)在点火电路输出端X1释放。
[0007] 该电路中，变压器匝比n、功率开关三极管VT1的放大倍数hFE为设计定值。电路工作过程中，点火电路的工作电流Ii与变压器初级绕组IP之间呈正比线性关系 而IP＝hFEIb，hFE为三极管VT1的放大倍数，故IP与Ib之间也呈正向线性关系。又Ib＝(U2p-2×
0.7)/R3，U2p的大小取决于输入电压的高低，从而可知，点火电路的工作电流Ii与输入电压的高低相关。
0.7)/R3，U2p的大小取决于输入电压的高低，从而可知，点火电路的工作电流Ii与输入电压的高低相关。
[0008] 以某晶体管点火装置产品为例，当输入电压为18VDC时，工作电流Ii为1.42A；输入电压为18VDC时，Ii为2.1A；输入电压为30VDC时，Ii为2.73A。在供电电压的全电压范围内，工作电流变化范围很大。
[0009] 目前，随着航空发动机研制技术的不断发展，对点火装置提出了越来越高的要求。某发动机要求点火装置在供电电压较宽的范围内，工作电流在较小的范围内恒定，现有晶
体管点火电路已无法满足上述要求。
体管点火电路已无法满足上述要求。
发明内容
[0010] 为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种晶体管点火装置恒流驱动电路，在现有电路基础上，增加恒流驱动电路单元，改变了原点火电路在供电电压全范围下工作电流变化大的状态，实现了晶体管点火电路工作电流恒定。提供了一种新的晶体管点火
电路恒流驱动电路的设计方法。
电路恒流驱动电路的设计方法。
[0011] 本申请晶体管点火装置恒流驱动电路包括通过变压器连接的低压输入回路及高压输出回路，所述低压输入回路包括用于放大电流的功率开关三极管VT1，及设置在三极管VT1基级处的限流电阻R3，限流电阻R3的另一端连接反馈绕组N2，其中，所述低压输入回路还包括稳压电路，所述稳压电路包括：
[0012] 三极管VT2，设置在所述变压器的反馈电路的限流电阻R3与三极管VT1的基极之间，其中限流电阻R3与所述三极管VT2的发射极连接，三极管VT1的基级与三极管VT2的集电极连接；
[0013] 稳压管VZ1，一端连接所述设置在三极管VT2的基极，另一端连接在限流电阻R3与反馈绕组N2之间；
[0014] 电阻R4，设置在三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极之间。
[0015] 优选的是，所述变压器的初级绕组N1处并联有一个双向瞬态抑制管TVS。
[0016] 优选的是，所述三极管VT1与电源电压之间设置有分压电阻，电源电压E经分压电阻R1、R2分压后为三极管VT1的基极提供正向偏置。
[0017] 优选的是，所述三极管VT1的集电极经过变压器的初级绕组N1后连接所述低压输入回路的电源正极，所述三极管VT1的发射极连接所述低压输入回路的电源负极，所述三极管VT1与变压器串联后并联一电容C1。
[0020] 图1是传统的晶体管点火装置电路原理示意图。
[0021] 图2是本申请一实施例的晶体管点火装置恒流驱动电路示意图。
具体实施方式
[0022] 为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是
本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示
例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本
申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示
例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本
申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
[0023] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护
范围的限制。
范围的限制。
[0024] 本申请提供的晶体管点火装置恒流驱动电路如图2所示，包括通过变压器连接的低压输入回路及高压输出回路，所述低压输入回路包括用于放大电流的功率开关三极管
VT1，及设置在三极管VT1基级处的限流电阻R3，限流电阻R3的另一端连接反馈绕组N2，其
中，所述低压输入回路还包括稳压电路，所述稳压电路包括：
VT1，及设置在三极管VT1基级处的限流电阻R3，限流电阻R3的另一端连接反馈绕组N2，其
中，所述低压输入回路还包括稳压电路，所述稳压电路包括：
[0025] 三极管VT2，设置在所述变压器的反馈电路的限流电阻R3与三极管VT1的基极之间，其中限流电阻R3与所述三极管VT2的发射极连接，三极管VT1的基级与三极管VT2的集电极连接；
[0026] 稳压管VZ1，一端连接所述设置在三极管VT2的基极，另一端连接在限流电阻R3与反馈绕组N2之间；
[0027] 电阻R4，设置在三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极之间。
[0028] 本申请中，所述三极管VT2用来产生恒定的驱动电流，使原电路功率开关三极管VT1的基极电流ib处于稳定状态，继而保证点火电路工作电流恒定。
[0029] 所述稳压管VZ1用来使恒流驱动电路中的三极管导通，并产生稳定的集电极电流，继而使原电路功率开关三极管基极电流ib保持稳定。
[0030] 所述电阻R4用来限制流经VZ1的电流，达到保护VZ1的作用。
[0031] 在一些可选实施方式中，所述变压器的初级绕组N1处并联有一个双向瞬态抑制管TVS，用于抑制因变压器的次级绕组N3导通瞬间在初级绕组N1处感应的电压尖峰。
[0032] 在一些可选实施方式中，所述三极管VT1与电源电压之间设置有分压电阻，电源电压E经分压电阻R1、R2分压后为三极管VT1的基极提供正向偏置。
[0033] 在一些可选实施方式中，所述三极管VT1的集电极经过变压器的初级绕组N1后连接所述低压输入回路的电源正极，所述三极管VT1的发射极连接所述低压输入回路的电源
负极，所述三极管VT1与变压器串联后并联一电容C1。
负极，所述三极管VT1与变压器串联后并联一电容C1。
[0034] 在一些可选实施方式中，所述电源的正极向变压器的初级绕组N1处串联有正向偏置的二极管VD1。
[0035] 本申请利用三极管、稳压管、电阻组成的恒流驱动电路单元，使晶体管点火电路中的功率开关三极管的集电极电流恒定，从而实现了点火电路电流恒定的目的。
[0036] 参考图2，VT2、VZ1、R2、R4组成恒流驱动电路单元，驱动电路以变压器反馈绕组N2为驱动源，正向路径为N2→R3→VT2→VT1→VD2→N2；反向路径为N2→R2→VD3→VT2→VZ1→N2。
[0037] 该电路工作原理为：电源电压E经R1、R2分压后为三极管VT2的基极提供正向偏置，VT2导通，基极电流ibvt2经过三极管VT2的放大产生集电极电流icvt2，同时，VT1导通，三极管VT2的集电极电流即作为功率开关三极管VT1的基极电流，并通过功率开关三极管VT1的放大作用，产生较大的集电极电流icvt1。icvt1流过初级绕组N1，在变压器的磁路中产生变化的磁通，通过电磁感应在反馈绕组N2中产生感应电势u2，u2经过R3限流继续使三极管VT1导通，变压器T1初级绕组中的电流最大值ip经过导通时间TON后达到hFE×Ibvt1。即在TON时间内，icvt1等于ip，变压器次级绕组N3产生感应电势，但由于高压硅堆VD4反偏截止，变压器次级回路中无电流流过，电源提供的能量 以磁场能形式储存在变压器中。
[0038] 由于icvt1达到IC＝hFE×Ib最大饱和状态后不能再继续增加，导致icvt1的电流变化率 急剧下降，使各绕组的感应电压迅速减小。反馈绕组N2感应电压u2减小又引起ibvt2、icvt2减小，继而引起ibvt1、icvt1减小，icvt1减小使得icvt1的电流变化率呈现为 各绕组的感应电压反向，功率开关三极管VT1、三极管VT2均截止关断。此时，变压器次级绕组感应电压反向，硅堆正向导通，向电容C2充电，电容器两端电压升高，变压器中储存的能量储存至电容C2中。当能量转换完成时，次级绕组中电流变化率迅速较小，反馈绕组N2感应电压-u2的绝对值迅速减小，当反向电流-ib达到不足以维持VT1、VT2反向偏置时，重复开始电源电压E经R1、R2分压后与u2共同为VT2、VT1的基极提供正向偏置电压的过程，以此往复，完成多次向电容C2充电及能量转换过程。当电容C2两端的电压储存的能量达到放电管V1的放电电
压时，放电管导通，能量在点火电路输出端释放。
压时，放电管导通，能量在点火电路输出端释放。
[0039] 与原电路不同，在功率开关管VT1导通状态时，恒流驱动电路中的三极管VT2的集电极电流icvt2作为功率开关三极管VT1的基极电流，当变压器初级绕组N1在变压器的磁路中产生变化的磁通，通过电磁感应，在反馈绕组N2中产生感应电势u2，尽管感应电势u2逐渐升高，但由于稳压管VZ1的稳压作用，三极管VT2的基极与发射极之间的电压稳定在一定值，基极电流ibvt2稳定，集电极电流icvt2＝hfevt2ibvt2，也是一个稳定值。同理，功率开关三极管VT1的集电极电流icvt1＝hfevt(hfevt2ibvt2)，也为一个稳定值。无论输入电源电压的高低，稳压管VZ1的存在总是将基极与发射极之间的电压稳定在一定值,从而保证初级绕组线圈的电
流峰值IP总是为恒定值，由于工作电流Ii与IP之间的正比线性关系 故而，点火电
路的工作电流Ii也在一个恒定值，实现恒流。
流峰值IP总是为恒定值，由于工作电流Ii与IP之间的正比线性关系 故而，点火电
路的工作电流Ii也在一个恒定值，实现恒流。
[0040] 本发明利用三极管、稳压管、电阻组成的恒流驱动电路单元，使晶体管点火电路中的功率开关三极管的集电极电流恒定，从而实现了点火电路电流恒定的目的。
[0041] 以该发明实施的某点火装置，经电路性能测试，实现了电流恒定，性能测试结果详见表1。
[0042] 表1性能测试结果
[0043]序号 输入电压 工作电流
1 18VDC 2.83A
2 28VDC 2.86A
3 30VDC 2.86A
1 18VDC 2.83A
2 28VDC 2.86A
3 30VDC 2.86A
[0044] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。
准。
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