点火装置及其脉宽调制电路的制作方法

1.本实用新型涉及航空点火装置技术领域，尤其涉及一种点火装置及其脉宽调制电路。


背景技术：

2.点火装置是将低压直流电送入点火线圈的初级线圈，当电流瞬间截止时电能向点火线圈的次级线圈合并升压。通过周期性地对初级线圈电流进行导通和截止，可在次级线圈得到所需要的高压脉冲，击穿空气，形成电火花，实现点火功能。
3.传统的航空点火装置通常采用振子式和晶体管式两种设计方案，其中，振子点火装置寿命低、可靠性低；晶体管式点火装置受环境温度和电源电压影响大，存在火花频率不稳的问题。为解决上述问题，近年来，数字式式点火装置得到广泛应用。
4.脉宽调制电路是数字式点火装置稳频电路的重要组成部分，目前，脉宽调制主要采用集成式逻辑门电路之间相互配合的方式，控制功率开关管周期性导通、截止实现电能的耦合和转换。但是，现有的脉宽调制电路存在以下问题：逻辑门电路的控制逻辑较为复杂，且逻辑门电路的输出信号易受到外部信号干扰，若逻辑门信号输出有误，则会造成功率开关管导通时间延长，容易引起电子器件发热甚至烧坏，影响产品可靠性及安全性。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种点火装置及其脉宽调制电路，以实现基于定时器、比较器及半导体器件的脉宽调制，电路可靠性高。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种用于点火装置的脉宽调制电路，所述点火装置包括第一功率开关和点火线圈，所述点火线圈的初级线圈与供电电源电连接，所述点火线圈的次级线圈与负载电连接，所述脉宽调制电路包括：多谐振荡单元、比较单元和振荡驱动单元；所述多谐振荡单元包括定时器和第一电容，所述第一电容的第一端经过所述振荡驱动单元与供电电源连接，所述第一电容的第一端还与所述定时器的触发引脚电连接，所述第一电容的第二端接地，所述定时器的信号输出引脚与所述第一功率开关的控制端电连接；所述比较单元包括比较器、正极电压发生电路和负极电压发生电路，所述正极电压发生电路用于对所述比较器提供电压可调的正极输入电压，所述负极电压发生电路用于对所述比较器提供电压可调的负极输入电压，所述比较器的输出端与所述振荡驱动单元的控制端电连接，所述比较器用于根据所述正极输入电压和所述负极输入电压输出比较信号；所述振荡驱动单元用于根据所述比较器输出的比较信号控制所述第一电容启动或者停止充电；所述定时器用于根据所述第一电容的电容电压输出脉宽调制信号；所述第一功率开关，用于根据所述脉宽调制信号控制所述点火线圈周期性地导通或者截止。
7.可选地，所述正极电压发生电路包括串联连接的第一可调电阻、第二可调电阻和第二电容，所述第一可调电阻的第一端与供电电源电连接，所述第一可调电阻的第二端与所述第二可调电阻的第一端电连接，所述第二可调电阻的第二端接地，所述第一可调电阻
与所述第二可调电阻之间设有第一分压节点，所述第一分压节点与所述比较器的正极输入端电连接，所述第一可调电阻和所述第二可调电阻用于调节所述正极输入电压的电压值；所述第二电容的第一端与所述第一分压节点电连接，所述第二电容的第二端接地。
8.可选地，所述负极电压发生电路包括第三可调电阻，所述第三可调电阻的第一端经所述第一功率开关与所述点火线圈的初级线圈电连接，所述第三可调电阻的第二端接地，所述第三可调电阻的第一端还与所述比较器的负极输入端电连接，所述第三可调电阻用于调节所述负极输入电压的电压值。
9.可选地，所述第三可调电阻为毫欧级可变电阻。
10.可选地，所述振荡驱动单元包括：第二功率开关、二极管、第一电阻和第二电阻；所述第二功率开关的第一端与供电电源电连接，所述第二功率开关的第二端与所述二极管的正极端电连接，所述第二功率开关的控制端与所述比较器的输出端电连接，所述第二功率开关用于根据所述比较器输出的比较信号控制所述第一电容启动或者停止充电；所述二极管的负极端经过所述第一电阻与所述第一电容的第一端电连接；所述第二电阻的第一端与所述第二功率开关的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二功率开关的控制端电连接。
11.可选地，所述第二功率开关包括下述任一项：pnp型三极管或者n型mos管。
12.可选地，所述二极管为肖特基二极管。
13.可选地，所述多谐振荡单元还包括：第三电阻、第四电阻和第三电容；所述第三电阻的第一端与供电电源电连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电连接，所述第三电阻与所述第四电阻之间设有第二分压节点，所述第二分压节点与所述定时器的放电引脚电连接；所述第四电阻的第二端与所述定时器的阈值引脚和触发引脚分别电连接；所述第三电容的第一端与所述定时器的控制引脚电连接，所述第三电容的第二端接地，所述第三电容用于滤除干扰信号。
14.可选地，所述脉宽调制电路还包括：第五电阻，所述第五电阻设置于述定时器的信号输出引脚与所述第一功率开关的控制端之间。
15.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种点火装置，包括：第一功率开关，点火线圈，及上述脉宽调制电路。
16.本实用新型的技术方案，设置定时器多谐振荡单元、比较单元和振荡驱动单元，定时器多谐振荡单元包括定时器和第一电容，比较单元根据电压值可调的正极输入电压和电压可调的负极输入电压输出比较信号，比较信号驱动振荡驱动单元导通或者截止，在振荡驱动单元导通时，供电电源经振荡驱动单元对第一电容充电，在振荡驱动单元截止时，供电电源停止对第一电容充电，定时器根据第一电容的电容电压输出脉宽调制信号，实现基于定时器、比较器及半导体器件的脉宽调制，解决了现有的基于逻辑门实现脉宽调制造成控制逻辑复杂、电路可靠性低的问题，有利于降低电路成本，提高作业环境适应能力，通过调整比较器输入电压的数值大小调整点火脉冲宽度，防止点火线圈的功率开关长时间导通导致发热甚至烧毁，产品安全性和可靠性高。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例一提供的一种用于点火装置的脉宽调制电路的结构示意
图；
18.图2是本实用新型实施例一提供的一种脉宽调制电路的电路原理图；
19.图3是本实用新型实施例二提供的一种点火装置的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
21.实施例一
22.图1是本实用新型实施例一提供的一种用于点火装置的脉宽调制电路的结构示意图，本实施例可适用于基于定时器和比较器实现脉宽调制的应用场景，该脉宽调制电路可用于驱动点火装置的点火线圈电流导通或者截止。
23.如图1所示，点火装置包括第一功率开关q1和点火线圈t1，点火线圈t1的初级线圈与供电电源vcc电连接，点火线圈t1的次级线圈与负载电连接，该脉宽调制电路00输出的脉宽调制信号用于控制第一功率开关q1导通或者截止，从而控制点火线圈t1周期性地导通或者截止，可在次级线圈得到所需要的高压脉冲，击穿空气，形成电火花，实现点火功能。
24.本实施例中，第一功率开关可为n沟道型mos管，当栅-源极之间的电压大于开启电压(一般约为2v)时，n沟道型mos管开通。
25.如图1所示，该脉宽调制电路00包括：多谐振荡单元10、比较单元20和振荡驱动单元30，其中，比较单元20用于根据输入电压输出比较信号，该比较信号可用于驱动振荡驱动单元30导通或者截止，通过振荡驱动单元30的导通、截止实现决定脉冲宽度；多谐振荡单元10用于产生并输出与脉冲宽度匹配的脉冲信号，该脉冲信号用于驱动第一功率开关q1导通或者截止，从而控制点火线圈t1周期性地导通或者截止。
26.结合参考图1所示，多谐振荡单元10包括定时器u1和第一电容c1，第一电容c1的第一端经过振荡驱动单元30与供电电源vcc连接，第一电容c1的第一端还与定时器u1的触发引脚trig电连接，第一电容c1的第二端接地，定时器u1的信号输出引脚q与第一功率开关q1的控制端电连接；比较单元20包括比较器u2、正极电压发生电路201和负极电压发生电路202，正极电压发生电路201用于对比较器u2提供电压可调的正极输入电压u ，负极电压发生电路202用于对比较器u2提供电压可调的负极输入电压u-，其中，正极输入电压u 为传输至比较器u2的正极输入端的电压，负极输入电压u-为对初级线圈回路进行电压采样后传输至比较器u2的负极输入端的电压，比较器u2的输出端与振荡驱动单元30的控制端电连接，比较器u2用于根据正极输入电压和负极输入电压改变电平翻转速率，并输出比较信号；振荡驱动单元30用于根据比较器u2输出的比较信号控制第一电容c1启动或者停止充电；定时器u1用于根据第一电容c1的电容电压输出脉宽调制信号；第一功率开关q1用于根据脉宽调制信号控制点火线圈t1周期性地导通或者截止。
27.参考图1所示，定时器u1的各引脚功能如下：
28.第一引脚gnd为接地引脚，用于接地，作为低电平(例如为0v)；
29.第二引脚trig为触发引脚，在触发引脚电压降至(或由控制端决定的阈值电
压)时，输出端输出高电平；
30.第三引脚q为输出引脚，用于输出高电平(例如为 vcc)或低电平(例如为0v)；
31.第四引脚r为复位引脚，当此引脚接高电平时，定时器工作，当此引脚接地时，芯片复位，输出低电平；
32.第五引脚ctrl为控制引脚，用于控制芯片的阈值电压，当此引脚接空时，默认两阈值电压为与
33.第六引脚thr为阈值引脚，当此引脚电压升至时，输出端输出低电平；
34.第七引脚dis为放电引脚，内接oc门，用于给电容放电；
35.第八引脚vcc为供电引脚，用于提供高电平并给定时器芯片供电。
36.在本实施例中，第一电容c1为储能电容，可采用精度高、温漂系数小的储能电容作为第一电容c1，在脉宽调制过程中，当第一电容c1的电容电压降至时，定时器u1的信号输出引脚q输出高电平信号。
37.具体而言，当第一功率开关q1开通时，负极电压发生电路202提供的负极输入电压u-逐渐升高，当负极输入电压u-达到正极输入电压u 时，比较单元20输出的比较信号为低电平信号，当比较信号为低电平信号时，振荡驱动单元30导通，供电电源vcc经振荡驱动单元30对第一电容c1启动充电，缩短第一电容c1的充电时间，当第一电容c1的电容电压大于时，定时器u1的信号输出引脚q输出低电平信号，第一功率开关q1截止；当第一功率开关q1截止时，负极电压发生电路202提供的负极输入电压u-为零，比较单元20输出的比较信号为高电平信号，振荡驱动单元30截止，当第一电容c1的电容电压低于时，定时器u1的信号输出引脚q输出高电平信号，第一功率开关q1导通，由此，通过调整正极输入电压u 的电位值和负极输入电压u-的电位变化速率，可产生并输出与所需脉冲宽度匹配的脉冲信号，该脉冲信号用于驱动第一功率开关q1导通或者截止，从而控制点火线圈t1周期性地导通或者截止。通过基于定时器、比较器及半导体器件的脉宽调制，解决了现有的基于逻辑门实现脉宽调制造成控制逻辑复杂、电路可靠性低的问题，有利于降低电路成本，提高作业环境适应能力，通过调整比较器输入电压的数值大小调整点火脉冲宽度，防止点火线圈的功率开关长时间导通导致发热甚至烧毁，产品安全性和可靠性高。
38.继续参考图1所示，一实施例中，脉宽调制电路00还包括：第五电阻r5，第五电阻r5设置于述定时器u1的信号输出引脚q与第一功率开关q1的控制端之间，第五电阻r5作为第一功率开关q1的栅极电阻，一方面可以对开关管从截止状态到导通状态变化时源漏极之间的电阻变化起到缓冲作用，另一方面，可以避免开关管的开关速率过快导致周围的器件被击穿，避免开关管发热异常，提高电路可靠性和安全性。
39.可选地，图2是本实用新型实施例一提供的一种脉宽调制电路的电路原理图。
40.如图2所示，正极电压发生电路201包括串联连接的第一可调电阻r10、第二可调电阻r20和第二电容c2，第一可调电阻r10的第一端与供电电源vcc电连接，第一可调电阻r10的第二端与第二可调电阻r20的第一端电连接，第二可调电阻r20的第二端接地，第一可调
电阻r10与第二可调电阻r20之间设有第一分压节点a，第一分压节点a与比较器u2的正极输入端 电连接，第一可调电阻r10和第二可调电阻r20用于调节正极输入电压u 的电压值；第二电容c2的第一端与第一分压节点a电连接，第二电容c2的第二端接地。
41.继续参考图2所示，负极电压发生电路202包括第三可调电阻r30，第三可调电阻r30的第一端经第一功率开关q1与点火线圈t1的初级线圈电连接，第三可调电阻r30的第二端接地，第三可调电阻r30的第一端还与比较器u2的负极输入端-电连接，第三可调电阻r30用于调节负极输入电压u-的电压值。
42.一实施例中，第三可调电阻r30为毫欧级可变电阻。其中，在第一功率开关q1开通时，第三可调电阻r30与点火线圈t1的初级线圈串联连接，负极输入电压u-为第三可调电阻r30采样得到的电压，其电位值逐渐上升，点火线圈t1的初级线圈的电阻值为毫欧级，设置第三可调电阻r30的电阻值与点火线圈的初级线圈的电阻值相当，有利于改善分压效果，提升电路动作可靠性。
43.在本实施例中，可通过正极电压发生电路201调节比较器u2的正极输入端的电位值，和/或，通过调节负极电压发生电路202中采样电阻的电阻值，改变定时器u1的触发引脚trig电位值的升高速率，达到调整点火线圈开关管(即第一功率开关q1)导通脉宽的效果。
44.如图2所示，振荡驱动单元30包括：第二功率开关q2、二极管d1、第一电阻r1和第二电阻r2；第二功率开关q2的第一端与供电电源vcc电连接，第二功率开关q2的第二端与二极管d1的正极端电连接，第二功率开关q2的控制端与比较器u2的输出端电连接，第二功率开关q2用于根据比较u2输出的比较信号控制第一电容c1启动或者停止充电；二极管d1的负极端经过第一电阻r1与第一电容c1的第一端电连接；第二电阻r2的第一端与第二功率开关q2的第一端电连接，第二电阻r2的第二端与第二功率开关q2的控制端电连接。
45.一实施例中，第二功率开关q2可为pnp型三极管或者n型mos管，当第二功率开关q2接收到低电平信号时，第二功率开关q2导通。
46.一实施例中，二极管d1可为肖特基二极管。其中，肖特基二极管的恢复速度快，在高频场合下用于整流输出。
47.如图2所示，多谐振荡单元10还包括：第三电阻r3、第四电阻r4和第三电容c3；第三电阻r3的第一端与供电电源vcc电连接，第三电阻r3的第二端与第四电阻r4的第一端电连接，第三电阻r3与第四电阻r4之间设有第二分压节点b，第二分压节点b与定时器u1的放电引脚dis电连接；第四电阻r4的第二端与定时器u1的阈值引脚thr和触发引脚trig分别电连接；第三电容c3的第一端与定时器u1的控制引脚ctrl电连接，第三电容c3的第二端接地，第三电容c3用于滤除干扰信号。
48.一实施例中，第三电容c3可为0.01uf电容，此时，定时器的控制引脚等效接空，此时，定时器u1的阈值电压为与
49.具体而言，结合图2所示，比较器u2的正极输入电压u ，由第一可调电阻r10和第二可调电阻r20配合决定，其中，r
′
10
为第一可调电阻r10的电阻值，r
′
20
为第二可调电阻r20的电阻值，v
cc
为供电电源提供的供电电压值。比较器u2的负极输入电压u-，
由第三可调电阻r30和点火线圈t1的初级线圈的电阻值配合决定，其中，r
′
30
为第三可调电阻r30的电阻值，r
′
t
为点火线圈t1的初级线圈的电阻值，v
cc
为供电电源提供的供电电压值。当第一功率开关q1开通时，第三可调电阻r30与点火线圈t1的初级线圈串联连接，负极输入电压u-的电位值不断升高，当负极输入电压u-达到正极输入电压u 时，比较器u2输出的比较信号为低电平信号，第二功率开关q2导通，供电电源vcc对第一电容c1充电。
50.一实施例中，可通过降低比较器u2的正极输入端的电位值，缩短比较信号电平翻转所需时间，进而缩短第一电容c1的充电时间，加快定时器u1的触发引脚trig的电压升高速率，从而达到调整mos管导通脉宽的效果。
51.另一实施例中，还可通过调节第三可调电阻r30的电阻值，当第一功率开关q1开通时，提高比较器u2的负极输入端电位值的升高速率，进而缩短第一电容c1的充电时间，加快定时器u1的触发引脚trig的电压升高速率，从而达到调整mos管导通脉宽的效果。
52.由此，本实用新型通过改变正极电压发生电路201中的可调电阻的电阻值或改变比较器u2的正极输入端的电位值，调节第二功率开关q2的导通时间，改变第一电容c1的充电时间，从而使定时器u1的输出波形占空比改变，达到调节脉冲信号宽度的目的。
53.实施例二
54.基于上述实施例，本实用新型实施例二还提供了一种点火装置。
55.图3是本实用新型实施例二提供的一种点火装置的结构示意图。
56.如图3所示，该点火装置100包括：第一功率开关q1，点火线圈t1，及上述脉宽调制电路00。点火线圈t1的初级线圈与供电电源vcc电连接，点火线圈t1的次级线圈与负载电连接，该脉宽调制电路00输出的脉宽调制信号用于控制第一功率开关q1导通或者截止，从而控制点火线圈t1周期性地导通或者截止，可在次级线圈得到所需要的高压脉冲，击穿空气，形成电火花，实现点火功能
57.本实施例中，第一功率开关q1可为n沟道型mos管。
58.一实施例中，第一功率开关q1的控制端与脉宽调制电路00之间可设置栅极电阻。
59.本实用新型的技术方案，设置定时器多谐振荡单元、比较单元和振荡驱动单元，定时器多谐振荡单元包括定时器和第一电容，比较单元根据电压值可调的正极输入电压和电压可调的负极输入电压输出比较信号，比较信号驱动振荡驱动单元导通或者截止，在振荡驱动单元导通时，供电电源经振荡驱动单元对第一电容充电，在振荡驱动单元截止时，供电电源停止对第一电容充电，定时器根据第一电容的电容电压输出脉宽调制信号，实现基于定时器、比较器及半导体器件的脉宽调制，解决了现有的基于逻辑门实现脉宽调制造成控制逻辑复杂、电路可靠性低的问题，有利于降低电路成本，提高作业环境适应能力，通过调整比较器输入电压的数值大小调整点火脉冲宽度，防止点火线圈的功率开关长时间导通导致发热甚至烧毁，产品安全性和可靠性高。
60.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实
用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。