CN104682203B - 他激式电弧打火机点火电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种他激式电弧打火机点火电路，包括直流电源、方波发生电路、第一驱动及升压电路和第一放电针，所述第一驱动及升压电路包括功率开关管和高压变压器，所述高压变压器的绕组由低压绕组和高压绕组构成，所述功率开关管与所述高压变压器中的低压绕组串联后连接在直流电源两端，所述第一放电针与高压绕组输出端连接，所述方波发生电路的输出端与功率开关管的控制端之间连接有第一驱动支路，所述方波发生电路的输出经第一驱动支路控制功率开关管的截止和导通从而控制低压绕组上的电流。由于采用了他激方式驱动，工作频率稳定，噪声低，启动瞬间功率大，易于引弧，工作可靠，并且由于高压变压器的绕组只有低压绕组和高压绕组，降低了高压变压器的生产成本和次品率，有利于批量生产。

Description

他激式电弧打火机点火电路

技术领域

本发明涉及电弧打火机点火电路，具体是他激式电弧打火机点火电路。

背景技术

电弧打火机由于具有无需时常加注液态燃料，使用、贮存及运输更加安全，经久耐用且更加环保的特点，正越来越广泛地被人们接受，市场前景越来越广。电弧打火机包括外壳和设置其中的电子点火电路，现有的电子点火电路通常包括作为直流电源的可充电池、方波发生电路、升压电路、放大电路和引弧电路，其中，方波发生电路基本采用自激振荡电路，这类电路虽然不复杂，但存在着若干明显弊端：1、功率三极管关断过程不够干脆，开关损耗大，效率低；2、输出功率随电池的电压变化而变化，电压高时，输出功率过大，造成能量浪费，导致电压下降过快，在电压过低时，输出功率过小，难以引弧点火，因此缩短了电池每次充电后的使用时间；3、开关频率受电源电压影响，不稳定，易产生噪声；4、启动功率等于工作功率，引弧要求高；5、高压变压器必须有正反馈绕组，该绕组通常采用比其他绕组更细的铜丝绕制，在灌胶、焊接、装配及运输过程中容易出现断线现象，影响成品率，同时增加了变压器的制作难度；6、驱动电阻工作电压高，功耗大，影响了效率。

发明内容

本发明的目的在于为克服上述现有技术的不足，提供一种电路结构简单、成本低廉的电弧打火机点火电路。

本发明的进一步目的在于提供一种电池每次充电后使用时间更长的电弧打火机点火电路。

本发明的再进一步目的在于提供一种高效的双火电弧打火机点火电路。

为了达到发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：包括直流电源、方波发生电路、第一驱动及升压电路和第一放电针，所述第一驱动及升压电路包括功率开关管和高压变压器，所述高压变压器的绕组由低压绕组和高压绕组构成，所述功率开关管与所述高压变压器中的低压绕组串联后连接在直流电源两端，所述第一放电针与高压绕组输出端连接，所述方波发生电路的输出端与功率开关管的控制端之间连接有第一驱动支路，所述方波发生电路的输出经第一驱动支路控制功率开关管的截止和导通从而控制低压绕组上的电流。

本发明的点火电路由于采用了他激方式驱动，工作频率稳定，噪声低；启动瞬间功率大，易于引弧，工作可靠，并且由于高压变压器的绕组只有低压绕组和高压绕组，降低了高压变压器的生产成本和次品率，有利于批量生产。

为了达到发明的进一步目的，本发明采用如下技术方案：所述点火电路中还设有第一恒功率控制电路，所述第一恒功率控制电路串接在所述第一驱动支路中，所述第一恒功率控制电路包括对直流电源作进一步稳压的直流稳压电路和RC充电电路，所述RC充电电路包括连接在直流电源正极和负极之间由充电电阻和充电电容串联组成的主充电支路，所述第一恒功率控制电路中还设有第二反相器、放电二极管及第三反相器，所述第二反相器的输出端与放电二极管负极连接，所述第三反相器的输入端与放电二极管正极连接，所述第三反相器的输入端和放电二极管正极与充电电阻和充电电容的连接点相连接，所述直流稳压电路输出电压作为所述方波发生电路、第二反相器及第三反相器的工作电源，所述方波发生电路的输出信号从所述第二反相器的输入端，经过第一恒功率控制电路后从所述第三反相器的输出端输出，再经过所述第一驱动支路控制功率开关管的截止和导通从而控制低压绕组上的电流。

由于在第一驱动支路中设置了第一恒功率控制电路，当电池的电量充足时，即直流电源的电压较高，此时所述RC充电电路的充电时间缩短，经过第三反相器整形后控制功率开关管的导通时间相应缩短，避免点火功率过大，造成浪费；当使用过一段时间后，电池的电量下降，即直流电源的电压降低，此时所述RC充电电路的充电时间增加，经过第三反相器整形后控制功率开关管的导通时间相应变长，提高输出功率，保证可靠点火，这样不管电池的电量是否充足，点火的功率基本一致，电池每次充电后能使用更长时间。

为了达到发明的再进一步目的，本发明采用如下技术方案：所述方波发生电路为占空比50%的方波发生器，所述点火电路中还设有第二驱动支路、第二恒功率控制电路、第二驱动及升压电路和第二放电针构成双火点火电路，所述第二恒功率控制电路和第二驱动及升压电路的电路结构分别与第一恒功率控制电路和第一驱动及升压电路相同，所述方波发生电路的输出分为两路分别控制第一驱动及升压电路和第二驱动及升压电路中的功率开关管的截止和导通，所述点火电路中还设有错位电路，所述错位电路使第一驱动及升压电路和第二驱动及升压电路中的功率开关管的截止和导通的相位相差为0.5T。

为了提高点火可靠性，必须提高点火功率，而现有单火点火电路为了提高点火功率，必须提高功率开关管的额定耐压、额定功率值，导致元器件成本大增，本发明通过再设置第二驱动支路、第二恒功率控制电路、第二驱动及升压电路和第二放电针，构成了双火点火电路，两路点火电路点火相位错开，既大大地提高了点火可靠性，又不会对功率开关管等元器件和作为直流电源的电池特性有更高的要求，有利于降低成本。

下面将结合附图对本发明作进一步说明，同时给出实施例。

附图说明

附图1为本发明反相器基本型点火电路具体实施例电原理图；

附图2为本发明设有封锁三极管点火电路具体实施例电原理图；

附图3为本发明恒功率型点火电路具体实施例电原理图之一；

附图4为本发明恒功率型点火电路具体实施例电原理图之二；

附图5为本发明双火点火电路具体实施例电原理图；

附图6为本发明恒功率型点火电路具体实施例电原理图之三；

附图7为本发明555时基基本型点火电路具体实施例电原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明他激式电弧打火机点火电路包括直流电源E、方波发生电路、第一驱动及升压电路和第一放电针P1，第一放电针P1成对设置,所述第一驱动及升压电路包括功率开关管V1和高压变压器T1，所述高压变压器T1的绕组由低压绕组L1和高压绕组L2构成，所述功率开关管V1与所述高压变压器T1中的低压绕组L1串联后连接在直流电源E两端，功率开关管V1可以选用开关三极管或者场效应管，所述第一放电针P1与高压绕组L2输出端连接，所述方波发生电路的输出端与功率开关管V1的控制端之间连接有第一驱动支路，所述方波发生电路的输出经第一驱动支路控制功率开关管V1的截止和导通从而控制低压绕组L1上的电流。

考虑到成本以及对工作电源的要求等因数，功率开关管V1优选采用开关三极管，本具体实施例中采用NPN型开关三极管，所述开关三极管的集电极、发射极与低压绕组L1串联后连接在直流电源E两端，基极为控制端，所述开关三极管的基极经过第一限流电阻R1与直流电源E正极连接。

其中方波发生电路可以有多种电路形式：如1、所述方波发生电路包括第一充电电阻R11、第二充电电阻R12、充放电电阻R13、第二振荡电容C2、第五限流电阻R5、反馈二极管VD2和OC比较器IC2-1及基准电源VCC1，所述OC比较器IC2-1同相端经过第五限流电阻R5和反馈二极管VD2正极分别与基准电源VCC1正极和OC比较器IC2-1输出端连接，所述OC比较器IC2-1输出端经过第一充电电阻R11、第二充电电阻R12及充放电电阻R13分别与基准电源VCC1正极、直流电源E正极及OC比较器IC2-1反相端连接，OC比较器IC2-1反相端同时经过第二振荡电容C2与直流电源E负极连接，参见图6所示。2、所述方波发生电路还可以是以555时基电路为核心构成的多谐振荡电路，参见图7所示。

集成比较器方波发生电路结构相对比较复杂，而555时基电路要求电源工作电压较高，因此不是最佳选择，本具体实施例中，如图1-3所示，方波发生电路优选采用以施密特反相器第一反相器IC1-1为核心的结构，第一反相器IC1-1的输入端及输出端之间跨接有振荡电阻R2，第一反相器IC1-1的输入端与直流电源E负极之间连接有第一振荡电容C1由此构成所述方波发生电路，本电路具有元件少，电路简单，元器件易于采购，成本较低，此外，本发明他激式电弧打火机点火电路中方波发生电路启动时，充电时间相对较长，功率开关管V1导通时间同样较长，因此，点火开始的瞬间功率大，易于引弧，工作可靠。

为了放大方波发生电路的输出功率，可靠地控制功率开关管V1的截止和导通，如图2所示，在所述第一驱动支路中优选还包括由开关三极管构成的封锁三极管V2，所述封锁三极管V2可以为开关三极管或场效应管V3，为降低成本，封锁三极管V2优选开关三极管，所述封锁三极管V2（集电极和发射极）并联在所述功率开关管V1的基极和发射极上，所述方波发生电路的输出经过第二限流电阻R6与所述封锁三极管V2的基极连接，控制封锁三极管V2的截止和导通，从而控制低压绕组L1上的电流。

由于点火电路输出功率随电池的电压变化而变化，电压高时，输出功率过大，造成能量浪费，导致电压下降过快；而在电压较低时，输出功率又过小，难以引弧点火，因此缩短了电池每次充电后的使用时间。为了克服上述缺陷，所述点火电路中优选还设有第一恒功率控制电路，如图3、4所示，他激式电弧打火机点火电路包括直流电源E、方波发生电路、第一驱动及升压电路和第一放电针P1，所述第一驱动及升压电路包括功率开关管V1和高压变压器T1，所述高压变压器T1的绕组由低压绕组L1和高压绕组L2构成，所述功率开关管V1与所述高压变压器T1中的低压绕组L1串联后连接在直流电源E两端，功率开关管V1采用NPN型开关三极管，所述开关三极管的集电极、发射极与低压绕组L1串联后连接在直流电源E两端，基极为控制端，所述开关三极管的基极经过第一限流电阻R1与直流电源E正极连接。封锁三极管V2优选开关三极管，所述封锁三极管V2的集电极和发射极并联在所述功率开关管V1的基极和发射极上，所述方波发生电路的输出经过第二限流电阻R6与所述封锁三极管V2的基极连接，控制封锁三极管V2的截止和导通，从而控制低压绕组L1上的电流。所述第一恒功率控制电路串接在所述第一驱动支路中，所述第一恒功率控制电路包括对直流电源E作进一步稳压的直流稳压电路和RC充电电路，本具体实施例中直流稳压电路选用TL431精密三端稳压器，TL431是德州仪器公司推出的一款热稳定性能良好的三端可调分流基准源，具有电路简单，稳定性好的特点，他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。所述RC充电电路包括连接在直流电源E正极和负极之间由充电电阻R4和充电电容C4串联组成的主充电支路，所述第一恒功率控制电路中还设有第二反相器IC1-2、放电二极管VD1及第三反相器IC1-3，所述第二反相器IC1-2的输出端与放电二极管VD1负极连接，所述第三反相器IC1-3的输入端与放电二极管VD1正极连接，所述第三反相器IC1-3的输入端和放电二极管VD1正极与充电电阻R4和充电电容C4的连接点相连接，所述直流稳压电路输出电压VCC1作为所述方波发生电路、第二反相器IC1-2及第三反相器IC1-3的工作电源，所述方波发生电路的输出信号从所述第二反相器IC1-2的输入端，经过第一恒功率控制电路后从所述第三反相器IC1-3的输出端输出，再经过所述第一驱动支路控制功率开关管V1的截止和导通从而控制低压绕组L1上的电流。方波发生电路采用以施密特反相器构成的第一反相器IC1-1为核心，第一反相器IC1-1的输入端及输出端之间跨接有振荡电阻R2，第一振荡电容C1连接在第一反相器IC1-1的输入端与直流电源E负极之间。

为了提高点火效率，所述第一驱动支路的方波占空比宜大于70%，这样可以降低对功率开关管V1的额定电流和额定功率的要求，元件易于采购，价格便宜。本具体实施例中，所述方波发生电路产生的方波占空比基本为50%，通过调整所述第一驱动支路中第一恒功率控制电路的RC充电电路充电时间，即通过调节充电电阻R4和充电电容C4的数值，达到将第一驱动支路的方波占空比宜大于70%的目的。

为了在提高点火效率和恒功率之间取得一个最佳的平衡点，优选在所述直流稳压电路输出正极端与充电电阻R4和充电电容C4的连接点之间连接由补偿充电电阻R3构成补偿充电支路，如图3、4所示。

本他激式电弧打火机点火电路除了能作为单火点火电路外，在此基础上还可以组成双火点火电路，如图5所示，在上述具体实施例点火电路基础上，增设第二驱动支路、第二恒功率控制电路、第二驱动及升压电路和第二放电针P2构成双火点火电路，所述第二恒功率控制电路和第二驱动及升压电路的电路结构分别与第一恒功率控制电路和第一驱动及升压电路相同，具体来说，所述第二驱动及升压电路包括第二功率开关管V4和第二高压变压器T2，所述第二高压变压器T2的绕组同样由低压绕组L3和高压绕组L4构成，所述第二功率开关管V4与所述第二高压变压器T2中的低压绕组L3串联后连接在直流电源E两端，第二功率开关管V4同样采用NPN型开关三极管，第二功率开关管V4的集电极、发射极与低压绕组L3串联后连接在直流电源E两端，基极为控制端，所述第二功率开关管V4的基极经过第三限流电阻R14与直流电源E正极连接。第二封锁三极管V5同样选用开关三极管，所述第二封锁三极管V5的集电极和发射极并联在所述第二功率开关管V4的基极和发射极上，所述方波发生电路的输出经过第四限流电阻R15与所述第二封锁三极管V5的基极连接，控制第二封锁三极管V5的截止和导通，从而控制第二高压变压器T2的低压绕组L3上的电流。所述方波发生电路的输出分为两路，分别控制第一驱动及升压电路和第二驱动及升压电路中的第一功率开关管V1、第二功率开关管V4的截止和导通，方波发生电路同样采用以施密特反相器构成的第一反相器IC1-1为核心，第一反相器IC1-1的输入端及输出端之间跨接有振荡电阻R2，第一振荡电容C1连接在第一反相器IC1-1的输入端与直流电源E负极之间。为了使得电路输出功率比较均匀，错开两路点火电路点火时间，使两路叠加的总电流峰值减小，减轻电源及功率开关管V1、第二功率开关管V4的压力，所述点火电路中优选还设有错位电路。所述错位电路由至少一个反相器构成，所述反相器设置在所述方波发生电路的两路输出支路中，两个支路中的反相器个数之差为奇数，本具体实施例中，只在所述方波发生电路的两路输出支路中的一条支路中设置一个反相器，可由第二反相器IC1-2同时担任，以简化电路。所述错位电路使第一驱动及升压电路和第二驱动及升压电路中的功率开关管V1的截止和导通的相位相差为0.5T，所述方波发生电路产生的方波占空比优选为50%。

Claims (8)

1.一种他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：包括直流电源、方波发生电路、第一驱动及升压电路和第一放电针，所述第一驱动及升压电路包括功率开关管和高压变压器，所述高压变压器的绕组由低压绕组和高压绕组构成，所述功率开关管与所述高压变压器中的低压绕组串联后连接在直流电源两端，所述第一放电针与高压绕组输出端连接，所述方波发生电路的输出端与功率开关管的控制端之间连接有第一驱动支路，所述方波发生电路的输出经第一驱动支路控制功率开关管的截止和导通从而控制低压绕组上的电流；所述点火电路中还设有第一恒功率控制电路，所述第一恒功率控制电路串接在所述第一驱动支路中，所述第一恒功率控制电路包括对直流电源作进一步稳压的直流稳压电路和RC充电电路，所述RC充电电路包括连接在直流电源正极和负极之间由充电电阻和充电电容串联组成的主充电支路，所述恒功率控制电路中还设有第二反相器、放电二极管及第三反相器，所述第二反相器的输出端与放电二极管负极连接，所述第三反相器的输入端与放电二极管正极连接，所述第三反相器的输入端和放电二极管正极与充电电阻和充电电容的连接点相连接，所述直流稳压电路输出电压作为所述方波发生电路、第二反相器及第三反相器的工作电源，所述方波发生电路的输出信号从所述第二反相器的输入端，经过恒功率控制电路后从所述第三反相器的输出端输出，再经过所述第一驱动支路控制功率开关管的截止和导通从而控制低压绕组上的电流。

2.根据权利要求1所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：方波发生电路以施密特反相器构成的第一反相器为核心，第一反相器的输入端及输出端之间跨接有振荡电阻，第一反相器的输入端与直流电源负极之间连接有第一振荡电容由此构成所述方波发生电路。

3.根据权利要求2所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：所述功率开关管选用开关三极管，所述开关三极管的集电极、发射极与低压绕组串联后连接在直流电源两端，所述开关三极管的基极经过第一限流电阻与直流电源正极连接，所述第一驱动支路中包括由开关三极管构成的封锁三极管，所述封锁三极管为开关三极管或场效应管，所述封锁三极管并联在所述功率开关管的基极和发射极上，所述方波发生电路的输出控制封锁三极管的截止和导通从而控制低压绕组上的电流。

4.根据权利要求1所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：所述直流稳压电路输出正极端与充电电阻和充电电容的连接点之间连接由补偿充电电阻构成补偿充电支路。

5.根据权利要求1所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：所述方波发生电路为占空比50%的方波发生器，所述点火电路中还设有第二驱动支路、第二恒功率控制电路、第二驱动及升压电路和第二放电针构成双火点火电路，所述第二恒功率控制电路和第二驱动及升压电路的电路结构分别与第一恒功率控制电路和第一驱动及升压电路相同，所述方波发生电路的输出分为两路分别控制第一驱动及升压电路和第二驱动及升压电路中的功率开关管的截止和导通，所述点火电路中还设有错位电路，所述错位电路使第一驱动及升压电路和第二驱动及升压电路中的功率开关管的截止和导通的相位相差为0.5T。

6.根据权利要求5所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：所述错位电路由至少一个反相器构成，所述反相器设置在所述方波发生电路的两路输出支路中，两个支路中的反相器个数之差为奇数。

7.根据权利要求1所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：所述方波发生电路包括第一充电电阻、第二充电电阻、充放电电阻、第二振荡电容、第五限流电阻、反馈二极管和OC比较器及基准电源，所述OC比较器同相端经过第五限流电阻和反馈二极管正极分别与基准电源正极和OC比较器输出端连接，所述OC比较器输出端经过第一充电电阻、第二充电电阻及充放电电阻分别与基准电源正极、直流电源正极及OC比较器反相端连接，OC比较器反相端同时经过第二振荡电容与直流电源负极连接。

8.根据权利要求1所述的他激式电弧打火机点火电路，其特征在于：所述方波发生电路为以555时基电路为核心构成的多谐振荡电路。