CN106988892B - 固态火花装置和使用该装置的激励器电路 - Google Patents

Abstract

一种固态火花装置，其作为飞机点火系统的CDI激励器中的二端子火花隙操作。该装置包括触发变压器、触发电路和控制电路。触发电路电连接至变压器的第一线圈，并且包括电路元件，电路元件连接成在触发电路充电到触发电压后将电流供应到第一线圈。通过触发变压器的第一线圈的电流在变压器的第二线圈中的感生出输出。控制电路电连接到第二线圈，并且包括由来自第二线圈的输出控制的开关。开关在由触发电路启动时将来自激励器的能量排放到飞机点火系统的点火器中。

Description

固态火花装置和使用该装置的激励器电路

技术领域

本发明大体涉及涡轮发动机点火系统，更具体地，涉及用于飞机喷气式发动机中的电容放电式点火(CDI)激励器。

背景技术

飞机经常由涡轮发动机提供动力。涡轮发动机(也称为燃气涡轮机)是一种类型的内燃机，其具有与下游涡轮机联接的上游旋转式压缩机以及它们之间的燃烧室，燃料注入燃烧室中并进行燃烧，以形成具有高速度的加压排气。当空气进入涡轮发动机时，添加燃料并且使用诸如电容放电式点火(CDI)系统的适当点火系统点燃燃料。电容放电式系统包括激励器，激励器在燃烧室中的点火器处产生火花放电，以点燃燃料。通常，电容放电式点火系统的激励器部分使用火花隙气体放电管(SGT)产生这种火花放电。SGT包括在存在惰性气体时由空气或火花隙间隔开的两个电极。SGT电连接在点火器与接收来自电源的电荷的储存电容器之间。当储存电容器的电压超过SGT的触发电压时，SGT开始导电，因而从电容器传送所储存的能量，最终导致点火器发出火花。

在典型的SGT构造中，SGT的两个电极都封闭在玻璃壳体内并且在玻璃壳体内与大气密封隔离，玻璃壳体还包括气体，气体有助于稳定的电压水平以释放能量从而在点火器处形成火花。很多SGT使用放射性惰性气体来维持SGT内的电离。使用填充有放射性气体的玻璃SGT可因玻璃部件破裂和气体泄漏而存在风险，从而影响CDI系统操作。

因此，期望的是提供能够提供SGT的功能而没有破裂和泄漏的相关风险的替代部件。此外，期望的是提供能够提供供应到点火器的恒定发火花电压的替代部件。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了用于飞机点火系统中的固态火花装置。该装置包括触发变压器、触发电路和控制电路。触发电路电连接到变压器的第一线圈，并且包括电路元件，电路元件连接成在触发电路充电到触发电压后将电流供应到第一线圈。通过触发变压器的第一线圈的此电流在变压器的第二线圈中感生出输出。控制电路电连接到第二线圈，并且包括由来自第二线圈的输出控制的开关。

对于至少一些实施方式，该构造允许固态火花装置放在用于涡轮发动机的点火系统的激励器的电路中，以便将来自储能电容器或其他电容式储能元件的发火花动力供应到点火器。该装置可以在储能电容器与点火器之间串联放置，从而使得其可以实现为二端子装置，当电容器充电达到点火器所需的发火花电压时，该装置在从储能电容器接收的充电电流下操作。

根据各种不同的实施方式，固态火花装置可以包括采用任何技术上可行的组合的下列特征中的任何一个或多个。

-该装置是可在点火器与储能电容器之间串联连接的二端子装置。

-该装置的电路元件配置成当储能电容器充电到发火花电压时使得触发电路充电到触发电压，以及其中发火花电压在3,000到4,200伏的范围内，优选为约4,000伏。

-触发电路的电路元件中的一个是用于交流电的二极管(DIAC)。这个DIAC可以具有等于或低于触发电压的击穿电压，从而使得当触发电路充电到触发电压时，DIAC接通并且将电流供应到触发变压器的第一线圈。

-触发电路的电路元件包括电容器和多个电阻元件，该多个电阻元件连线成将电容器充电到触发电压。

-开关是可控硅整流器(SCR)，其具有连接成接收来自第二线圈的输出的栅极。

-电路元件阻止电流供应到第一线圈，直到从储能电容器接收的电压达到发火花电压为止。

-电路元件包括经由触发电路的输入进行充电的电容器，其中触发电路配置成当电容器上的电压达到触发电压时，使电容器经由第一线圈放电。

-在触发电路包括电容器的情况下，电路可以包括电连接在电容器与第一线圈之间的开关，其中在电容器充电到触发电压后，触发电路的开关使电容器经由第一线圈进行放电。另外，触发电路可以包括连接在触发电路的输入与电容器之间的分压器。

附图说明

下文将结合附图描述本发明的优选示例性实施方式，其中类似的标识表示类似的元件，并且其中：

图1是涡轮发动机点火系统的示例性实施方式的框图；以及

图2是形成图1的涡轮发动机点火系统的一部分的激励器的示意图。

具体实施方式

图1描绘了示出包括固态装置的涡轮发动机点火系统2的示例性实施例的概括性框图，该固态装置在无需火花隙气体放电管(SGT)的情况下为点火器提供发火花能量。系统2包括电源4、电容式储能元件6、点火器8和固态火花装置10。一般而言，电源4可以将电荷施加到电容式储能元件，如图所示，该电容式储能元件可以是电容器6。当电容器6累积足够的电荷时，它便导致点火器8放电，从而形成发起燃烧的火花。电容器6和固态火花装置10共同形成激励器，其中火花装置10作为开关进行操作，该开关调节电容器6穿过点火器8的放电，以便仅当电容器6中存在足够的能量时才允许放电，从而确保足够强力的火花。

参考图2，示出了用于涡轮发动机点火系统2的示例性固态火花装置10的示意图。火花装置10包括触发电路12、控制电路14和触发变压器16。火花装置10可以电连接到电容器6，该电容器6最终将电压/电流提供到点火器8，从而导致火花。系统10的触发电路12可以电连接至来自电容器6的输入以及触发变压器16的初级线圈17。触发电路12包括多个电路元件以实现其功能；这些元件包括分压器18、电容器20和开关22。分压器18和电容器20都电连接到开关22。在此实施例中，开关22可以使用用于交流电的二极管(DIAC)来实施；然而，可以用其他类型的开关替代。

分压器18可包括两个电阻器24和26；电阻器26可以与电容器20并联连线。电阻器24可以具有足够大的电阻值，以承受施加在其上的电压量并且减少电容器6上的泄漏电流。触发电路12的开关22以及电阻器24和26可选择成使得来自初级线圈17处的触发电路12的输出电压为零，直到电容器6充电到足以在点火器8处提供所需的火花能量的发火花电压为止。一旦电容器6达到发火花电压(例如，3,000伏)，触发电路12便将电流输出到初级线圈17，从而导致火花装置10将电容器6上存储的能量排放到点火器8中，如下文将描述。

电阻器24和26的值可以基于电容器6所需的发火花电压和DIAC开关22的击穿电压进行选择。因此，分压器18的电阻器24、26具有在电容式储能元件6达到发火花电压时允许电容器20充电直至触发电压的电阻值，该触发电压取决于或等于开关22的击穿电压。触发电路12中使用的电阻器的数量和电阻值可以依赖于传送到点火器8的所需发火花电压。在一个实施方式中，发火花电压可以是3,000伏(V)，其中发火花装置被配置成一旦电容器6达到该发火花电压便使电容器6放电到点火器8中。在此实施方式中，开关22可以是具有约260伏击穿电压的DIAC，该击穿电压是开关变为导电的点，从而将电流供应到线圈17，因而使变压器16通电。为了在此电压下实现触发，电阻器24和26可以分别使用30MΩ电阻器和284KΩ电阻器实现。

在其他实施方式中，可以使用用于电容器6的不同发火花电压和用于开关22的不同触发电压；例如，发火花电压可以是4,000伏或者范围可以达到例如4,200伏(V)；并且根据需要或根据实现所需的电压触发点的需要，触发电路12可以使用不同电阻值或数量的电阻器来实现。

随着电容式储能元件6处的电压水平增加或升高，分压器18和电容器20处的电压可以以相同或类似的速率增加。一旦电容器20上的电压达到触发电压，便已满足开关22的击穿电压并且电流从电容器20流过初级线圈17。来自开关22的这个电流流过初级线圈17，并且在触发变压器16的次级线圈19中感生出流过控制电路14的转向二极管28的电流。

控制电路14可以电连接到触发变压器16的次级线圈19，并且包括将电输入提供到开关34的栅极32的转向二极管28和电阻器30。次级线圈19中的感生电流可以通过转向二极管28流到栅极32。从次级线圈19到达栅极32的电流使开关34闭合，从而使得其导电。因此，来自电容器6的电荷可以穿过开关34到达点火器8，从而形成火花。当次级线圈19中感生的电流衰减时，在电容器的能量用尽之后，去往栅极32的电流停止并且开关34断开。针对随后由电容器6随后充电产生的火花，这个过程可以重复，并且可以部分地基于电阻器24和26的电阻值以及使用本领域技术人员将已知或了解的其他技术来控制火花率。

开关34可以使用晶闸管或可控硅整流器(SCR)来实现，诸如，MOS控制半导体开关。在一个具体实施例中，固态火花装置10中使用的开关34可以是第7,880,281号美国专利中描述的开关组件，该美国专利的全部内容以引用方式并入本文。电阻器30可以用来在开关34的栅极32处提供低阻抗，从而使得它不易受电磁干扰(EMI)或其他开关噪声影响。

应理解，以上描述并不是本发明本身的描述，而是本发明的一个或多个优选的示例性实施方式的描述。本发明并不限于本文中公开的具体实施方式，而是仅由所附权利要求书限定。应了解，上文使用的电阻器和开关一般可以由包括电阻器或开关的术语“电路元件”识别。此外，以上描述中包含的叙述涉及具体实施方式，而不应解释为限制本发明的范围或权利要求中使用的术语的定义，除了上文明确定义的术语或短语之外。各种其他实施方式以及对所公开的实施方式做出的各种改变和更改对本领域技术人员将变得明显。所有此类其他实施方式、改变和更改旨在落在所附权利要求书的范围内。

如本说明书和权利要求书中所使用的，术语“例如”、“比如”、“举例来说”和“诸如”以及动词“包括”、“具有”、“包含”及它们的其他动词形式在与一系列的一个或多个部件或者其他项目结合使用时均应被解释为开放性的，意思是该列表不应被视作排除其他、附加部件或项目。除非用在需要不同解释的上下文中，否则其他术语应使用它们最广泛的合理意义进行解释。

Claims (10)

1.一种用于在飞机点火系统中使用的固态火花装置，包括：

触发变压器，具有第一线圈和第二线圈；

触发电路，电连接至所述第一线圈，所述触发电路包括电路元件，所述电路元件连接成在将所述触发电路充电到触发电压后，将电流供应到所述第一线圈，其中通过所述触发变压器的所述第一线圈的所述电流在所述第二线圈中感生出输出；以及

控制电路，电连接至所述第二线圈，并且包括由来自所述第二线圈的所述输出控制的开关，

其中，所述固态火花装置是能够在点火器与电容式储能元件之间串联连接的二端子装置，所述电容式储能元件充电到足以在所述点火器上产生火花的发火花电压。

2.根据权利要求1所述的固态火花装置，其中所述发火花电压在3000伏到4200伏的范围内，以及其中所述电路元件配置成使得当所述电容式储能元件充电到所述发火花电压时，所述触发电路充电到所述触发电压。

3.根据权利要求2所述的固态火花装置，其中所述发火花电压为4000伏。

4.根据权利要求1所述的固态火花装置，其中所述触发电路的所述电路元件中的一个是用于交流电的二极管(DIAC)。

5.根据权利要求1所述的固态火花装置，其中所述触发电路的所述电路元件包括电容器和多个电阻元件，所述多个电阻元件进行连线以将所述电容器充电到所述触发电压。

6.根据权利要求1所述的固态火花装置，其中所述开关是可控硅整流器(SCR)，所述可控硅整流器具有连接成接收来自所述第二线圈的所述输出的栅极。

7.根据权利要求1所述的固态火花装置，其中所述电路元件阻止将电流供应到所述第一线圈，直到从所述电容式储能元件接收的电压到达所述发火花电压为止。

8.根据权利要求1所述的固态火花装置，其中所述电路元件包括经由所述触发电路的输入进行充电的电容器，其中所述触发电路配置成当所述电容器上的所述电压达到所述触发电压时，使所述电容器经由所述第一线圈进行放电。

9.根据权利要求8所述的固态火花装置，其中所述触发电路的所述电路元件包括电连接在所述电容器与第一线圈之间的开关，其中在所述电容器充电到所述触发电压后，所述触发电路的所述开关使所述电容器经由所述第一线圈进行放电。

10.根据权利要求9所述的固态火花装置，其中所述触发电路包括连接在所述触发电路的所述输入与所述电容器之间的分压器。

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