CN109780569B - 基于Buck原理的脉冲点火电路和燃气壁挂炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于Buck原理的脉冲点火电路和燃气壁挂炉，包括点火模块、火焰检测模块和控制器，所火焰检测模块包括与点火模块输出端顺次连接的脉冲及检火单元和信号转换模块，信号转换模块用于将脉冲及检火单元输出的模拟信号进行转换。采用比较器输出火焰参数信号，火焰检测信号连接的I/O口由模拟（AD）检测口更改为普通检测口，检测信号更为准确，接受火焰检测信号的芯片检测口处电平只有高低两种电平，由于火焰检测端只有高低两种电平，在硬件设计和软件编程时难度大大降低。

Description

基于Buck原理的脉冲点火电路和燃气壁挂炉

技术领域

本发明涉及脉冲点火电路技术领域，尤其涉及基于Buck原理的脉冲点火电路和燃气壁挂炉。

背景技术

传统的脉冲点火电路中检火是基于PWM2产生的方波，不停的给电容C4正反向充电，基于正反向充电的电势差检测是否有火焰。但无论是有火焰还是没有火焰时，正向充电时，电容C4上的电压是上升的，反向充电时，电容C4上的电压是下降的。因此火焰检测处的波形必然不是一个平滑的直线，其需要的I/O口也必然是模拟（AD）检测口，不能用普通的检测口。这个就会给芯片检测和硬件设计带来不便，程序上处理也必然复杂一些。

因此，设计一种能够用普通的检测口就能进行火焰检测的点火检火电路是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提出基于Buck原理的脉冲点火电路的燃气壁挂炉，以解决现有技术点火检火电路中存在的不能用普通的检测口进行火焰检测缺陷。

本发明采用的技术方案是，提出一种基于Buck原理的脉冲点火电路和燃气壁挂炉，包括点火模块、火焰检测模块和控制器，所火焰检测模块包括与点火模块输出端顺次连接的脉冲及检火单元和信号转换模块，所述信号转换模块用于将所述脉冲及检火单元输出的模拟信号转换成高/低电平信号。

优选地，所述信号转换模块包括具有比较功能的元件，所述元件的一个输入端连接基准电压、其另一个输入端连接所述模拟信号、其输出端输出所述高/低电平信号。

优选地，所述具有比较功能的元件为比较器、模数转换器、运算放大器三者其中的一种。

优选地，所述信号转换模块包括比较器；所述比较器一个输入端连接基准电压、其另一个输入端连接所述模拟信号、其输出端输出所述高/低电平信号。

优选地，所述点火模块包括顺次连接的降压单元、检测单元和点火单元，所述降压单元将外接的直流电进行幅值变换、且为所述火焰检测模块提供对应电压，所述检测单元对所述降压单元进行幅值变换后的电压进行检测、且将检测到的电压反馈给控制器。

优选地，所述脉冲及检火单元包括脉冲单元和检火单元；所述脉冲单元将所述进行幅值变换后的外接的直流电转换成恒频、恒脉宽、恒电压幅值的检测脉冲；所述检火单元将所述检测脉冲施加到火焰检测针上、以此检验输出模拟信号。

优选地，所述检火单元包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四电容C4、第二二极管D2，所述脉冲输出端经过第九电阻R9与火焰检测针电连接，基准电源经过第十一电阻R11后连接第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路经过第十二电阻R12后接地，所述第四电容C4与第十二电阻R12并联，所述第二支路经过第十三电阻R13与控制器的火焰检测端口电连接，所述第三支路顺次经过第十电阻R10、第二二极管D2的阳极后与脉冲输出端连接。

优选地，所述脉冲单元包括控制器的PWM2输出端口、第六电阻R6、第八电阻R8、第三电容C3、第一控制开关，所述控制器的PWM2输出端口经第六电阻R6与第一控制开关的控制极电连接，所述第一控制开关的输入极连接第一支路和第二支路，所述第一支路经过第八电阻R8与所述高频变压器BYQ初级线圈的输出端连接，所述第二支路顺次经过第三电容C3形成脉冲输出端，所述第一控制开关的输出极接地，控制器通过PWM2输出端口的输出控制第一控制开关的通断，使得第三电容C3经脉冲输出端输出一个恒频、恒脉宽、恒电压幅值的脉冲。

优选地，所述检测单元包括第三二极管D3、第二电容EC1、高频变压器BYQ和控制器的AD采样端口，所述高频变压器BYQ的次级线圈一端接地、其另一端连接第三二极管D3的阳极，所述第三二极管D3的阴极连接第一支路和第二支路，所述第一支路经过第二电容EC1后接地、所述第二支路与控制器的AD采样端口连接；所述点火单元包括触发二极管SD1和高压包HF4，触发二极管SD1和高压包HF4初级绕组串联后连接在所述高频变压器BYQ初级线圈输出端与地之间，高压包HF4次级绕组连接点火元件。

优选地，所述降压单元包括控制器的PWM1输出端口、第一电阻R1、第二电阻R2、第二控制开关、第一二极管D1、第一电容C1组成，所述PWM1输出端口经过第一电阻R1与第二控制开关的控制极电连接，所述第二控制开关的控制极经过第二电阻R2接地，所述第二控制开关的输入极接入外部直流电源，所述第二控制开关的输出极经过所述高频变压器BYQ初级线圈后连接第一二极管D1阴极和第一电容C1的一端，所述第一二极管D1的阳极和第一电容C1的另一端均接地。

优选地，所述脉冲单元还包括第七电阻R7，所述第七电阻R7的一端与所述第一控制开关的控制极连接、其另一端接地。

优选地，第一控制开关采用三极管或NMOS管中的一种。

优选地，第二控制开关采用三极管或NMOS管中的一种。

燃气壁挂炉，所述燃气壁挂炉采用上述脉冲点火检火电路。

本发明具有以下有益效果：采用比较器输出火焰参数信号，火焰检测信号连接的I/O口由模拟（AD）检测口更改为普通检测口，检测信号更为准确，接受火焰检测信号的芯片检测口处电平只有高低两种电平，由于火焰检测端只有高低两种电平，在硬件设计和软件编程时难度大大降低；采用高频变压器替代现有电路中的电感，消除了电感啸叫问题；并且用高频变压器BYQ的次级绕组反馈升压后的电压，比现有的用电阻分压进行反馈电压的方法安全，采用变压器反馈电压有效的将点火电源的高压与控制器芯片隔离开，提高了电路的安全性；采用buck电路代替现有的升压电路，buck电路本身的功率比升压电路的要大，因此在电感选型和整改电路体积上要比boost要小，可以省成本。

附图说明

图1是本发明脉冲点火电路的整体电路图；

图2是本发明脉冲点火电路控制器的整体原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了基于一种Buck原理的脉冲点火电路和燃气壁挂炉，参看图2，包括点火模块、火焰检测模块和控制器，所火焰检测模块包括与点火模块输出端顺次连接的脉冲及检火单元和信号转换模块，所述信号转换模块用于将所述脉冲及检火单元输出的模拟信号转换成高/低电平信号。所述信号转换模块包括具有比较功能的元件，所述元件一个输入端连接基准电压、其另一个输入端连接所述模拟信号、其输出端输出所述高/低电平信号。

所述信号转换模块包括比较器；所述比较器一个输入端连接基准电压、其另一个输入端连接所述模拟信号、其输出端输出所述高/低电平信号。需要指出的是：采用比较器输出火焰参数信号，火焰检测信号连接的I/O口由模拟（AD）检测口更改为普通检测口，检测信号更为准确，接受火焰检测信号的芯片检测口处电平只有高低两种电平，由于火焰检测端只有高低两种电平，在硬件设计和软件编程时难度大大降低。

所述点火模块包括顺次连接的降压单元、检测单元和点火单元，所述降压单元将外接的直流电进行幅值变换、且为所述火焰检测模块提供对应电压，所述检测单元对所述降压单元进行幅值变换后的电压进行检测、且将检测到的电压反馈给控制器。

参看图1，在实施例中，降压单元由控制器的PWM1输出端口、第一电阻R1、第二电阻R2、第二控制开关、第一二极管D1、第一电容C1组成，PWM1输出端口经过第一电阻R1与第二控制开关的控制极电连接，第二控制开关的控制极经过第二电阻R2接地，第二控制开关的输入极接入外部直流电源，第二控制开关的输出极经过高频变压器BYQ初级线圈后连接第一二极管D1阴极和第一电容C1的一端，第一二极管D1的阳极和第一电容C1的另一端均接地；在点火阶段，通过控制PWM1较小的占空比，将输入的直流电（可以使用艾普斯电源（苏州）有限公司，型号为ADG-P-320-94电源）的幅值变换为较高压值（150至200V），在检火阶段，通过控制PWM1较大的占空比，将输入的直流电（可以使用艾普斯电源（苏州）有限公司，型号为ADG-P-320-94电源）的幅值变换为相对较低值（12至36伏），以便向火焰检测模块供电。本发明中点火模块和火焰检测模块共用点火模块中的降压单元，可有效的降低了电路成本。需要指出，在本案中采用高频变压器BYQ代替现有的电感，可以在降压单元对负载进行充电的同时，检测支路高频变压器BYQ的初级线圈也同时进行充电；另外需要指出的是，高频变压器BYQ为降压高频变压器，降压高频变压器的次级线圈感应出来的电压降压（当第一电容C1电压（140V-160V）时降压为（2-4V））后经过第三二极管D3后将电压信号传递给控制器的电压检测端口进行采样。需要指出：采用buck电路代替现有的升压电路，buck电路本身的功率比升压电路的要大，因此在电感选型和整改电路体积上要比boost要小，可以省成本。

下面结合图1，阐述点火的工作原理：第二控制开关为三极管T1时，当控制波PWM1输出为高电平时，三极管T1导通，高频变压器BYQ的初级绕组通电存储磁能，电容C1也同时进行充电；当控制波PWM1输出为低电平时，三极管T1截止，高频变压器BYQ初级绕组储能通过二极管D1的续流作用释放，电容C1继续充电。周而复始电容C1两端的电压逐渐升高，当电压升高至触发二极管SD1的阈值时，触发二极管SD1导通，随即电容C1内的电流泄放，电容C1两端的电压下降，触发二极管SD1截止，高压包HF4获得一个脉冲，高压包HF4次级绕组输出一个很高的脉冲电压，驱动点火元件点火。

第一三极管T1导通的同时，电流流经高频变压器BYQ初级绕组，其次级绕组感应生产电动势，并通过第三二极管D3发送的降低后的电压，控制器根据该电压信号调整第一控制波PWM1的占空比，以稳定输入的直流电的幅值变换的电压。

所述脉冲单元包括控制器的PWM2输出端口、第六电阻R6、第八电阻R8、第三电容C3、第一控制开关，所述控制器的PWM2输出端口经第六电阻R6与第一控制开关的控制极电连接，所述第一控制开关的输入极连接第一支路和第二支路，所述第一支路经过第八电阻R8与所述高频变压器BYQ初级线圈的输出端连接，所述第二支路顺次经过第三电容C3形成脉冲输出端，所述第一控制开关的输出极接地，控制器通过PWM2输出端口的输出控制第一控制开关的通断，使得第三电容C3经脉冲输出端输出一个恒频、恒脉宽、恒电压幅值的脉冲。

所述检测单元包括第三二极管D3、第二电容EC1、高频变压器BYQ和控制器的AD采样端口，所述高频变压器BYQ的次级线圈一端接地、其另一端连接第三二极管D3的阳极，所述第三二极管D3的阴极连接第一支路和第二支路，所述第一支路经过第二电容EC1后接地、所述第二支路与控制器的AD采样端口连接；所述点火单元包括触发二极管SD1和高压包HF4，触发二极管SD1和高压包HF4初级绕组串联后连接在所述点火电源与地之间，高压包HF4次级绕组连接点火元件。需要指出，在本案中采用高频变压器替代电感进行升压具有减少噪音的作用。由于电感的磁路的非闭合的，在按第一控制波PWM1的频率进行工作时会产生啸叫，采用本案的高频变压器后啸叫消失，产生了可预见有益效果。并且用高频变压器BYQ的次级绕组反馈升压后的电压，比现有的用电阻分压进行反馈电压的方法安全。电阻分压方案中，一旦电阻击穿，高压会直接窜入控制器芯片，将芯片烧毁；采用变压器反馈电压有效的将高压与控制器芯片隔离开，提高了电路的安全性。

所述脉冲及检火单元包括脉冲单元和检火单元；所述脉冲单元将所述点火电源转换成恒频、恒脉宽、恒电压幅值的检测脉冲；所述检火单元将所述检测脉冲施加到火焰检测针上、以此检验输出模拟信号。

所述检火单元包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四电容C4、第二二极管D2，所述脉冲输出端经过第九电阻R9与火焰检测针电连接，基准电源经过第十一电阻R11后连接第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路经过第十二电阻R12后接地，所述第四电容C4与第十二电阻R12并联，所述第二支路经过第十三电阻R13与控制器的火焰检测端口电连接，所述第三支路顺次经过第十电阻R10、第二二极管D2的阳极后与脉冲输出端连接。

下面结合图1，阐述检测火焰的工作原理：第一控制开关为三极管T2时，在第一控制波PWM1的作用下，在C1电容上产生一个电压，电压的范围是12至36伏，向火焰检测模块供电。在第二控制波PWM2的作用下，在C4电容上产生一个电压。当没有火焰时，火焰检测针对地处于断开状态。当有火焰时，在火焰离子作用下，火焰检测针对地正向导通。PWM2为低电平时，第二控制开关截止，直流电源输出的电流经第八电阻R8、第三电容C3、第九电阻R9火焰检测针到地形成回路，第三电容C3充电；PWM2为高电平时，三极管T2导通，由于火焰检测针对地反向不导通，第三电容C3电能只能通过三极管T2、第四电容C4、第十电阻R10、第二二极管D2形成回路释放，第四电容C4充电，形成对火焰检测电压一个叠加分量Vc4，注：Vc4为负值；当PMW2再为低时，三极管T2截止，第一电容C1两端电压通过第八电阻R8、第三电容C3、第九电阻R9、火焰检测针到地再次对第三电容C3充电储能，周而复始，V火焰检测则随着火焰离子电流的大小变化而变化。

所述信号转换模块还包括串接在基准电源与地之间的第十四电阻R14和第十五电阻R15，第十四电阻R14和第十五电阻R15的连接端连接所述比较器的同相输入端，所述比较器的反向输入端连接所述模拟信号，所述比较器输出所述高/低电平信号。

所述脉冲单元还包括第七电阻R7，所述第七电阻R7的一端与所述第一控制开关的控制极连接、其另一端接地。

第一控制开关采用三极管或NMOS管中的一种。

第二控制开关采用三极管或NMOS管中的一种。

一种燃气壁挂炉，所述燃气壁挂炉采用上述脉冲点火检火电路。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种脉冲点火检火电路，包括点火模块、火焰检测模块和控制器，其特征在于，所述火焰检测模块包括与点火模块输出端顺次连接的脉冲及检火单元和信号转换模块，所述信号转换模块用于将所述脉冲及检火单元输出的模拟信号转换成高/低电平信号；所述点火模块包括顺次连接的降压单元、检测单元和点火单元，所述降压单元将外接的直流电进行幅值变换、且为所述火焰检测模块提供对应电压，所述检测单元对所述降压单元进行幅值变换后的电压进行检测、且将检测到的电压反馈给控制器；所述信号转换模块为比较器、模数转换器、运算放大器三者其中的一种，所述信号转换模块的一个输入端连接基准电压，其另一个输入端连接所述模拟信号、其输出端输出所述高/低电平信号；所述检测单元包括第三二极管D3、第二电容EC1、高频变压器BYQ和控制器的AD采样端口，所述高频变压器BYQ的次级线圈一端接地、其另一端连接第三二极管D3的阳极，所述第三二极管D3的阴极连接第一支路和第二支路，所述第一支路经过第二电容EC1后接地、所述第二支路与控制器的AD采样端口连接；所述点火单元包括触发二极管SD1和高压包HF4，触发二极管SD1和高压包HF4初级绕组串联后连接在所述高频变压器BYQ初级线圈输出端与地之间，高压包HF4次级绕组连接点火元件。

2.如权利要求1所述的脉冲点火检火电路，其特征在于，所述信号转换模块包括比较器；所述比较器一个输入端连接基准电压、其另一个输入端连接所述模拟信号、其输出端输出所述高/低电平信号。

3.如权利要求2所述的脉冲点火检火电路，其特征在于，所述信号转换模块还包括串接在基准电源与地之间的第十四电阻R14和第十五电阻R15，第十四电阻R14和第十五电阻R15的连接端连接所述比较器的同相输入端，所述比较器的反向输入端连接所述模拟信号，所述比较器输出所述高/低电平信号。

4.如权利要求1所述的脉冲点火检火电路，其特征在于，所述脉冲及检火单元包括脉冲单元和检火单元；所述脉冲单元将所述进行幅值变换后的外接的直流电转换成恒频、恒脉宽、恒电压幅值的检测脉冲；所述检火单元将所述检测脉冲施加到火焰检测针上、以此检验输出模拟信号。

5.如权利要求4所述的脉冲点火检火电路，其特征在于，所述检火单元包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四电容C4、第二二极管D2，所述脉冲输出端经过第九电阻R9与火焰检测针电连接，基准电源经过第十一电阻R11后连接第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路经过第十二电阻R12后接地，所述第四电容C4与第十二电阻R12并联，所述第二支路经过第十三电阻R13与控制器的火焰检测端口电连接，所述第三支路顺次经过第十电阻R10、第二二极管D2的阳极后与脉冲输出端连接。

6.如权利要求4所述的脉冲点火检火电路，其特征在于，所述脉冲单元包括控制器的PWM2输出端口、第六电阻R6、第八电阻R8、第三电容C3、第一控制开关，所述控制器的PWM2输出端口经第六电阻R6与第一控制开关的控制极电连接，所述第一控制开关的输入极连接第一支路和第二支路，所述第一支路经过第八电阻R8与所述高频变压器BYQ初级线圈的输出端连接，所述第二支路顺次经过第三电容C3形成脉冲输出端，所述第一控制开关的输出极接地，控制器通过PWM2输出端口的输出控制第一控制开关的通断，使得第三电容C3经脉冲输出端输出一个恒频、恒脉宽、恒电压幅值的脉冲。

7.如权利要求1所述的脉冲点火检火电路，其特征在于，所述降压单元包括控制器的PWM1输出端口、第一电阻R1、第二电阻R2、第二控制开关、第一二极管D1、第一电容C1组成，所述PWM1输出端口经过第一电阻R1与第二控制开关的控制极电连接，所述第二控制开关的控制极经过第二电阻R2接地，所述第二控制开关的输入极接入外部直流电源，所述第二控制开关的输出极经过所述高频变压器BYQ初级线圈后连接第一二极管D1阴极和第一电容C1的一端，所述第一二极管D1的阳极和第一电容C1的另一端均接地。

8.如权利要求4所述的一种脉冲点火检火电路，其特征在于，所述脉冲单元还包括第七电阻R7，所述第七电阻R7的一端与所述第一控制开关的控制极连接、其另一端接地。

9.如权利要求6所述的一种脉冲点火检火电路，其特征在于，第一控制开关采用三极管或NMOS管中的一种。

10.如权利要求7所述的一种脉冲点火检火电路，其特征在于，第二控制开关采用三极管或NMOS管中的一种。

11.一种燃气壁挂炉，其特征在于，所述燃气壁挂炉采用如权利要求1-10任一项所述的脉冲点火检火电路。

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