CN110887058A - 点火驱动电路及燃气灶点火电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种点火驱动电路，包括NPN三极管、PNP三极管以及零电压开关准谐振电路，NPN三极管的基电极连接驱动信号源，NPN三极管的发射极连接电源负极，NPN三极管的集电极与PNP三极管的基电极相连接，PNP三极管的发射极连接电源正极，PNP三极管的集电极与零电压开关准谐振电路输入端相连接，零电压开关准谐振电路还与电源相连接，零电压开关准谐振电路的输出端与点火针的两个电极分别连接。该点火驱动电路采用零电压开关准谐振电路来实现点火的软开关技术，解决了普通电弧点火采用PWM开关电源按硬开关模式工作中存在的开关损耗大，发热严重的问题，同时还提高了工作频率，加大了点火功率，提升了点火工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种点火驱动电路，还涉及应用了该点火驱动电路的燃气灶点火电路。
背景技术
目前燃气灶普遍使用脉冲点火的方式进行点火，如授权公告号为CN203964007(申请号为201420413641.5)的中国实用新型专利《脉冲点火器》，其中即公开了一种脉冲点火器电路，该脉冲点火器电路虽然改善了燃气具燃火率低的问题，但是在使用时仍然不可避免的出现点不着火的情况。容易出现点不着火的情况主要有两方面原因：一方面，脉冲点火的能量不够；另一方面脉冲点火受周边条件因素的影响较大，如气源压力、燃气浓度、放电距离等因素均能成为其影响因素，当任一条件不满足的时候点火一般都比较困难。此外脉冲点火一般需要连续按压开关一段时间才能点着，点着后需要再按压一段时间，带热电偶产生稳定的电流后方可松手，操作较为麻烦。点火同时还带有连续的“哒哒”声，会引起用户的烦躁情绪。
另外现有技术中也有采用单片机输出PWM信号，控制三极管导通和截止，进而控制MOS管的导通和截止，使升压变压器震荡放电，该点火方式工作时开关损耗大，MOS管发热严重，工作效率低，输出能量损耗大，点火针引线长并行布线时，能量衰减严重，且寄生参数变大，容易出现打不着火现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种采用软开关技术实现点火，进而提高点火效率，加大点火功率，同时能够解决场效应管发热问题的点火驱动电路。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种点火操作简单、点火速度快且低噪音的燃气灶点火电路。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：点火驱动电路，与点火针相连接，其特征在于：包括NPN三极管、PNP三极管以及零电压开关准谐振电路，所述NPN三极管的基电极连接驱动信号源，所述NPN三极管的发射极连接电源负极，所述NPN三极管的集电极与PNP三极管的基电极相连接，所述PNP三极管的发射极连接电源正极，所述PNP三极管的集电极与零电压开关准谐振电路输入端相连接，所述零电压开关准谐振电路还与电源相连接，所述零电压开关准谐振电路的输出端与点火针的两个电极分别连接。
为了进一步解决点火噪声问题，所述零电压开关准谐振电路包括：
升压变压器，包括磁芯以及绕设在磁芯上的初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的中间抽头通过扼流电感连接在电源的正极，所述次级绕组的两个抽头分别连接点火针的两个电极；
谐振电容，并联连接在初级绕组的两端抽头上；
第一场效应管，漏极连接在初级绕组的一端抽头上，源极接地；
第二场效应管，漏极连接在初级绕组的另一端抽头上，源极接地；
第一二极管，正极与第一场效应管的栅极连接，负极与第二场效应管的漏极连接；
第二二极管，正极与第二场效应管的栅极连接，负极与第一场效应管的漏极连接；
所述PNP三极管的集电极通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，所述PNP三极管的集电极通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接。
优选地，所述第一场效应管和第二场效应管的漏极之间串联连接有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻连接端连接电源负极。
为保证NPN三极管和PNP三极管的正常工作，所述NPN三极管的集电极与PNP三极管的基电极之间连接有第三电阻，所述PNP三极管的基电极通过第四电阻与电源的正极相连接。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种应用有前述的点火驱动电路的燃气灶点火电路，其特征在于：包括
点火开关；
电源转换电路，输入端与电源相连接；
控制器，电源输入端与电源转换电路的输出端相连接，信号输入端与点火开关相连接，信号输出端与点火驱动电路相连接，用于向点火驱动电路传送驱动信号；
阀驱动电路，电源输入端与电源转换电路的输出端相连接，信号输入端与控制器的信号输出端相连接，用于驱动燃气电磁阀进行开关动作。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该点火驱动电路采用零电压开关准谐振电路来实现点火的软开关技术，解决了普通电弧点火采用PWM开关电源按硬开关模式工作中存在的开关损耗大，发热严重的问题，同时还提高了工作频率，加大了点火功率，提升了点火工作效率，解决了点火针引线并行布线时寄生参数变大、能量衰减严重、出现打不着火等问题。
附图说明
图1为本发明实施例中点火驱动电路的电路图。
图2为本发明实施例中燃气灶点火电路的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的点火驱动电路可以应用在各种点火电路中，本实施例中以在燃气灶点火电路中的应用为例，燃气灶点火电路以及点火驱动电路进行说明。
如图2所示，燃气灶点火电路包括点火开关1、电源转换电路2、控制器3、阀驱动电路4以及点火驱动电路5。
其中点火开关1机设置在灶具面板上，使用者可以操作该点火开关1，进而发出开火和关火信号。
电源转换电路2可以采用现有技术中的电源转换电路2，该电源转换电路2输入端与电源相连接，该电源转换电路2能够将电源输出的电压转化为控制器3以及阀驱动电路4需要的电压，进而为控制器3以及阀驱动电路4进行供电。本实施例中的电源转换电路2包括有降压开关型集成稳压芯片、LC稳压模块、以及通用的稳压芯片等部件，集成稳压芯片的电压输出端分别与LC稳压模块、稳压芯片相连接，进而通过LC稳压模块转换成适合控制器3的工作电压，进而输出至控制器3的电源输入端。通过稳压芯片转换成适合阀驱动电路4的工作电压，进而输出至阀驱动电路4的电源输入端。另外，降压开关型集成稳压芯片经取样电阻反馈，再经过LC稳压模块输出稳定的电压解决了电源转换电路2在满负载工作时，电源转换电路2功耗散热的问题，避免由电源输入过电压、电源跌落、输出大电流带来的问题。
控制器3可以采用单片机，控制器3的电源输入端与电源转换电路2的输出端相连接，控制器3的信号输入端与点火开关1相连接，信号输出端与点火驱动电路5相连接，用于向点火驱动电路5传送驱动信号。
阀驱动电路4，阀驱动电路4的电源输入端与电源转换电路2的输出端相连接，阀驱动电路4的信号输入端与控制器3的信号输出端相连接，用于驱动燃气电磁阀进行开关动作。当控制器3接收到点火开关1传送的点火信号后，控制器3驱动点火驱动电路5以及阀驱动电路4启动工作。
控制器3输出的电磁阀驱动信号，控制阀驱动电路4产生电流维持电磁阀吸合，该阀驱动电路4，能够在按下点火开关1的时候，即输出100mA的电流3-10s供给电磁阀，在热电偶能够稳定提供电流前不会掉阀，达到即点即着的体验。控制器3输出的点火驱动信号，控制点火驱动电路5，使升压变压器T3次级绕组输出稳定的电弧引燃燃气，控制器3能够准确控制相应的点火延时时间和阀延时时间，解决误差问题。
软开关技术中软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。准谐振电路又分为零电压开关准谐振电路以及零电流开关准谐振电路。
如图1所示，本实施例中的点火驱动电路5具体包括NPN三极管Q15、PNP三极管Q18以及零电压开关准谐振电路。
其中零电压开关准谐振电路包括：
升压变压器T3，包括磁芯以及绕设在磁芯上的初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的中间抽头通过扼流电感L7连接在电源的正极，次级绕组的两个抽头分别连接点火针的两个电极；
谐振电容C17，并联连接在初级绕组的两端抽头上；
第一场效应管Q20，漏极连接在初级绕组的一端抽头上，源极接地；
第二场效应管Q21，漏极连接在初级绕组的另一端抽头上，源极接地；
第一二极管D11，正极与第一场效应管Q20的栅极连接，负极与第二场效应管Q21的漏极连接；
第二二极管D10，正极与第二场效应管Q21的栅极连接，负极与第一场效应管Q20的漏极连接；
第一场效应管Q20和第二场效应管Q21的漏极之间串联连接有第一电阻R57和第二电阻R58，所述第一电阻R57和第二电阻R58连接端连接电源负极。NPN三极管Q15的基电极连接控制器3的驱动信号输出端，NPN三极管Q15的发射极连接电源负极，PNP三极管Q18的集电极通过第一限流电阻R53与第一场效应管Q20的栅极连接，PNP三极管Q18的集电极通过第二限流电阻R54与第二场效应管Q21的栅极连接。NPN三极管Q15的集电极与PNP三极管Q18的基电极之间连接有第三电阻(R48)，PNP三极管Q18的基电极通过第四电阻(R47)与电源的正极相连接，PNP三极管Q18的发射极连接电源正极。
控制器3输出驱动信号能够控制第一场效应管Q20和第二场效应管Q21的导通和截止。
为了方便下述内容的说明，本实施例中将初级绕组一端抽头与中间抽头之间的绕组记为第一绕组L1，将初级绕组另一端抽头与中间抽头之间的绕组记为第二绕组L2。
本实施例中，点火驱动电路5的工作过程为：
S1、当控制器3输出点火驱动信号后，则该点火驱动信号控制NPN三极管Q15导通，NPN三极管Q15的集电极进而控制PNP三极管Q18导通，电源电压经第一限流电阻R53和第二限流电阻R54，控制第一场效应管Q20和第二场效应管Q21导通。
S2、电源上电后，流经扼流电感L7的电流逐渐增加，由于元件参数的离散性，如场效应管中栅极和源极之间钳位电压的离散性、场效应管本身跨导参数的离散性、变压器初级绕组不严格对称、走线长度差异等，将导致流入第一场效应管Q20、第二场效应管Q21的电流不同。假设流入第二场效应管Q21中的电流大于流入第一场效应管Q20中电流，因为第一绕组L1和第二绕组L2绕设在同一磁芯上，本身存在磁耦合，而且自初级绕组两端抽头来看，第一场效应管Q20、第二场效应管Q21导通电流方向相反，所以初级绕组上的等效励磁电流为第一场效应管Q20、第二场效应管Q21中导通电流的数值差，等效励磁电流方向与较大的导通电流同向。等效励磁电流将在第一绕组L1上产生一个互感电流，初级绕组与谐振电容C17构成并联谐振电路，互感电流的方向与第一绕组L1上的电流相反，如此正反馈造成的结果是第一绕组L1上的电流越来越小，最终可单纯看做只有第二绕组L2参与励磁。
S3、与此同时，第一场效应管Q20漏极电压升高，第二二极管D10截止，第二场效应管Q21继续保持开通。因为第二场效应管Q21开通时漏极和源极之间的电压很小，第二场效应管Q21的漏极近似接地，第一二极管D11则导通，将第一场效应管Q20的栅极和源极之间的电位强行拉低至0.7V左右，第一场效应管Q20失去栅极和源极之间的电压而截止。
S4、随着时间推移，第二绕组L2对磁芯的励磁最终达到磁饱和，此时互感电流因磁芯饱和失去互感刚好减到0，第二场效应管Q21的漏极和源极之间的电压为零。而第二绕组L2失去电感量而近似于一个仅几MΩ的纯电阻，瞬间大电流全部叠加在第二场效应管Q21的导通电阻上，使第二场效应管Q21漏极电位瞬间升高，进而第一二极管D11截止，第二场效应管Q21获得栅极和源极之间的电压而导通，继而第一场效应管Q20的漏极近似接地，第二场效应管Q21的栅极和源极之间的电位强行拉低至0.7V左右，第二场效应管Q21失去栅极和源极之间的电压而截止。当第一绕组L1对磁芯的励磁达到饱和时，电路状态再次发生翻转，重复S3过程。该过程中驱动第一场效应管Q20和第二场效应管Q21的信号的频率，与作为谐振发射线圈的初级绕组和谐振电容C17的谐振频率相同。点火频率及点火电流由谐振电容C17的容量和升压变压器T3初级绕组匝数比共同决定，因为有谐振电容C17构成谐振，初级电压波形呈完美正弦波，谐波分量大大减小，漏感的影响不复存在，因此变比等于匝比，解决了点火有噪音的问题。
电源输入增加了扼流电感L7，利用电感电流的不可突变特性，保证磁饱和瞬间第一场效应管Q20和第二场效应管Q21的漏极和源极之间不会流过巨大浪涌而损坏。避免了第一场效应管Q20和第二场效应管Q21发热严重的情况。因为利用了磁饱和原理，所以在磁芯工作在滞回线1,3象限的饱和临界点之间，磁芯的储能作用得以最大发挥，传递功率相当大。
另外采用零电压开关准谐振电路这种软开关技术，解决了普通电弧点火采用PWM开关电源按硬开关模式工作时开关损耗大，发热严重的问题。，提高工作效率和工作频率，加大了点火功率，解决了点火针引线并行布线时，寄生参数变大，能量衰减严重，出现打不着火现象。
该点火驱动电路5通过升压变压器T3将低压直流电源变成10-15kV高压，在点火针的两极之间产生连续的高温离子流，点火针两极的距离一般为2-7mm，高温的离子流达到1000摄氏度以上，远超一般燃气的燃点，实现快速点火。
Claims (5)
1.一种点火驱动电路，与点火针相连接，其特征在于：包括NPN三极管(Q15)、PNP三极管(Q18)以及零电压开关准谐振电路，所述NPN三极管(Q15)的基电极连接驱动信号源，所述NPN三极管(Q15)的发射极连接电源负极，所述NPN三极管(Q15)的集电极与PNP三极管(Q18)的基电极相连接，所述PNP三极管(Q18)的发射极连接电源正极，所述PNP三极管(Q18)的集电极与零电压开关准谐振电路输入端相连接，所述零电压开关准谐振电路还与电源相连接，所述零电压开关准谐振电路的输出端与点火针的两个电极分别连接。
2.根据权利要求1所述的点火驱动电路，其特征在于：所述零电压开关准谐振电路包括：
升压变压器(T3)，包括磁芯以及绕设在磁芯上的初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的中间抽头通过扼流电感(L7)连接在电源的正极，所述次级绕组的两个抽头分别连接点火针的两个电极；
谐振电容(C17)，并联连接在初级绕组的两端抽头上；
第一场效应管(Q20)，漏极连接在初级绕组的一端抽头上，源极接地；
第二场效应管(Q21)，漏极连接在初级绕组的另一端抽头上，源极接地；
第一二极管(D11)，正极与第一场效应管(Q20)的栅极连接，负极与第二场效应管(Q21)的漏极连接；
第二二极管(D10)，正极与第二场效应管(Q21)的栅极连接，负极与第一场效应管(Q20)的漏极连接；
所述PNP三极管(Q18)的集电极通过第一限流电阻(R53)与第一场效应管(Q20)的栅极连接，所述PNP三极管(Q18)的集电极通过第二限流电阻(R54)与第二场效应管(Q21)的栅极连接。
3.根据权利要求2所述的点火驱动电路，其特征在于：所述第一场效应管(Q20)和第二场效应管(Q21)的漏极之间串联连接有第一电阻(R57)和第二电阻(R58)，所述第一电阻(R57)和第二电阻(R58)连接端连接电源负极。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的点火驱动电路，其特征在于：所述NPN三极管(Q15)的集电极与PNP三极管(Q18)的基电极之间连接有第三电阻(R48)，所述PNP三极管(Q18)的基电极通过第四电阻(R47)与电源的正极相连接。
5.一种应用有如权利要求1至4任一权利要求所述的点火驱动电路的燃气灶点火电路，其特征在于：包括
点火开关(1)；
电源转换电路(2)，输入端与电源相连接；
控制器(3)，电源输入端与电源转换电路(2)的输出端相连接，信号输入端与点火开关(1)相连接，信号输出端与点火驱动电路相连接，用于向点火驱动电路传送驱动信号；
阀驱动电路(4)，电源输入端与电源转换电路(2)的输出端相连接，信号输入端与控制器(3)的信号输出端相连接，用于驱动燃气电磁阀进行开关动作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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