CN201237244Y - 智能型高能点火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能型高能点火装置，属点火器。点火电源采用高频逆变电技术，包括依次电路连接的浪涌抑制网络，EMI滤波网络，输入整流平滑电路，高频逆变电路，输出整流平滑电路，输出峰值能量检波电路，放电阀值控制电路，还包括与输入整流平滑电路连接的输入宽范围工作电源，与高频逆变电路连接的PWM控制电路，与输出峰值能量检波电路连接的输出峰值信号整形电路，同时PWM控制电路还与输入宽范围工作电源和输出峰值信号整形电路连接。优点是控制精度、响应速度及输出特性设置灵活精确；适应电网波动范围宽，有点火状态显示和点火状态无源触点输出。具有放电电压低、火花能量大、外形体积小、操作方便、安全可靠、耐腐蚀等优点。

Description

智能型高能点火装置

技术领域

本实用新型涉及一种点火装置，具体是一种智能型高能点火装置。它适应多种不同燃料的点火能量要求，可广泛用于电力、石化、冶金、航空、航天等高科技领域的各种燃气、燃油炉的点火。

背景技术

高能点火装置由高能点火器、输出电缆和点火枪组成，目前，其中的高能点火器一般由电源、工频变压器、整流电路、储能电容和触发装置组成，此种高能点火器的诸多缺陷是：工频变压器体积大比较笨重、输出点火能量随电网波动而波动、对输出参量不可控制以及输出瞬态响应差，无法实现限流限压、过流过压保护功能，点火时间短等。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种智能型高能点火装置，它的控制精度、响应速度及输出特性设置都非常灵活精确，安全性和可靠性极高，另外有点火状态显示和点火状态无源触点输出，可以实现与DCS系统(分散控制系统)通信，提高了设备的使用寿命(约十倍)，极大的缩短了设备的维修更换周期。

本实用新型的技术方案是：一种智能型高能点火装置，由高能点火器、输出电缆和点火枪组成。高能点火器包括：依次电路连接的浪涌抑制网络，EMI滤波网络，输入整流平滑电路，高频逆变电路，输出整流平滑电路，输出峰值能量检波电路，放电阀值控制电路，还包括与输入整流平滑电路连接的输入宽范围工作电源，与高频逆变电路连接的PWM控制电路，与输出峰值能量检波电路连接的输出峰值信号整形电路，同时PWM控制电路还与输入宽范围工作电源和输出峰值信号整形电路连接；其中：浪涌抑制网络用于控制浪涌电流的峰值大小；EMI网络用来抑制骚扰信号；输入整流平滑电路用于将50Hz交流电压源变换为脉动直流电源，供后级逆变电源使用；输出整流平滑电路将功率变压器输出倍压整流得到额定输出直流高压；输出峰值能量检波电路用于完成采集峰值功率控制和点火器状态显示信号以及故障信号输出；输出峰值信号整形电路主要实现将峰值检波信号积分展宽、边缘输出信号滤除。

工作原理是：当220V或110V交流工频电源，通过输入整流滤波电路得到相对平滑的直流电源V+，这时辅助电源即宽范围工作电源开始工作给相关的控制电路提供稳定的工作电源。此时PWM控制电路也进入工作状态，首先电路进入自检过程，检测相关反馈量是否正常，结束后进入缓启动过程，缓启动过程中PWM脉冲是由窄到宽逐渐变化，此脉冲波经过驱动放大后加到大功率开关管上，使得开关管按照控制规律工作，去推动高频变压器输出。当高频变压器建立输出后，也就完成了它传递能量的任务，这种用逆变的方式将电网能量传递到负载上，一般称为高频逆变电。输出高压也是在这一过程中从低到高逐渐建立直至闭环额定值。放电电流经放电管、屏蔽电缆等传输至点火枪半导体电嘴，形成高能电弧。当点火装置停止工作后，电容器上的剩余电荷通过泄放电阻泄放。

采用了现代最为流行的电力电子技术(高频逆变电技术)，从控制精度、响应速度及输出特性设置都非常灵活精确；适应电网波动范围宽，属低压电容放电装置。

本实用新型的积极效果是：在比较低的成本下利用了现代高频逆变电技术，实现了高能点火的需要，同时能够准确可靠的显示输出点火状态信号。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是高能点火器电原理框图；

图3是本发明的一个实施例电路图。

图1中：1、高能点火器，2、输出电缆，3、点火枪。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步详细描述。

如图1所示，智能型高能点火装置由高能点火器1、输出电缆2和点火枪3三部分组成。

如图2所示，高能点火器1包括依次电路连接的浪涌抑制网络RT1-1，EMI滤波网络，整流平滑滤波电路，高频逆变电路，输出整流平滑电路，输出峰值能量检波电路，放电阈值控制电路，还包括与整流平滑滤波电路连接的辅助电源，与高频逆变电路连接的PWM控制电路，与输出峰值能量检波电路连接的输出峰值信号整形电路，同时PWM控制电路还与辅助电源和输出峰值信号整形电路连接；其中：浪涌抑制网络用于控制浪涌电流的峰值大小；EMI网络用来抑制骚扰信号；整流平滑滤波电路用于将50Hz交流电压源变换为高电压直流电源，供后级逆变电源使用；输出整流平滑电路将功率变压器输出倍压整流得到额定输出直流高压；输出峰值能量检波电路用于完成采集峰值功率控制和点火器状态显示信号，以及故障信号输出；输出峰值信号整形电路主要实现将峰值检波信号积分展宽、边缘输出信号滤除。

如图3所示实施例的电路图：

本高能点火系统核心特点为点火器电源和整体控制结构。

点火器电源采用高频逆变电PWM技术，结合高漏抗变压器，超快速、超高压整流器，高灵敏度传感器等新型器件，进行控制结构上的更新。从而使得点火电源结构小，质量轻，高效率，高可靠性等诸多优点。

控制方式上，点火器电源对多个关键量进行了反馈控制。如：功率逆变主回路电流、输出峰值功率、输出电压等，从而达到对点火特性精确调整。同时在修正点火特性曲线时也很方便，使得点火器负载的使用寿命及可靠性都大大提高。实验时将传统点火器无法使用的点火枪接至本点火器上，通过调整点火器电源输出参数后，大约有90％的点火枪都可以正常使用，这样也大大节约了运行成本。

浪涌抑制网络：点火器电源输入设有整流滤波电路，在开机瞬间对电网有很大的浪涌电流冲击，所以回路必须设置抑制电路，来控制浪涌电流的峰值大小。主要电路为RT1，此元件为负温度系数电阻器，在开机时自身阻值比较大，可以起到限制回路最大电流的作用。当流过一定电流时，该元件自身产生功率损耗，温度升高电阻值随之减小，最终工作在一稳定范围内。

EMI滤波网络：EMI网络主要用来抑制骚扰信号。在复杂的电网环境中，为了保证产品工作稳定、可靠，必须要求产品具有抗骚扰能力；同时，设备自身工作时会产生共、差模干扰信号对电网产生污染。设置此网络既能抑制来自电网外部对设备的骚扰，也能防止设备自身对电网的骚扰，从而保证设备和电网的安全与净化。该网络主要由L1、C1、C2、C3等元件组成。

整流平滑滤波：该部分电路由全桥式整流、大容量高电压电解电容构成。主要作用是将50Hz交流电压源，变换为高电压直流电源，供后级逆变电源使用；由于该点火器设备最终输出高能量脉冲，此级整流平滑电源的品质好坏，将直接影响到整个电路的瞬态调节效果，从而影响该点火器的工作稳定性。该部分电路主要由BR1、C3、C4等元件构成。

工作电源即辅助电源：为输入宽范围工作电源。本部分采用高频一体集成IPM新型器件，电路特点为工作效率、可靠性高，各种保护功能较完善等，也是主系统稳定、可靠工作的条件之一。其主要由IPM元件、高频变压器、取样调整、整流滤波等组成。

高频逆变部分：主逆变电路采用半桥结构，结合高漏抗变压器，按PWM方式工作。该部分电路主要由以下C7、C10、R8、R11、T1、T2、B2、R7、R25、B1、B2等组成。T1、T2、B1、C7、C10构成半桥主电路，R8、R11是C7、C10的均压电阻，R4、R28是T1、T2的偏置电阻，R7、C13、C17、R25分别为T1、T2的吸收网络，还有高频、高漏抗变压器B1，桥臂电流传感器B2。本实施例电路特点是元件数量少，电路结构简单、精练；当电源输入，在C9、C14滤波电容上得到直流电源，辅助电源开始工作，输出电源Vcc供给各相关控制电路。PWM主控制电路IC1在得到Vcc后进入工作状态，先检测相关信号判别各关键电路有无故障，如检测正常IC1输出PWM信号，经驱动电路产生两路具有一定推动能力的两路信号，分别由R9、R25接至T1、T2的栅极控制T1、T2按照控制规律工作。T1、T2、B1、C7、C10构成了半桥主电路，其中C7、C10也比较重要在电路中起到隔直、平衡、分压的作用，R8、R11是C7、C10的均压电阻。R4、R28分别是T1、T2的偏置电阻，R7、C13、C17、R25分别为T1、T2的吸收网络，是防止MOSFET在高频工作中过电压损坏。

B1是高频、高漏抗变压器，其主功率传递是由它完成的。B2是桥臂电流传感器，取桥臂中最大峰值电流以起到保护功率器件的作用。

输出整流平滑电路：输出采用倍压整流电路。将功率变压器输出倍压整流得到额定输出直流高压，这是高压输出电源经典电路，特点是结构简单，性能可靠。由于点火器电源工作方式为高能量脉冲输出，对此部分的元件冲击相对较大，所以在元件参数和品质的选取上要特别注意。如：整流元件V_R≥10KV，IFSM≥10A等。该部分主要由D1、D2、C3、C5、C6、C8等元件构成。

输出峰值能量检波：此部分主要完成采集峰值功率控制和点火器状态显示信号，以及故障信号输出等。核心部件采用超微晶材料传感器，其工作状态稳定，离散性小和信号衰减度、失真度小等，诸多优点给系统控制与稳定度提供了先决条件。该部分主要元件为POW1、R49、R48、D16、C31等组成

输出峰值信号整形：该部分电路主要实现将峰值检波信号积分展宽、边缘输出信号滤除；

1)信号积分

由于高能放电过程中相当复杂，其扑捉的信号都为高频群脉冲信号脉冲宽度很窄，如对每个脉冲信号进行控制是非常困难的，同时也容易造成整个系统的稳定性下降。因此，该系统采用周期脉冲控制方案，即拾取一段周期内的脉冲信号，进行积分取平均值进行放大给出控制参量，送至控制级。

(2)信号展宽

由于该点火系统具备多种状态显示及输出故障告警功能等。状态显示是由高亮度LED频闪完成，如果输出高脉冲信号周期小(纳秒级)，LED不响应或不可视，只有将脉冲序列展宽为F≦5Hz信号，才能保证LED完成显示工作。

故障信号输出，是将展宽信号进行再积分取平均值进行比较，处理成高、低电平信号去控制状态继电器工作。

(3)边缘输出信号滤除

要使系统控制精确可靠，必须具备高抗骚扰能力。在此系统中，负载工作固有边缘触发过程，也就是临界触发和临界截止，如果此部分不加以控制处理，会产生控制误区，造成控制失步现象。

因此，临界触发和临界截止现象，必须加以消影。工作时这部分信号比较弱，脉宽窄；最大的不同是没有规则，频率离散相当大等。利用这些现象本电路有效的将其滤除。

PWM控制：点火器控制电路采用PWM方式，所采用的电路是目前非常成熟稳定的集成芯片。保护功能完善、有快速响应封锁端、有精密基准电压、两个独立的误差调节器、双路PWM输出以及输出方式的控制端口等。

在本系统中是将输出直流高压分压得到Vf反馈值，与基准电压进行比较，通过PI调节器产生误差信号来实现脉宽调节。如果输出负载特性或参量变化，要求系统输出值改变时，仅仅需要调节基准值就可以。该系统可供调节范围从1KV---4KV。同时，输出电压对负载的响应速度，可以通过PI参量进行调节；

本系统还有另一电流环路调节器，系统在工作时，将主回路脉动电流通过传感器取出、绝对值后与输出峰值功率信号，通过乘法器进行运算，得到If反馈量，反馈给PWM控制电路与基准设定值进行比较，通过积分调节器产生误差信号，从而控制输出最大电流Io，达到控制目的。如果依据某些要求，需要改变系统输出特性时，只要调节电流环给定基准即可。

在使用中如需要增加远程计算机控制也很方便，该系统具备远程开关机、参量给定、工作状态及故障信号输出等接口。

此部分主要元件有IC1、IC3、R12、R13、R22、R26、C12、C19、VR1、Q5、D3、D4、D5、D6等等组成。IC1采用TL494固定频率的脉冲宽度调制电路。

Claims (3)

1、一种智能型高能点火装置，由高能点火器(1)、输出电缆(2)和点火枪(3)组成，其特征是高能点火器包括：依次电路连接的浪涌抑制网络，EMI滤波网络，输入整流平滑电路，高频逆变电路，输出整流平滑电路，输出峰值能量检波电路，放电阀值控制电路，还包括与输入整流平滑电路连接的输入宽范围工作电源，与高频逆变电路连接的PWM控制电路，与输出峰值能量检波电路连接的输出峰值信号整形电路，同时PWM控制电路还与输入宽范围工作电源和输出峰值信号整形电路连接；其中：浪涌抑制网络用于控制浪涌电流的峰值大小；EMI网络用来抑制骚扰信号；输入整流平滑电路用于将50Hz交流电压源变换为脉动直流电源，供后级逆变电源使用；输出整流平滑电路将功率变压器输出倍压整流得到额定输出直流高压；输出峰值能量检波电路用于完成采集峰值功率控制和点火器状态显示信号以及故障信号输出；输出峰值信号整形电路主要实现将峰值检波信号积分展宽、边缘输出信号滤除。

2、根据权利要求1所述的智能型高能点火装置，其特征是点火器控制电路采用PWM方式。

3、根据权利要求1所述的智能型高能点火装置，其特征是高频逆变电路由T1、T2、B1、C7、C10构成的半桥主电路，C7、C10的均压电阻R8、R11，T1、T2的偏置电阻R4、R28，T1、T2的吸收网络R7、C13、C17、R25，及高频、高漏抗变压器B1，桥臂电流传感器B2组成。

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