JPS6333615B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特にオイルバーナ用の液体燃料に対
する点火に使用する高出力火花放電用トランジス
タ点火装置に関する。

気体燃料に点火する場合に比し、液体燃料に点
火を試みる場合における点火装置の火花出力は、
間欠的では足りず、強力な高出力火花の発生が要
求される。従来は、そのための方法として、容量
が比較的大きいリーケツジ・トランスを用いる方
法、あるいはサイリスタ・トライアツクなどの半
導体素子を用いてコンデンサの充電々荷を瞬時放
電させる容量エネルギ制御型（Ｃ型）の半導体点
火方法が利用されている。しかし前者の方法は、
高火花出力を得るには確実であるが高価になり、
後者の方法では、点火発振周波数が高いためサイ
リスタなどのスイツチング素子の転流制御、ある
いはスイツチング素子の発熱防止制御などの各種
の制御が困難である。

これに対し、近時、変圧器の一次巻線で直列共
振回路を形成し、トランジスタによつて発振動作
を制御する誘導エネルギ制御型（Ｌ型）の半導体
点火方法が提案されている。この点火方法はトラ
ンジスタを用いるため周囲温度に対する補償ある
いは入力供給電圧の変動に対する補償を考慮する
必要があるだけでなく、さらにトランジスタのス
イツチング動作効率を高め、トランジスタ自体の
スイツチング損失を少なくしてその発熱を防止す
る対策などが必要となる。

周囲温度変化あるいは入力供給電圧変動に対す
る対策としては既に特開昭54−106367号明細書に
おいてその一方法が開示されているが、トランジ
スタ自体のスイツチング効率を高めてその寿命対
策を施したものは存在してない。

本発明は、トランジスタを用いた誘導性放電点
火装置において、変圧器一次巻線にコンデンサを
並設して直列共振回路を形成し、この一次巻線と
磁気結合する三次巻線を設けて、トランジスタの
ベース回路に正帰還し、この三次巻線と自己バイ
アス・コンデンサとの直列回路によつて、トラン
ジスタ自体のスイツチング損失を軽減した低損
失、高出力のトランジスタ点火装置を提供するこ
とを目的としている。さらに本発明では、高出力
火花の発生の際に同時に招来する点火ノイズに対
しても雑音低減を配慮した点火装置を提供してい
る。

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図中、１は商用交流電力源で、導線２およ
び３に供給される。この導線には、中点を接地さ
れた二つのコンデンサ４および５の直列回路と別
のコンデンサ７がそれぞれ並列に配される。さら
に導線２および３は、四つのダイオードからなる
公知の全波整流回路８に交流電圧を印加してい
る。この整流回路８からは導線９および１１に全
波整流電圧が印加され、導線９にはチヨークコイ
ル１２および抵抗１３が設けられ、さらに平滑コ
ンデンサ１４が導線１５および１１間に接続され
ることによつて直流電源を構成している。また、
導線１５および１１間には、抵抗１６および１７
からなるバイアス分圧回路と、昇圧変圧器２０の
一次巻線２２およびトランジスタのコレクタ・エ
ミツタ回路の直列回路とがそれぞれ並設される。
一方、一次巻線２２には共振コンデンサ２８が、
またトランジスタ３０のエミツタ・コレクタ間に
はダイオード１９がそれぞれ並列接続される。

昇圧変圧器２０は、さらに火花電極２９に接続
した二次巻線２３と、三次巻線２６とがヨーク２
１を経て先の一次巻線２２と磁気的に結合してい
る。三次巻線２６と一次巻線２２とは、極性印２
５および２７で示す如く、トランジスタ３０に対
して正帰還するように極性が選定される。バイア
ス抵抗１７には、この三次巻線２６とバイアス・
コンデンサ３１との直列回路が並列に接続され、
また抵抗１７の一端１８は転流電流阻止用の抵抗
３２を介してトランジスタ３０のベースＢに接続
されている。

この様に構成された点火装置では、変圧器２０
の一次巻線２２に電圧が印加されると、この一次
巻線２２に電磁エネルギーが蓄えられる。このた
め論理的には、この蓄積電磁エネルギを元にし
て、共振コンデンサ２８と二次巻線２２との直列
共振回路が形成され、これ等の容量Ｃとインダク
タンスL₁とで決る周波数で供振し、その結果上
昇した一次巻線２２の誘起電圧は、二次巻線２３
でさらに昇圧し、電極２９に火花を発生する。す
なわち、コンデンサ２８と巻線２２で決る周波数
を例えば、約10KHz〜30KHz程度の値に設定する
と、その共振状態では巻線２２の直流抵抗分ｒの
みとなつて最大電流が流れ、この大電流によつて
発生したエネルギーは、二次巻線２３によつて更
に昇圧される。

本発明では、二次巻線側の負荷変動、例えば火
花電極間のスパーク発生時、解放時あるいは短絡
時の各状態にもトランジスタのスイツチング損
失、または過渡ストレスに対する補償対策を提供
しており、以下その動作を述べる。

通常、トランジスタの自己発熱の要因となるス
イツチング損失SLは、第４図ａに示すようにコ
レクタ電流I_Cおよびコレクタ・エミツタ間電圧
V_CEの関係から、コレクタ電流の流れ始めと流れ
終りの時期に集中しているため、このスイツチン
グ損失SLを低減するには、第４図ｂに示すよう
にコレクタ・エミツタ間電圧V_CEが充分低下した
t₁の時点からコレクタ電流I_Cを流す対策をとれば
良い。しかし一方では、コレクタ電流の減少をも
意味するため火花出力の低下を招来することの無
い範囲で所定の火花出力を確保することが必要と
なる。

このことを第２図の各部波形図とともに一発振
動作サイクルで説明する。

第２図ａはトランジスタ３０が飽和しないとき
の各部波形図、同ｂはトランジスタ３０が飽和し
てブロツキング現象を起こすときの各部波形図で
ある。第２図ａ，ｂにおいて、イは三次巻線２６
の誘起電圧、ロはトランジスタ３０のベース電流
I_B、ハはコンデンサ３１の残留電荷、ニはトラン
ジスタ３０のコレクタ・エミツタ間電圧V_CE、ホ
はトランジスタ３０のコレクタ電流である。

まず、第２図ａに基づいてトランジスタ３０が
飽和しないときの動作を説明する。直列共振回路
においては、一次巻線２２から共振コンデンサ２
８へ、また、その反対に共振コンデンサ２８から
一次巻線２２へと交互にエネルギが供給されるた
め、一次巻線２２の端子電圧は−Ｅから＋Ｅまで
変動する。

従つて、この一次巻線２２の端子電圧とコンデ
ンサ１４の端子電圧とが重畳され、トランジスタ
３０のコレクタ・エミツタ間の印加された電圧は
＋2Eから０の間で変動する。

まず、一次巻線２２のコイル電圧がt₀の時点で
反転して上昇し始めると同時に三次巻線２６にも
誘起電圧（第２図ａのイ）が生じ、トランジスタ
３０のベースＢを順方向にバイアスする電流が流
れようとする。しかしこのときコンデンサ３１に
は既に第２図に示す直流電圧V_Cが第１図の接
続点Ａ側を正とする極性に残留電荷が存在するた
め、ベース電流I_B（第２図ａのロ）はすぐには流
れず、コンデンサ３１の残留電荷（第２図ａの
ハ）が放電して減少し、かつ、コレクタ・エミツ
タ間電圧V_CE（第２図ａのニ）が低下した所定時
間後のt₂の時点からベースＢにベース電流I_Bが流
れ始め、トランジスタ３０が導通する。

このため、導通したトランジスタ３０を通して
コレクタ電流I_Cが電力源から供給され、直列共振
回路への電磁エネルギを補給する。一次巻線２２
のコイル電圧が降下すると、三次巻線２６の誘起
電圧およびベース電流I_Bは減少し、コンデンサ３
１の充電電荷も抵抗１７からの電流I_aによつて放
電し減少する。

しかし、抵抗１６，１７および３２の抵抗値
r₁₆、r₁₇およびr₃₂をr₃₂≪r₁₇かつr₁₇≪r₁₆の関係に
選定してあるため、コンデンサ３１は、第２図
のように正の残留電荷が維持される。このためコ
レクタ電流の流れ始めおよび流れ終りの期間（第
２図のt₁からt₂の期間）は、トランジスタ３０
のコレクタ電圧が、電源電圧Ｅに比し充分降下し
ている期間内に制御できることになり、トランジ
スタの内部損失はコンデンサ３１のオートバイア
ス機能により極めて低く押えることが可能とな
る。

次に二次巻線２３側の負荷変動について考慮す
る場合、つまり、トランジスタ３０が飽和してブ
ロツキング現象を起こすときの動作を第２図ｂに
基づいて説明する。スパークが発生している定常
負荷状態時に、トランジスタ３０を飽和させずに
フルスウイングで作動させると、電極２９間のオ
ープン時（スパークなし）のときには、t₁−ａの
時点でコレクタ・エミツタ間が短絡状態となり、
t_1-bの時点で非短絡状態に復帰する。この短絡状
態時においては、一次巻線２２、コンデンサ１
４、三次巻線２６、コンデンサ３１、抵抗３２お
よびトランジスタ３０のベース・コレクタ間で形
成する閉回路が低インピーダンス回路となるた
め、トランジスタ３０には瞬時過大電流I_C ^*が流
れ、同時に逆バイアス電圧が印加され、トランジ
スタ３０の異常温度上昇あるいは破壊を招くおそ
れがある。

しかし、トランジスタ３０のベースに接続した
抵抗３２がベース・コレクタ間を流れる瞬間ベー
ス電流を抑制し、また、そのコレクタ・エミツタ
間に逆極性に接続したダイオード１９で該コレク
タ・エミツタ間に加わる逆電圧を抑制するため、
上記トランジスタの温度上昇あるいは破壊を確実
に防止する。

なお、第１図の実施例点火装置の雑音抑制機能
を述べておくと、ラジオ・テレビ等の通信機器に
与える雑音として、コンデンサ４および５が対ア
ース間のコモンモード雑音を、また対電源ライン
間のノルマルモード雑音に対しては、チヨーク・
コイル９および抵抗１２によつて過渡突入電流を
抑える機能によつてそれぞれ雑音の除去を行つて
いる。

第３図は、本発明の他の実施例点火装置であつ
て、第１図の実施例とは、トランジスタ３０のベ
ース回路に改良が加えられている。その他の構成
は、第１図の実施例と同じであるので説明を省略
し、別なる構成部分のみを説明する。

第３図では、第１図回路の抵抗１７の代りにダ
イオード４０が、また接続点１８と接続点Ａとの
間に抵抗４１およびダイオード４２が挿入されて
いる。第３図の点火装置の動作は、第１図の場合
とほぼ同様であるが、諸定数の都合で三次巻線２
６による逆バイアス電圧がトランジスタ３０のベ
ース・エミツタ逆耐圧近く又はそれ以上になる場
合は、ベース・エミツタ間保護用としてダイオー
ド４０、ならびに抵抗４１とダイオード４２との
並列回路を設けたものである。

以上のように、本発明によれば、誘導性エネル
ギの放電を利用したトランジスタ点火装置におい
て、スパーク発生時すなわち定常負荷時だけでな
く、二次側電極の開放時でも、トランジスタの内
部損失を抑制できるので、トランジスタの発熱に
よる熱破壊を防止できるだけでなく、同時に供給
される商用変流電源の電圧に対しても、自動的に
三次巻線および直流バイアス・コンデンサの機能
によつてトランジスタの損失増加を抑制し、破壊
を防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一の実施例トランジスタ
点火装置の回路接続図を、また第２図は同装置の
各種の電流電圧波形図を示し、さらに第３図で
は、本発明の他の実施例トランジスタ点火装置の
回路接続図を示し、第４図はトランジスタのスイ
ツチング損失の説明図を示している。 １６，１７……バイアス抵抗、１９……ダイオ
ード、２０……昇圧変圧器、２２，２３および２
６……一次、二次および三次巻線、２９……火花
電極、３１……バイアス・コンデンサ、４０……
ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一次巻線、二次巻線および三次巻線をもつ昇
   圧変圧器と、この昇圧変圧器の二次巻線に結線さ
   れるスパーク電極と、上記昇圧変圧器の一次巻線
   を介して直流電源の両端間に接続されたトランジ
   スタと、上記昇圧変圧器の一次巻線に対して並列
   に接続されることによつて共振回路を構成する共
   振コンデンサと、前記トランジスタのエミツタ・
   コレクタ間にその極性に対して逆極性となるよう
   に接続された逆電圧抑制用ダイオードと、一端が
   前記直流電源の正極側に接続された第１の抵抗
   と、この第１の抵抗を介して前記直流電源の出力
   端間に接続されることによつてバイアス分圧回路
   を構成する第２の抵抗と、この第１、第２の抵抗
   の接続点と前記トランジスタのベースとの間に接
   続された第３の抵抗と、前記昇圧変圧器の三次巻
   線を介して前記第２の抵抗に並列接続されること
   により、この三次巻線の出力を前記トランジスタ
   のベースに対して正帰還させる正帰還回路を構成
   するバイアス用のコンデンサとを備え、前記第
   １、第２、第３の抵抗値をr₁、r₂、r₃とした時、
   r₁≫r₂≫r₃なる条件を満すように設定されている
   ことを特徴とするトランジスタ点火装置。 ２ トランジスタはエミツタ接地に接続されると
   ともに、Ｂ級動作によつて作動するようにベース
   バイアス電圧が設定されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のトランジスタ点火装
   置。 ３ 直流電源は交流商用電力を整流するダイオー
   ドブリツジと、このダイオードブリツジの出力を
   平滑する平滑コンデンサとによつて構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   トランジスタ点火装置。 ４ 直流電源は交流商用電力を整流するダイオー
   ドブリツジと、このダイオードブリツジの出力を
   平滑する平滑コンデンサと、前記ダイオードブリ
   ツジの入力端間に接続された雑音防止用コンデン
   サと、前記ダイオードブリツジの出力側に直列接
   続された突入電流阻止用のチヨークコイルとによ
   つて構成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のトランジスタ点火装置。 ５ 第２の抵抗は、逆バイアス接続されたダイオ
   ードによつて構成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のトランジスタ点火装置。 ６ 正帰還回路は第１、第２の抵抗接続点とバイ
   アス用のコンデンサとの間に第４の抵抗とトラン
   ジスタに対するバイアスに対して順方向に接続さ
   れたダイオードとの並列体を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のトランジスタ点
   火装置。