KR102394538B1

KR102394538B1 - 자가-튜닝 전력증폭기를 구비한 코로나 점화기

Info

Publication number: KR102394538B1
Application number: KR1020197005383A
Authority: KR
Inventors: 케이스 햄프턴; 알프레드 뻬르무이; 존 안토니 버로우스
Original assignee: 테네코 인코퍼레이티드
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2022-05-04
Also published as: CN109964026A; EP3497319A1; WO2018031504A1; KR20190034579A; CN109964026B; JP2019527793A; JP6975773B2

Abstract

코로나 점화 시스템용 전력 증폭기 회로가 제공된다. 이 회로는 RF 변압기의 2차 권선의 일단부에 연결된 인덕터와 커패시터를 포함한다. 2차 권선의 타단부는 접지에 연결된 전류 센서에 연결됩니다. 변압기는 또한 일단부가 전압 서플라이에 연결되고 타단부가 한 쌍의 스위치에 연결된 1차 권선을 포함한다. 권선들은 코어 둘레에 감겨 있고, 전류는 DC 전압 서플라이에서 스위치로 플러 코어에 자속을 생성한다. 전압은 점화기를 통해 흐르는 전류에 의해 2차 권선 상에 생성된다. 이 전압은 스위치에 피드백되어 온 타이밍 및 오프 타이밍을 제어한다. 점화기로 이동하거나 점화기로부터 이동되는 전류가 제로일 때 전압은 코로나 점화기에 제공되거나 점화기로부터 인출된다.

Description

자가-튜닝 전력증폭기를 구비한 코로나 점화기

본 출원은 2016년 8월 8일 출원된 미국 특허출원 제15/230,927호의 우선권으로 주장하고 그 전문은 본 출원에 참조로서 포함된다.

본 발명은 일반적으로 자동차 응용 분야 등에서 공기/연료 혼합물을 점화하기 위해 사용되는 점화기에 관한 것으로, 특히 코로나 점화 시스템에 사용하기 위한 자가-튜닝(self-tuning) 전력증폭기에 관한 것이다.

미국 특허 제6,883,507호에는 코로나 방전 공기/연료 점화 시스템에 사용하기 위한 점화기가 개시되어있다. 연소를 점화하는데 사용되는 예시적인 방법에 따르면, 전극은 높은 RF 전압 전위로 충전되어 연소실 내에 강한 RF 전기장을 생성한다. 강한 전기장은 이어서 연소실 내의 연료-공기 혼합물의 일부가 이온화되도록한다. 연료 공기 가스를 이온화하는 공정은 절연 파괴(dielectric breakdown)를 개시할 수 있다. 그러나 전기장은 동적으로 제어되어, 절연 파괴가, 플라즈마를 형성하고 또한 전극으로부터 접지된 실린더 벽 또는 피스톤까지 전기 아크로 타격(struck)되는 전자 애벌런시(electron avalanche)의 레벨까지 진행되지 못하게 한다. 전기장은 연료-공기 가스의 일부만이 이온화되는 수준으로 유지되는데, 이 일부분은 이전 설명한 바와 같은 플라스마를 초래하는 전자 애벌란시 연쇄 반응을 생성하기에 불충분하다. 그러나, 전기장은 충분히 강하게 유지되므로 코로나 방전이 발생된다. 코로나 방전에서, 전극상의 일부 전하는 작은 전류로서 가스를 통해그라운드로 운반되어 소멸되거나, 이온화된 연료-공기 혼합물로부터 방출되는 전자 또는 이온화된 연료-공기 혼합물로부터 전극으로 흡수된 전자를 통해 소멸되지만, 전류는 매우 작고 전극에서의 전압 전위는 아크 방전에 비해 매우 높게 유지된다. 충분히 강한 전기장은 연료-공기 혼합물의 일부를 이온화시켜 연소 반응을 촉진시킨다. 이온화 된 연료-공기 혼합물은 화염면(flame front)을 형성하고 이는 자체 유지(self-sustaining)되어 나머지 연료-공기 혼합물을 연소시킨다.

도 1은 용량 결합형 RF 코로나 방전 점화 시스템을 나타낸다. 전극(40)이, 연료-공기 혼합물에 직접 노출되어지는 피드스루(feedthru) 절연체(71b)를 감싸는 유전체 물질 밖으로 연장되지 않기 때문에, 이 시스템은 "용량 결합형"으로 지칭된다. 오히려, 전극(40)은 피드스루 절연체(71b)에 의해 가려져 있고, 연소실(50)에서 전기장을 생성하기 위해 피드스루 절연체의 일부를 통과하는 전극의 전기장에 의존한다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어 전자장치 및 1차 코일 유닛(60)의 기능 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 전자장치 및 1차 코일 유닛(60)은, 예를 들어 DC 소스로부터 150 볼트의 전압을 라인(62)을 통해 수신하는 중앙 탭형 1차 RF 변압기(20)를 포함한다. 고전력 스위치(72)는 원하는 주파수, 예를 들어 고전압 회로(30)의 공진 주파수(도 1 참조)에서 위상 A 및 위상 B의 두 위상 사이에서 변압기(20)에 인가된 전력을 스위칭하기 위해 제공된다. 150 볼트 DC 소스는 또한 제어 전자장치 및 1차 코일 유닛(60) 내의 제어 회로용 파워서플라이(74)에 연결된다. 제어 회로 파워서플라이(74)는 전형적으로 150 볼트 DC 소스를, 예를 들어 5-12V와 같은 제어 전자장치에 허용가능한 레벨로 전압강하한다. 도 1 및 도 2의 "A"로 지시된 변압기(20)로부터의 출력은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 2차 코일 유닛에 수용된 고전압 회로(30)에 전력을 공급하는데 사용된다.

변압기(20)로부터 출력된 전류 및 전압은 지점 A에서 검출되고, 종래의 신호 조절(conditioning)은 예를 들어 신호로부터 잡음을 제거하기 위해 각각 73 및 75에서 수행된다. 이 신호 조절은 능동, 수동 또는 디지털, 저역 통과 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 전류 신호와 전압 신호는 전파 정류되어 각각 77 및 79에서 평균화된다. 신호 잡음을 제거하는 전압 및 전류의 평균화는 기존 아날로그 또는 디지털 회로로 수행될 수 있다. 평균화 및 정류된 전류 및 전압 신호는 전압을 전류로 나누어 실제 임피던스를 계산하는 분배기(divider)(80)로 보내진다. 전류 및 전압 신호는 또한 고전압 회로(30)에 대한 공진 주파수인 주파수를 출력하는 위상 검출기 및 위상 록 루프(PLL: phase locked loop)(78)로 보내진다. PLL은 출력 주파수를 조정함으로써 공진 주파수를 결정하고 따라서 전압과 전류는 동상으로 된다. 직렬 공진 회로의 경우, 공진에서 여기될 때 전압과 전류가 동상으로 된다.

계산된 임피던스 및 공진 주파수는, 변압기(20)를 구동하기 위해, 계산된 듀티 사이클을 각각 갖는 두 개의 펄스 신호, 즉 위상 A 및 위상 B를 출력하는 펄스 폭 변조기(82)에 전송된다. 펄스 신호의 주파수는 PLL(78)로부터 수신된 공진 주파수에 기초한다. 듀티 사이클은 분배기(80)로부터 수신된 임피던스 및 시스템 제어기(84)로부터 수신된 임피던스 설정포인트(setpoint)에 기초한다. 펄스 폭 변조기(82)는 두개의 펄스 신호의 듀티 사이클을 조정하여 분배기(80)로부터의 측정된 임피던스가 시스템 제어기(84)로부터 수신된 임피던스 설정포인트와 일치하게 한다.

시스템 제어기(84)는 임피던스 설정 포인트를 출력하는 것 이외에 트리거 신호 펄스를 펄스 폭 변조기(82)에 전송한다. 이 트리거 신호 펄스는 도 1에 도시된 바와 같이 고전압 회로(30) 및 전극(도시되지 않음)의 활성화를 제어하는 변압기(20)의 활성화 타이밍을 제어한다. 트리거 신호 펄스는 도시되지 않은 마스터 엔진 제어기(86)로부터 수신된 타이밍 신호(61)에 기초한다. 타이밍 신호(61)는 점화 시퀀스를 언제 시작할지 결정한다. 시스템 제어기(84)는 이러한 타이밍 신호(61)를 수신한 다음 적절한 순서의 트리거 펄스 및 임피던스 설정 포인트를 펄스 폭 변조기(82)에 전송한다. 이 정보는 펄스 폭 변조기에게 언제 점화할 것 인지, 얼마나 많은 시간을 점화할 것인지, 얼마나 오래동안 점화할 것인지, 및 임피던스 설정 포인트를 전해준다. 원하는 코로나 특성(예를 들면, 점화 시퀀스 및 임피던스 설정 포인트)은 시스템 제어기(84)에서 하드코딩되거나 또는 이 정보는 마스터 엔진 제어기(86)로부터의 신호(63)를 통해 시스템 제어기(84)에 전송된다. 시스템 제어기(84)는, 최근의 엔진 제어 및 점화 시스템에서 통상적인 바와 같이, 진단 정보를 마스터 엔진 제어기(86)로 전송할 수 있다. 진단 정보의 예는 전압 부족/과 전압 공급, 전류 및 전압 신호로부터 결정된 점화 실패 정보 등을 포함한다.

본 발명은 자가-튜닝 전력증폭기를 구비한 코로나 점화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

RF 변압기의 2차 권선의 일단부에 인덕터와 캐패시터가 연결된 전력증폭기 회로가 제공된다. 2차 권선의 타단부는 그라운드에 연결된 저항에 연결된다. 변압기는 또한 일단부가 파워서플라이에 연결된 1차 권선을 구비한다. 1차 권선의 타단부는 스위치에 연결된다. 권선들은 마그네틱 코어 둘레에 감겨진다. 1차 권선은 파워서플라이로부터 스위치로 흐르는 전류가 반대방향으로 코어 내에 자속(magnetic flux)을 유발하도록 배열된다. 회로의 발진을 시작하기 위해, 스위치 중 하나가 잠시 턴온되어 인덕터와 캐패시터를 링(ring)시킨다. 결과적으로, 전압은 2차 권선과 전류 센서에서 생성되고, 인덕터와 캐패시터의 고유의 주파수에서의 전압만을 남기며 모든 잡음을 필터링하는 회로로 공급된다. 전류 센서는 저항, 다이오드, 인덕터 및 캐패시터 중 적어도 하나를 포함한다. 이 전압은 온 타이밍 및 오프 타이밍을 제어하는 스위치로 피드백된다. 이런 방식으로 고유 주파수를 측정하고 기록해야할 필요성이 없어진다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 코로나 점화 시스템을 위한 전력증폭기 회로가 제공되는데, 이 회로는 코어 둘레에 감겨진 1차 권선 및 2차 권선을 구비한 RF 변압기; 2차 권선의 일단부에 연결된 인덕터 및 캐패시터; 2차 권선의 타단부에 연결된 전류 센서를 포함하고, 2차 권선에 유도된 전류는 코어 내에 반대방향으로 자속을 생성한다.

본 발명의 하나의 양태에서, 1차 권선은 가변 파워서플라이에 연결된 일단부와, 제1 및 제2 스위치에 부착된 타단부를 구비하여 제1 및 제2 스위치의 온 및 오프 타이밍이 제어된다.

본 발명의 다른 양태에서, 2차 권선은 코로나 점화기에 출력 신호를 제공한다.

본 발명의 다른 양태에서, 2차 권선의 단부들은 코로나 점화기 시스템을 작동하기 위해 회로를 구동하는 2개의 스위치에 각각 연결되고, 따라서 코로나 점화기가 점화된다.

본 발명의 다른 양태는, 상부 표면으로 코로나 점화기를 수용하는 연소실까지 연장하는 점화기 개구를 구비한 실린더 헤드를 포함하는 내부 연소 엔진(internal combustion engine)을 제공한다. 엔진은 또한 엔진 컴퓨터로부터 신호를 수신하도록 구성되는 제어회로; 및 점화기 조립체를 그 공진 주파수에서 구동하기 위해 교류 및 전압 신호를 생성하는 전력증폭기를 포함한다. 점화기 조립체는 LCR 회로를 형성하는 인덕터, 캐패시터, 및 전류 센서를 포함하고, 인덕터의 일단부는 점화 단부 조립체를 통해 연소 엔진의 연소실 내의 전극 크라운에 연결되어 있다.

본 발명의 하나의 양태에서, 전력증폭기 회로는 각각이 코어 둘레에 감겨진 1차 권선 및 2차 권선을 구비한 RF 변압기; 2차 권선의 일단부에 연결된 인덕터 및 캐패시터; 2차 권선의 타단부에 연결된 전류 센서를 포함하고, 2차 권선에 유도된 전류는 코어내에 자속을 반대방향으로 생성한다.

본 발명의 다른 양태에서, 제어 회로는 전력증폭기 회로에 인가하기 위해 전압을 결정하고, 전력증폭기 회로는 권선들을 통해 전류를 구동하고 점화기 조립체의 공진 주파수의 피드백 신호를 제공하고, 점화기 조립체는 캐패시터에서의 캐패시턴스, 전류 센서에서의 레지스턴스, 및 인덕터에서의 인덕턴스가 조합될 때 특정 주파수에서 공명한다.

본 발명의 다른 양태에서, 1차 권선은 파워서플라이에 연결된 일단부와 제1 및 제2 스위치에 부착된 타단부를 가지며, 제1 스위치와 제2 스위치의 온 및 오프 타이밍이 제어된다.

본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징들은 예시적인 실시예의 상세한 설명을 통해 당업자에게 보다 명백하게 이해될 수 있다.

본 발명에 따르면 전술한 목적을 달성할 수 있다.

도 1은 종래 기술에서의 예시적인 코로나 방전 점화 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술 시스템에 따른 제어 전자장치 및 1차 코일 유닛의 기능 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 자가-튜닝 회로를 나타낸 도면.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 코로나 점화 시스템에서 도 3의 회로의 구현을 도시하는 블록도.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 코로나 점화 시스템에서 도 3의 회로의 구현을 도시하는 블록도.

전력증폭기 회로는 RF 변압기의 출력 권선의 일단부에 접속된 인덕터 및 캐패시터를 구비한다. 출력 권선의 타단부는 전류 센서에 연결되고 결과적으로는 접지에 연결된다. 전류 센서는 저항 다이오드, 인덕터 및 캐패시터 중 적어도 하나를 포함한다. 변압기는 2개의 1차 권선을 구비한다. 2개의 1차 권선의 일단부는 가변 DC 전압 서플라이에 연결된다. 각 1차 권선의 타단부는 MOSFET에 연결된다. 3개의 모든 권선은 페라이트 코어 주위에 감겨진다. 2개의 1차 권선은 DC 전압 서플라이로부터 MOSFET으로 흐르는 전류가 페라이트 코어에서 반대 방향으로 자속을 발생 시키도록 배열된다. 회로의 발진을 시작하기 위해, MOSFET 중 하나가 잠시 턴온되어 인덕터와 캐패시터를 링(ring) 시킨다. 결과적으로 2차 권선 회로 센서에 전압이 생성되어 회로에 공급되고 회로는 인덕터 캐패시터의 고유 주파수에서 전압을 남기고 모든 노이즈를 걸러 낸다. 이 전압은 MOSFET에 피드백되어 온 타이밍 및 오프 타이밍을 제어한다. 이러한 방식으로 고유 진동수를 측정하고 기록할 필요성이 제거된다.

도 3에 도시된 회로는 변압기, 변압기를 구동하는 MOSFET, 및 변압기의 동작 주파수를 조정(tune)하는 피드백 회로를 포함한다. 변압기는 일예로서 코어 둘레에 4 세트의 권선을 갖는 페라이트 코어를 구비한다. 인덕터 L1과 L2는 1차 권선이며 DC 전압 서플라이에 연결된 지점에서 함께 결합된다. 회로는 전압 공급 전압 범위에서 동작하도록 설계될 수 있으며, 이 실시예에서 전압은 60VDC로 설정될 것이다. 인덕터 L1 및 L2의 타단부는 MOSFET으로 표시된 스위치에 각각 연결된다. 당업자라면 쉽게 이해할 수 있듯이, 다른 유형의 스위치가 사용될 수도 있다. 각 스위치는 발진기(oscillator)로 언급될 수도 있다.

인덕터 L3은 변압기의 2차 또는 출력 인덕터이다. L3의 일단부는 낮은 값의 저항을 통해 연결된다. 타단부는 코로나 점화기의 인덕터에 연결된다. 4번째 인덕터 L6은 다양한 길이의 부착 케이블의 가변 커패시턴스를 보상하기 위해 피드백 신호를 제공하는 감지(sense) 인덕터이다.

점화 시스템은 제어 회로, 전력증폭기 및 점화기 조립체의 세 가지 하위 조립체들로 구성된다.

제어 회로: 이 회로는 실린더에서 코로나를 시작하고 종료할 때 시스템에 알려주는 신호를 엔진 컴퓨터(ECU)로부터 수신한다. 이 회로는 전력증폭기 변압기에 인가할 전압을 결정한다. 이 회로의 일부는 전력증폭기 변압기에 적용되는 DC 전압을 생성한다.

전력증폭기 회로: 이 회로는 점화기 조립체를 공진 주파수로 구동하기 위해 교류 및 전압 신호를 생성한다. 이회로는 발진을 시작하고 종료하기 위해 제어 회로로부터 명령을 수신한다. 전력증폭기 회로는 변압기를 통해 전류를 구동하기 위한 회로와 점화기 조립체의 공진 주파수를 피드백하기 위한 회로를 포함한다. 이 피드백 신호는 인덕터 공진과 관련된 신호, 1차 권선 전압과 관련된 신호 및 2차 권선 전압과 관련된 피드백 신호를 포함한다.

점화기 조립체 : 점화기 조립체는 점화 플러그와 유사한 방식으로 실린더 헤드에 부착된다. 상기 조립체는 인덕터 및 상기 연소실 내부에 전극을 포함하는 발화단부 부조립체(firing end subassembly)를 포함한다. 점화기 조립체는 LCR 조립체로서 함께 배선되는, 인덕터, 캐패시터 및 전류센서를 포함한다. 전압이 인덕터의 일단부에 인가되면 LCR 조립체가 공진한다. 인덕터는 점화기의 일부이다. 인덕터의 제2 단부는 발화단부 조립체를 통해 연소실 내의 전극 크라운에 연결된다. 발화단부 조립체 및 연소실는 인덕턴스와 결합될 때 특정 주파수에서 공진하는 커패시턴스 및 저항을 형성한다.

작동시, 엔진 컴퓨터(ECU)와 같은 장치는 제어 회로에 신호를 전송한다. 이 신호는 제어 회로에게 각 점화기에서 코로나를 시작하고 종료할 시기를 알려준다. 제어 회로는 코로나 이벤트를 시작하기 위해 로우 상태가 되는 전력증폭기에 정상적으로 높은 신호를 보낸다. 코로나가 요구되는 한 신호는 낮게 유지되고, 코로나 이벤트를 종료하기 위해 하이로 리턴된다. 이 신호는 Q13의 이미터인 노드 A에 인가된다. A에서의 전압 변화는 노드 N을 하이에서 로우로 변경시킨다. 이어서 노드 N이 2개의 위치로 전송된다.

하나의 목적지는 Q12의 컬렉터와 Q12와 Q7의베이스이다. 이와 같은 N의 전압 강하로 인해 Q12와 Q7이 턴온되고, 노드 Z로 전류가 흐르게 된다. 두 번째 목적지는 C3이며 R13과 다이오드 1을 통해 Q9의베이스인 R 노드로 짧은 전압 강하를 보낸다. 이는 이어서 노드 T에서 전압을 짧게 강하시킨다. 베이스에서의 이러한 디핑은 Q5를 턴온하고, 노드 Z로부터 전류를 끌어내어, 노드 B를 네거티브에서 포지티브로 상승시킨다. 이는 Q11은 온시키고 Q17은 오프시키며, 이는 Q1을 온시키고 Q2를 오프시키게 된다. 이는 R16 및 다이오드 2를 통해 M1의 게이트인 노드 C에 연결된 에미터를 상승시킨다. 노드 C는 네거티브에서 포지티브로 이동하여 M1을 턴온한다. M1의 드레인은 L2에 연결되고 그 소스는 접지에 연결된다. M1을 턴온하면 전류가 L2를 통해 흐르고, 이어서 자속을 유발하여 변압기 내부의 페라이트를 통해 흐르게된다.

M1은 온 상태에 계속 유지되기 때문에, 노드 T에서의 전압이 Q5를 차단하는 값으로 복귀할 때까지 전류는 L2를 통해 전도된다. 이는 노드 Z를 통해 흐르는 전류가 R11에서 R18로 전달되게 하고 노드 H를 네거티브에서 포지티브로 상승시킨다. 이는 Q8을 턴 온하고 Q20은 턴 오프시키고, 따라서 Q4이 턴 온되고, Q3는 턴 오프된다. 이는 R17과 다이오드 3을 통해 노드 F, 즉 M4의 게이트에 연결된 그들의 에미터를 상승시킨다. 노드 F는 네거티브에서 포지티브로 이동하여 M4를 턴 온 한다. M4의 턴 온은 L1을 통해 전류를 흐르게 하고, 이어서 변압기 내부의 페라이트를 통해 자속이, L2로 인해 발생하는 자속과 반대 방향으로 흐르게 유도한다.

변압기 페라이트 자속은 변압기 2차 권선 L3을 통해 전류를 생성하며, 이이는 그 양단에 전압을 생성한다. L3의 일단부는 접지에 연결된 R14에 연결된다. L3의 타단부는 점화기 조립체의 인덕터에 연결된다. 점화기 LCR 조립체에 인가된 급변 전압은 그 공진을 유도한다. R14를 통해 전류가 흐르면 노드 L의 전압이 상승한다. 이 전압은 R15를 통해 노드 A2로 공급된다. 노드 A2로부터의 전류는 C5와 R19에 연결된 L5를 통과한다. 이 소자들은 로우패스 필터를 형성하고 180° 미만의 전류에서 위상 쉬프트를 제공하고 특정범위를 벗어난 주파수를 제거한다. 이 신호는 D7 및 D8에 의해 클리핑되고, 이어서 C7을 통과하여 Q10을 구동한다. Q10이 턴온 될 때, 전류는 R18을 통해 흐르고, R11을 통해 멈춘다. 이는 M1을 스위치 오프, M4를 스위치 온, 또는 그 역으로 스위칭한다.

도 4는 일 실시예에 따른 코로나 점화 시스템에서의 도 3의 회로의 구현을 나타낸다. 도 4의 시스템은 펄스 발생기(A), 비교기 블록(B), 스위치(C,D), 변압기(E), 전류 센서(F), 저대역 통과 필터(G) 및 클램프(H)를 포함한다. 코로나 점화기 (도시되지 않음)는 변압기(E)에 연결된다.

시스템의 동작은 엔진 제어 유닛과 같은 외부 소스에 의해 발휘되는 명령 신호 또는 "인에이블 신호" 1에 의해 시작된다. "인에이블 신호" 1는 도 3의 회로에서 지점 A에 대응한다. "시작" 펄스 발생기(A)는 인에이블 신호 1을 수신하고, 인에이블 신호1에 응답하여 시스템 및 코로나 점화기를 통해 흐르는 전류의 발진을 개시하는 비반전(non-inverting) 출력 2를 전송한다. 펄스 발생기(A)는 도 3의 회로의 구성 요소 C3, R13, R12 및 D1에 대응한다.

비교기 블록(B)은 펄스 발생기(A)로부터의 비반전 입력 2 및 저역 통과 필터(G) 및 클램프(H)로부터의 반전 입력 3 뿐만 아니라 인에이블 신호 1를 수신한다. 비교기 블록(B)의 반전 입력(3)에 의해 수신된 신호는 코로나 점화기의 전류의 위상을 나타낸다. 비반전 입력 2는 Q9에 대응하고 반전 입력 3은 도 3의 Q10에 대응한다. 비교기 블록(B)는 스위치(C 및 D)에 대한 제어 신호를 생성한다. 비교기 블록(B)에 의해 제공되는 제어 신호는 인에이블 신호 1, 비반전 입력 2 및 반전 입력 3 내의 정보에 기반한다. 반전 입력 3은 저역 통과 필터(G) 및 클램프(H)로부터의 피드백 신호로도 언급된다. 비교기 블록(B)는 스위치(C 및 D)에 정상 출력 4 및 반전 출력 5로서 제어 신호를 제공한다. 정상 출력 4은 지점 H에 대응하고 반전 출력 5는 도 3의 지점 G에 대응한다. 비교기 블록(B)의 출력 5 및 4는 또한 도 3의 Q5 및 Q6에 대응한다.

스위치(C 및 D)는 정상 출력 4 및 반전 출력 5를 수신한다. 제1 스위치(C)는 정상 추력 4를 수신하고 제2 스위치(D)는 반전 출력 5를 수신한다. 제1 스위치(C)는 도 3의 Q3, Q4, Q9, Q22 및 Q101에 대응하고, 제2 스위치(D)는 Q1, Q2, Q11, Q17 및 Q102에 대응한다. 출력 4 및 5에 응답하여, 스위치(C 및 D)는 출력 9을 통해 코로나 점화기에 연결된 변압기(E)에 신호 6 및 7를 통해 전압을 각각 인가하여 코로나 점화기의 전류 발진을 유발시킨다.

변압기(E)는 스위치(C 및 D)로부터 전압을 수신하고, 변압기(E)는 코로나 점화기의 발진을 일으키는 것에 더하여 코로나 점화기의 구동 전압을 증가시킨다. 회로가 온되면 변압기(E)로부터 코로나 점화기에 항상 전압이 인가된다. 포지티브 전압은 전류가 코로나 점화기로 흐를 때마다 인가되어지고, 전류가 코로나 점화기에서 인출될 때마다 네거티브 전압이 인가되어 진다. 포지티브에서 네거티브로 또는 그 역으로 전환은 가능한한 제로 전류에 가깝게 발생해야 한다. 하나의 가능한 방식에서, 변압기(E)는 도 3의 L1, L2 및 L3에 대응하여 자기 코어(12) 둘레에 감긴 3개의 권선을 갖는다. 1차 권선(L1,L2)는 각각이 그 일단부가 파워서플라이에 부착되고, 타단부는 스위치(C,D) 중 하나에 부착되고, 2차 권선(L3)는 일단부가 코로나 점화기에 부착되고 타단부는 전류센서(F)에 부착된다. L1 및 L2는 그들이 통전될 때 자기 코어(12)에서 반대의 자계를 생성하도록 스위치(C 및 D)와 함께 배열된다. 변압기(E)에 의해 생성된 전압 출력은 제로에 대해 대칭인 평형된 구형파 출력이다.

시스템의 전류 센서(F)는 신호 10를 통해 변압기(E)의 출력에서 전류를 수신하고, 코로나 점화기의 전류인 변압기(E)의 출력에서 전류를 측정한다. 전류 센서(F)는 저항, 다이오드, 인덕터 및 캐패시터 중 적어도 하나를 포함한다. 도 3의 전류 센서(F)는 R14에 위치한 저항이다. 전류 센서(F)에 의해 얻어진 전류 측정은 2차 권선의 전압이 코로나 점화기의 전류와 "동위상(in phase)"이 되도록 2차 권선(L3)의 전압을 제어하는데 본질적으로 사용된다. "동위상"라는 용어는 동시적인 전압 피크과 전류 피크를 의미하며, 이는 코로나 점화 장치가 공진 주파수에서 작동함을 의미한다. 보다 구체적으로, 블록 비교기(B)는 전류 센서(F)에 의해 얻어진 정보를 이용하여 스위치(C,D)가 소정 시간에 변압기(E)의 1차 권선에 전압을 인가하도록 명령한다. 1차 권선(L1,L2)에 인가된 전압은 2차 권선(L3)이 코로나 점화기의 전류와 동위상의 전압을 갖도록 타이밍이 맞춰진다.

보다 구체적으로, 전류가 변압기(E)로부터 코로나 점화기로 전달될 때, 코로나 점화기에 전달되는 전류는 전류 센서(F)에 의해 감지된다. 이에 따라, 전류 센서(F)는 궁극적으로 신호를 제2 스위치(D)에 전달하여, 포지티브 전압을 인가하고, 따라서 변압기(E)로부터 코로나 점화기로 더 많은 전류를 밀어 넣는다. 전류 센서(F)로부터 스위치(D)로의 신호는 점화기에 전달되는 전류가 제로를 통과하는 시간을 나타낸다. 스위치(D)가 턴온되어, 코로나 점화기로 흐르는 전류가 0 또는 거의 0일 때 변압기(E)가 포지티브의 전압을 제공하여 더 많은 전류를 코로나 점화기에 제공하게 한다. 포지티의 전압에서 네거티브의 전압으로 또는 그 역으로의 스위칭은 가능한한 제로 전류에 가깝게 발생되어야 한다.

마찬가지로, 전류가 코로나 점화기로부터 변압기(E)를 통해 접지로 이동하는 경우, 코로나 점화기로부터 나오는 전류는 전류 센서(F)에 의해 또한 감지된다. 이에 따라, 전류 센서(F)는 신호를 궁극적으로 제1 스위치(C)로 전송하여 스위치가 닫혀지고 네거티브 전압을 인가하여 코로나 점화기로부터 더 많은 전류를 끌어낸다. 전류 센서(F)로부터 스위치(C)로의 신호는 점화기 밖으로 나온 전류가 제로를 통과하는 시간을 나타낸다. 이어서 스위치(C)가 닫혀지고, 변압기(E)가 네거티브 전압을 인가하게 하고, 따라서 코로나 점화기에서 나오는 전류가 정확하게 0 또는 거의 0 일 때 코로나 점화기로부터 더 많은 전류가 인출된다.

전류가 공칭으로 0 일 때, 코로나 점화기로 전류를 전달하는 것과 코로나 점화기로부터 전류를 인출하는 것 사이를 스위칭하는 것은, 시스템이 공진 주파수에서 작동하는 것을 허용한다. 도 3 및 도 4의 예에서, 전류가 코로나 점화기로 이동하는 경우, 전류 센서에서의 전압은 네거티브이며, 전류가 코로나 점화기로부터 나와 이동할 때 전류 센서에서의 전압은 포지티브이다. 또한 도 3의 R1, L6 및 C6은 회로와 코로나 점화기 사이의 케이블 길이를 보상한다.

시스템의 저역 통과 필터(G)는 변압기(E)로부터의 전류를 나타내는 전압 신호를 수신하고, 관심 범위외의 원하지 않는 주파수 또는 주파수를 제거하거나 필터링한다. 저역 통과 필터(G)는 또한 적어도 120°이상 180° 미만의 전류에서 위상 쉬프트를 생성한다. 전술한 바와 같이, 저역 통과 필터(G)는 또한 코로나 점화기의, 전류가 포지티브, 네거티브 또는 제로 인지를 나타내는 전류의 위상을 포함하는 피드백 신호를 궁극적으로 비교기 블록(B)에 제공한다. 저역 통과 필터(G)는 도 3의 L5, C5, R9 및 R10에 대응한다.

클램프(H)는 저역 통과 필터(G)로부터 피드백 신호를 수신하고, 피드백 신호, 즉 반전 입력 3을 비교기 블록(B)에 전송하기 전에 신호를 절단(truncates)한다. 비교기 블록(B)에 제공된 피드백 신호는 제로 크로싱 전류 검출만을 제공한다. 도 3에서, 클램프(H)는 D7 및 D8에 위치한다.

시스템의 동작들 및 시스템의 컴포넌트들 사이에서 전송되는 신호들을 상세히 설명한다. 초기에, 시스템의 동작은 비교기 블록(B)으로 전송되는 인에이블 신호 1에 의해 시작되기 전에, 비교기 블록(B)은 디스에이블되고, 정상 출력 4 및 반전출력 5는 오프이다. 이 지점에서 HV 파워서플라이(8)가 인에이블되어 변압기(E)에 전력을 공급할 준비가 된다. HV 파워서플라이(8)는 시스템 외부에 존재한다. 도 3에서 HV 파워서플라이는 COM+에 연결된다. 그러나 시스템 작동이 시작되기 이전에 변압기(E)에는 전류가 흐르지 않는다.

전술한 바와 같이, 시스템의 동작은 비교기 블록(B)에 전력을 공급하는 인에이블 신호 1에 의해 시작된다. 인에이블 신호 1는 또한 펄스 발생기(A)가 하고, 블록(B)가 밸런스를 잃도록 강제하는 짧은 펄스를 포함하는 비반전 입력 2을 생성하게 한다. 이는 정상 출력 4이 제1 스위치(C)를 일시적으로 인에이블하게 하여, 전류가 HV 파워서플라이(8)로부터 변압기(E)의 1차 권선을 통해 신호 7로 흐르게 한다. 변압기(E)의 출력 9은 네거티브 구동되고 전류는 변압기(E) 및 전류 센서(F)를 통해 접지로 계속 흐른다.

변압기(E) 및 전류 센서(F)를 통해 접지로 흐르는 전류는 코로나 점화기의 전류 흐름을 반영하는 신호 10에서 전압을 상승시킨다. 그러나, 신호 10에서의 전압은 특히 연결 케이블에서 시스템의 기생 커패시턴스의 충전 및 방전으로 인한 고주파성분을 포함한다. 필터블록(G)는 이러한 원하지 않는 주파수를 제거하고 위상 쉬프트를 제공한다. 위상 쉬프트는 적어도 120°이고, 바람직하게는 180°에 가깝지만 180°미만이다. 따라서, 저역 통과 필터(G)는 코로나 점화기의 전류와 거의 반대 위상으로 반영되는 깨끗한 정현파(sinusoidal) 전류 신호 11를 제공한다. 비교기 블록(B)의 반전 입력 3을 사용하여 180° 위상 쉬프트가 추가로 제공된다. 비교기 블록(B)과 스위치(C,D)에서 회피할수 없는 지연(delay)은 총 360°의 위상 쉬프트를 만들게 된다. 이는 안정된 발진에 필요한 조건이다.

클램프(H)는 전류 신호 11의 크기를 클립하고 신호 11를 구형파로 변환한다. 이 구형파는 반전 입력 3, 즉 피드백 신호와, 비교기 블록(B)에 공급된다. 위상 쉬프트는 비교기 블록(B)의 네거티브 입력에 제공된 반전 입력 3이 전체 루프 주위의 포지티브의 피드백으로 되게 한다. 포지티브의 피드백은 시스템과 코로나 점화기의 발진에 필요한 조건이다.

이 지점에서, 신호 9를 통해 변압기(E)에 부착된 코로나 점화기의 공진 LC 작용으로 인해, 신호 9를 통해 코로나 점화기 피크로 흐르는 전류는 0으로 떨어진 후 제로를 통과한다. 이는 변압기(E)로부터 전류 센서(F)로의 신호 10에서의 전압이 그 부호가 반전되게 한다. 반전된 신호는 비교기 블록(B)이 정상 출력 4 및 반전 출력 5의 상태를 변화시키게 하고, 제1 스위치(C)로부터 제2 스위치(D)로의 컨덕턴스(conductance)를 교환(swapping)하게 하고, 시스템을 통해 흐르는 전류를 역전시킨다. 전류는 다른 길로 움직이면서 신호 10에서 네거티브의 반파(half wave)를 생성한다. 이 프로세스는 "인에이블" 신호 1이 제거될 때까지 계속된다.

제1 사이클 후에, 안정 상태(steady state) 동작이 달성되고, 비반전 입력 2에 제공된 펄스 발생기(A)로부터의 짧은 펄스가 종료되고, 비반전 입력 2에서의 전압은 정지(quiescent) 레벨이다. 반전 입력 3의 전압은 정지 레벨 주변의 작은 진폭의 구형파이고, 작은 진폭의 구형파는 코로나 점화기의 전류와 반대위상(anti phase)이다.

스위치(C,D) 및 변압기(E)를 통한 전류 및 인가된 전압의 페이징은 코로나 점화기의 전류 및 전압을 동위상으로 강제한다. 이는 직렬 LC 회로인 코로나 점화기와 같은 직렬 LC 회로의 공진에 필요한 조건을 제공한다. 따라서, 도 4의 시스템에 따른 도 3의 회로의 구현은 공진 주파수에서 코로나 점화기의 동작을 강제하고, 코로나 점화 시스템이 코로나 점화기의 공진 주파수에서 동작하도록 강제한다.

도 5는 또 다른 실시예에 따른 코로나 점화 시스템에서의 도 3의 회로의 구현을 나타낸다. 도 5의 시스템은 아날로그 구현 및 풀 브리지로 언급된다. 도 4의 시스템과 마찬가지로, 도 5의 시스템은 또한 펄스 발생기(A), 비교기 블록(B), 스위치(C1,C2,D1,D2), 변압기(E), 전류 센서(F), 저역 통과 필터(G) 및 클램프(H)를 포함한다. 코로나 점화기(도시되지 않음)는 변압기(E)에 연결된다.

도 5의 시스템에서, 스위치(C1,C2,D1,D2)는 하나의 1차 권선(L1)의 양단부를 Vin과 접지에 차례로 연결하도록 활성화되는 대각선으로 대향하는 쌍인 FET의 쌍이다. 예를 들어, 스위치의 상부 우측/하부 좌측 쌍은 전류가 1차 권선(L1)의 상부에서 하부로 흐르도록 하고; 스위치의 하부 우측/상부 좌측 쌍은 전류를 반대방향으로 흐르도록 한다. 또한 이 시스템에서, 1차 권선(L1)의 캐패시터(C)는 필요선택적(optional)이다. 도 5의 시스템의 이점은 코어(12)의 보다 양호한 사용으로 인해보다 단순한 변압기(E)를 포함한다는 것이다. 또한, Vin만이 FET 양단에 나타나므로 더 우수하고 저렴한 FET가 사용될 수있다. 또한 단일 FET 결함은 단락으로 이어지지 않는다. 또한 누설 인덕턴스에 포집된 에너지가 안전하게 1차 권선(L1)으로 유도될 수 있다.

시스템의 동작은 엔진 제어 유닛과 같은 외부 소스에 의해 제공되는 명령 신호 또는 "인에이블 신호" 1에 의해 시작된다. 명령 신호로 언급되는 "인에이블 신호" 1은 도 3의 회로의 지점 A에 대응한다. "시작" 펄스 발생기(A)는 인에이블 신호 1이 제공(asserted)될 발진을 시작하는데 사용된다. "시작" 펄스 발생기(A)는 인에이블 신호 1를 수신하고 인에이블 신호 1에 응답하여 시스템 및 코로나 점화기를 통해 흐르는 전류의 발진을 개시하는 비반전 출력 2을 전송한다. 펄스 발생기(A)는 도 3의 회로의 C3, R13, R12, 및 D1에 대응한다.

비교기 블록(B)은 인에이블 신호 1을 수신하고 도 3의 Q12, Q7, QS, Q6, Q9 및 Q10에 상응하는 상보 출력(complimentary)을 제공한다. 비교기 블록(B)은 인에이블 신호 1 및 피드백 신호에 기반한 스위칭을 위한 제어 신호를 생성한다. 보다 구체적으로, 비교기 블록(B)은 펄스 발생기(A)로부터의 비반전 입력 2 및 로우 패스 필터(G) 및 클램프(H)로부터의 반전 입력 3뿐만 아니라, 인에이블 신호 1를 수신한다. 비교기 블록(B)의 반전 입력 3에 의해 수신된 신호는 코로나 점화기의 전류의 위상을 나타낸다. 비반전 입력 2는 도 3의 09(Q9b)의 입력에 대응하고 반전 입력 3은 Q10의 입력에 대응한다. 비교기 블록(B)은 이어서 스위치(C1,C2,D1,D2)에 대한 제어 신호를 생성한다. 비교기 블록(B)에 의해 제공된 제어 신호는 인에이블 신호 1, 비반전 입력 2 및 반전 입력 3의 정보에 기초한다. 반전 입력 3은 또한 저역 통과 필터(G)와 클램프(H)로부터의 피드백 신호로 언급되기도 한다. 비교기 블록(B)은 스위치(C1,C2,D1,D2)에 정상 출력 4 및 반전 출력 5로서 제어 신호를 제공한다. 정상 출력 4은 도 3의 지점 H에 대응하고 반전 출력 5는 도 3의 지점 B에 대응한다. 비교기 블록(B)의 출력 5 및 4는 또한 도 3의 QS 및 Q6에 대응한다. 인에이블 신호 1은 또한 도 3의 G에 대응한다.

도 5의 시스템은 코로나 점화기의 발진을 생성시키기 위해 변압기(E)에 전압을 인가하는 제1 스위치(C1, C2) 및 제2 스위치(D1, D2)를 포함하는 2쌍의 스위치를 포함한다. 제1 스위치(C1,C2)는 한 쌍으로서 턴 온되고, 제2 스위치(D1,D2)는 오프되며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어, 스위치 C1는 정상 출력 4를 수신하고 스위치 D1은 반전 출력 5를 수신한다. 대안적으로 스위치 C2는 정상 출력 4를 수신하고 스위치 D2는 반전 출력 5를 수신한다. 출력 4 및 5에 응답하여 스위치 C1 및 D1 또는 C2 및 D2 각각은 출력 9을 통해 코로나 점화기에 연결되는 변압기(E)에 신호 6 및 7을 통해 전압을 인가하고 따라서 코로나 점화기의 전류의 발진을 일으킨다.

변압기(E)는 구동 전압을 증가시키고 제로에 대해 대칭인 밸런스 구형파 출력을 생성한다. 변압기(E)는 또한 이용가능한 보상 체계(compensation)를 위해 도 5의 L1에 대응하는 단일 1차 권선과 도 5의 L3에 대응하는 단일 2차 권선을 포함한다. 도 5의 단일 1차 권선 (L1)을 갖는 변압기(E)는 2개의 1차 권선(L1, L2) 및 하나의 2차 권선(L3)을 포함하는 도 4의 변압기(E)와는 상이하다. 보다 상세하게, 도 5의 변압기(E)는 스위치(C1,C2,D1,D2)로부터 전압을 수신하고, 코로나 점화기의 발진을 일으키는 것 이외에, 변압기(E)는 코로나 점화기의 구동 전압을 증가시킨다. 회로가 온되면 전압은 변압기(E)로부터 코로나 점화기로 항상 인가된다. 포지티브 전압은 전류가 코로나 점화기로 흘러 들어갈 때 마다 인가되어지고, 네거티브 전압은 전류가 코로나 점화기로부터 흘러 나올 때 마다 인가되어진다. 포지티브에서 네거티브 또는 그 역으로 전환은 가능한 한 제로 전류 가깝이에서 발생해야 한다. 이 예에서, 변압기(E)는 자기 코어(12) 둘레에 권선된 하나의 1차 권선(L1)을 갖는다. 1차 권선(L1)은 스위치(D1,C2)를 통해 파워서플라이 또는 접지에 교대로 부착된 일 단부를 갖고, 스위치(C1,D2)를 통해 파워서플라이 또는 접지로 교대로 부착된 타단부를 갖는다. 하나의 2차 권선(L3)은 코로나 점화기에 부착된 하나의 일단부와 전류 센서(F)에 부착된 타단부를 갖는다. 전술한 바와 같이, 변압기(E)에 의해 생성 된 전압 출력은 제로에 대해 대칭인 밸런스된 구형파 출력이다.

도 5의 시스템의 전류 센서(F)는 변압기(E)의 출력 및 코로나 점화기의 전류를 측정한다. 전류 센서(F)는 또한 공진 동작을 위한 스위칭을 제어한다. 보다 구체적으로, 전류 센서(F)는 신호 10를 통해 변압기(E)의 출력에서 전류를 수신하고, 코로나 점화기의 전류이기도 한 변압기(E)의 출력에서 전류를 측정한다. 전류 센서(F)는 저항, 다이오드, 인덕터 및 캐패시터 중 적어도 하나를 포함한다. 도 3의 전류 센서(F)는 R14에 위치한 저항이다. 전류 센서(F)에 의해 얻어진 전류 측정은 2차 권선의 전압이 코로나 점화기의 전류와 "동 위상"이되도록 2차 권선(L3)의 전압을 제어하는데 궁극적으로 사용된다. "동 위상"이라는 용어는 전압 피크와 전류 피크가 동시인 것을 의미하고, 이는 코로나 점화기가 공진 주파수에서 작동함을 의미한다. 보다 구체적으로, 블록 비교기(B)는 전류 센서(F)에 의해 얻어진 정보를 이용하여 스위치(C1,C2,D1,D2)에 지시하여 소정 시간에서 변압기(E)의 1차 권선 (L1)에 전압을 인가한다. 1차 권선(L1)에 인가된 전압은 2차 권선(L3)이 코로나 점화기의 전류와 동 위상의 전압을 갖도록 타이밍이 맞춰진다.

보다 구체적으로, 전류가 변압기(E)로부터 코로나 점화기로 전달될 때, 코로나 점화기에 전송되는 전류는 전류 센서(F)에 의해 감지된다. 이에 응답하여, 전류 센서(F)는 궁극적으로 제2 스위치(Di 또는 D2)를 통해 신호를 전달하고 포지티브의 전압을인가 하여, 변압기(E)로부터 코로나 점화기로 더 많은 전류를 밀어 넣는다. 전류 센서(F)로부터 스위치(D1 또는 D2)로의 신호는 점화기에 전달되는 전류가 제로를 통과하는 시간을 나타낸다. 스위치(D1 또는 D2)가 턴온되어, 코로나 점화기로 흐르는 전류가 제로 또는 거의 제로일 때, 변압기(E)로 하여금 포지티브의 전압을 이가하게 하고 이는 더 많은 전류를 코로나 점화기에 제공하게 한다. 포지티브의 전압에서 네거티브의 전압으로 또는 그 역으로의 스위칭은 가능한 한 제로 전류에 근접해 발생해야 한다.

마찬가지로, 전류가 코로나 점화기로부터 나와 변압기(E)를 통해 접지로 이동하는 경우, 코로나 점화기로부터 이동하는 전류는 전류 센서(F)에 의해 또한 감지된다. 이에 응답하여, 전류 센서(F)는 궁극적으로 제1 스위치 (C1 또는 C2)로 신호를 송신하여, 스위치가 폐쇄되게 하고 네거티브 전압을 인가하게 하여, 따라서 더 많은 전류를 코로나 점화기 밖으로 인출된다. 전류 센서(F)로부터 스위치(C1 또는 C2)로의 신호는 점화기 밖으로 이동하는 전류가 제로를 통과하는 시간을 나타낸다. 스위치 C1 또는 C2가 닫혀지는 것은 변압기(E)가 네거티브의 전압을 인가하게만들고, 따라서 코로나 점화기에서 나온 전류가 정확하게 제로 또는 거의 제로일 때 코로나 점화기로부터 더 많은 전류를 인출되어 진다.

코로나 점화기로의 전송 전류와 코로나 점화기로부터의 전류 인출 사이의 동시적인 스위칭은 전류가 공칭(nominalally) 제로를 지날 때 시스템으로 하여금 공진 주파수에서 동작하는 것을 허용한다. 도 3 및 도 5의 예에서, 전류가 코로나 점화기로 이동하는 경우, 전류 센서(F)에서의 전압은 네거티브며, 전류가 코로나 점화기로부터 나와 이동할 때, 전류 센서(F)에서의 전압은 포지티브이다. 또한 도 3의 R1, L6 및 C6은 회로와 코로나 점화 장치 사이의 케이블 길이를 보상한다.

도 5의 시스템의 저역 통과 필터(G)는 관심 범위 이외의 주파수를 제거하고 피드백 신호에 위상 쉬프트를 생성한다. 보다 구체적으로, 저역 통과 필터(G)는 변압기(E)로부터의 전류를 나타내는 전압 신호를 수신하고, 관심 범위 이외의 주파수 또는 원하지 않는 주파수를 제거하거나 필터링한다. 저역 통과 필터(G)는 또한 적120°보다 크고 180°보다는 작은 전류에서 위상 쉬프트를 생성한다. 상기 언급한 바와 같이, 저역 통과 필터(G)는 또한 전류가 포지티브 값, 네거티브 값 또는 제로인지를 나타내는, 코로나 점화기의 전류의 위상을 포함하는 피드백 신호를 궁극적으로 비교기 블록(B)에 제공한다. 저역 통과 필터(G)는 도 3의 L5, C5, R10 및 R9에 대응한다.

///[0065]도 5의 시스템의 클램프(H)는 제로 크로싱 검출만을 위한 피드백 신호의 진폭을 감소시킨다. 최초 비교기 블록(B)이 디스에이블되고, 일반 출력 4 및 반전 출력 5는 오프된다. HV 서플라이(8)는 이미 인에이블되어 있고, 변압기(E)를 통해 어떤 전류도 흐르지 않는다. 동작 중에, 클램프(H)는 저역 통과 필터(G)로부터 피드백 신호를 수신하고, 비교기 블록(B)에 피드백 신호, 즉 반전 입력 3을 송신하기 전에 신호를 절단(truncates)한다. 비교기 블록(B)에 제공된 피드백 신호는 제로 크로싱 전류 검출만을 위해 제공된다. 도 3에서, 이 시스템의 클램프(H)는 노드 J 및 C7에 가까이 위치된다.

시스템의 동작 및 시스템의 구성요소들 사이에서 전송되는 신호를 이하에 보다 상세히 설명한다. 최초, 비교기 블록(B)에 전송되는 인에이블 신호 1에 의해 시스템의 동작이 시작되기 이전에, 비교기 블록(B)은 디스에이블되고, 정상 출력 4 및 반전 출력 5은 오프된다. 이 지점에서 HV 파워서플라이(8)가 인에이블되어 변압기(E)에 전력을 공급할 준비가 된다. HV 파워서플라이(8)는 시스템에 대해 외부에있다. 도 3에서 HV 파워서플라이는 COM +에 연결된다. 그러나 시스템 작동이 시작되기 이전에 변압기(E)에는 전류가 흐르지 않는다.

전술한 바와 같이, 시스템의 동작은 비교기 블록(B)에 전력을 공급하는 인에이블 신호 1에 의해 시작된다. 인에이블 신호 1는 또한 펄스 발생기(A)가 비반전 입력 2을 생성하게 하는데, 이는 비교기 블록(B)가 균형을 잃게 하는 짧은 펄스를 포함한다. 이는 정상 출력 4으로 하여금 제1 스위치(C1 또는 C2)를 일시적으로 인에이블하게 하여 HV 파워서플라이(8)로부터 신호들(6 및 7)로, 변압기(E)의 1차 권선 (L1)을 통해 전류가 흐르게 한다. 변압기(E)의 출력 9는 네거티브로 구동되고 전류는 출력 9으로부터 변압기(E) 및 전류 센서(F)를 통해 접지로 계속 흐른다.

변압기(E) 및 전류 센서(F)를 통해 접지로 흐르는 전류는 코로나 점화기의 전류 흐름을 반영하여 신호 10에서 전압을 상승시킨다. 그러나, 신호 10에서의 전압은 특히 연결 케이블에서 시스템의 기생 커패시턴스의 충전 및 방전으로 인한 고주파 성분을 포함한다. 필터 블록(G)은 이러한 원하지 않는 주파수를 제거하고 위상 쉬프트를 제공한다. 위상 쉬프트는 적어도 120°이고, 바람직하게는 180°에 가깝지만 그 미만이다. 따라서, 저역 통과 필터(G)는 신호 11에서 깨끗한 정현파 전류 신호를 제공하지만, 코로나 점화기의 전류와는 거의 반대의 위상이다. 비교기 블록(B)의 반전 입력 3을 사용하여 추가 180° 위상 쉬프트가 제공된다. 비교기 블록(B) 및 스위치(C1, C2, D1, D2) 내의 피할 수 없는 지연은 360°의 전체 위상 쉬프트를 만든다. 이는 안정된 발진을 위한 조건이다.

클램프(H)는 전류 신호 11의 크기를 클리핑하고 신호 11를 구형파로 변환한다. 이 구형파는 반전 입력 3, 즉 피드백 신호와 비교기 블록(B)에 공급된다. 180° 위상 쉬프트로 인해, 비교기 블록(B)의 네거티브 입력에 제공된 반전 입력 3은 전체 루프에 거쳐 포티지브 피드백이다. 포지티브의 피드백은 코로나 저모하기와 시스템의 발진에 필요한 조건이다.

이 때, 신호 9를 통해 변압기(E)에 부착된 코로나 점화기의 공진 LC 작용으로 인해, 신호 9를 통해 코로나 점화기 피크로 흐르는 전류는 제로로 떨어진 후 제로를 통과한다. 이는 변압기(E)로부터 전류 센서(F)로의 신호 10의 전압이 그 부호를 반전하도록 한다. 반전 신호는 비교기 블록(B)으로 하여금 정상 출력 4 및 반전 출력 5의 상태를 변화시키고, 제1 스위치 C1 또는 C2로부터 제2 스위치 D1 또는 D2로의 컨덕턴스를 교환(swapping)하고, 전체 프로세스를 반전시키며, HV 파워서플라이(8)로부터 신호 7 및 신호 6으로 전류가 흐른다. 전류는 다른 방식으로 구동하여 신호 10에서 네거티브의 반 파장을 생성한다. 이 프로세스는 "인에이블" 신호 1이 제거 될 때까지 계속된다.

제1 사이클 후에, 안정 상태 동작이 달성되고, 비반전 입력 2에 제공된 펄스 발생기(A)로부터의 짧은 펄스가 종료되고, 비반전 입력 2에서의 전압은 정지 레벨이다. 반전 입력 3의 전압은 정지 레벨 주위의 작은 진폭의 구형파를 기술하고, 작은 진폭의 구형파는 코로나 점화기의 전류와 반대 위상이다.

스위치(C1, C2, D1, D2) 및 변압기(E)를 통한 전류 및 인가된 전압의 페이징(phasing)은 출력 9에서 코로나 점화기를 루킹(looking)하는 것을 의미하고, 코로나 점화기의 전류 및 전압은 동 위상으로 강제된다. 이는 코로나 점화기와 같은 직렬 LC 회로의 공진에 필요한 조건을 제공한다. 따라서, 도 5의 시스템에 따른 도 3의 회로의 구현은 공진 주파수에서 코로나 점화기의 동작을 강제하고, 코로나 점화 시스템이 코로나 점화기의 공진 주파수에서 동작하도록 한다.

개시된 실시형태에 대한 변형 및 수정은 당업자에게 자명할 수 있으며 이는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 따라서, 본 발명의 보호의 범위는 다음의 청구 범위를 연구함으로써 결정될 수있다. 이러한 조합이 서로 모순되지 않는 한, 모든 청구항 및 모든 실시예의 모든 특징은 서로 결합 될 수있는 것으로 고려된다.

Claims

코로나 점화기를 위한 전력증폭기 회로에 있어서,
1차 권선 및 2차 권선을 구비한 RF 변압기로서 1차 권선 및 2차 권선은 자기 코어 주변에 감겨져 있는 RF 변압기;
2차 권선의 일단부에 연결된 인덕터 및 캐패시터; 및
2차 권선의 타단부에 연결된 전류 센서를 포함하고,
2차 권선을 통한 전류는 자기 코어 내에 반대 방향으로 자속을 생성하고,
1차 권선의 일단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 쌍 스위치(C1, C2)의 접속점에 제1 쌍 스위치의 온(on) 타이밍 및 오프(off) 타이밍이 제어되도록 연결되고,
1차 권선의 타단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결된 제2 쌍 스위치(D1, D2)의 접속점에 제2 쌍 스위치의 온(on) 타이밍 및 오프(off) 타이밍이 제어되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 전력증폭기 회로.
삭제
제1항에 있어서,
2차 권선은 코로나 점화기에 출력 신호를 제공하는 전력증폭기 회로.
제1항에 있어서,
전류 센서는 저항, 다이오드, 인덕터 및 캐패시터 중 적어도 하나인 전력증폭기 회로.
제1항에 있어서,
공진 주파수, 발진기(oscillator), 저역 통과 필터를 가진 코로나 점화기를 포함하고, 저역 통과 필터는 전류에서 120°보다 크고 180°보다 작은 위상 쉬프트를 제공하고, 원하지 않은 주파수를 여과하며, 발진기가 코로나 점화기의 공진 주파수에서 동작하도록(sustain) 여과된 피드백 신호를 제공하는 전력증폭기 회로.
코로나 점화기 시스템에 있어서,
파워서플라이로부터 전력을 수신하기 위한 일단부를 가진 1차 권선;
파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 쌍 스위치로서, 1차 권선의 일단부가 제1 쌍 스위치 접속점에 연결되는 제1 쌍 스위치;
파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결되는 제2 쌍 스위치로서, 1차 권선의 타단부가 제2 쌍 스위치 접속점에 연결되는 제2 쌍 스위치;
1차 권선과 반대 방향으로 자기 코어 둘레에 배치되고 코로나 점화기에 접속된 일단부를 가지는 2차 권선; 및
2차 권선의 타단부에 연결되어 스위치들에 최종적으로 연결되는 전류 센서 - 전류 센서는 2차 권선의 전류를 획득하고 2차 권선의 전류를 이용하여 1차 권선에 전압을 인가할 것을 제1 쌍 스위치 및 제2 쌍 스위치에 명령하고 그와 동시에 2차 권선의 전압이 코로나 점화기의 전류와 동위상(in phase)이 되도록 유발시키는 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
코로나 점화기 시스템.
제6항에 있어서,
전류 센서로부터 획득된 전류를 나타내는 신호를 수신하고 제1 쌍 스위치 및 제2 쌍 스위치로 하여금 1차 권선에 전압을 인가할 것을 지시하고 그와 동시에 2차 권선의 전압이 코로나 점화기의 전류와 동위상이 되도록 유발시키는 비교기 블록을 포함하는 코로나 점화기 시스템.
제7항에 있어서,
전류 센서로부터의 전류를 나타내는 신호를 수신하고 전류로부터 원하지 않는 주파수를 제거하고 비교기 블록에 신호를 전송하기 이전에 전류에 120°보다 크고 180°보다 작은 위상 쉬프트를 생성하는 저역 통과 필터를 포함하는 코로나 점화기 시스템.
제8항에 있어서,
저역 통과 필터로부터 전류를 나타내는 신호를 수신하고 비교기 블록에 신호를 전송하기 이전에 신호를 절단(truncating)하는 클램프(clamp)를 포함하는 코로나 점화기 시스템.
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법에 있어서,
코로나 점화기에 연결된 2차 권선으로부터 전류를 획득하는 단계 - 2차 권선의 전류는 코로나 점화기의 전류를 지시(indicating)하고, 2차 권선은 1차 권선에 연결되어 있음 - ;
2차 권선의 전압을 코로나 점화기의 전류와 동위상이 되도록 유발시키도록 제1 쌍 스위치 및 제2 쌍 스위치로 하여금 1차 권선에 전압을 인가할 것을 명령하는 단계를 포함하고,
1차 권선의 일단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 쌍 스위치(C1, C2)의 접속점에 연결되고,
1차 권선의 타단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결된 제2 쌍 스위치(D1, D2)의 접속점에 연결되는 것을 특징으로 하는
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법.
제10항에 있어서,
비교기 블록에 전류를 나타내는 신호를 전송하는 단계를 포함하고, 비교기 블록은 전압을 1차 권선에 인가할 것을 제1 쌍 스위치 및 제2 쌍 스위치에 명령하는 것을 특징으로 하는
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법.
제11항에 있어서,
전류를 나타내는 신호로부터 원하지 않는 주파수를 제거하는 단계; 및
비교기 블록에 신호를 전송하기 이전에 전류에 120°보다 크고 180°보다 작은 위상 쉬프트를 생성하는 단계를 포함하는
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법.
제12항에 있어서,
신호를 비교기 블록에 전송하기 이전에 전류를 나타내는 신호를 절단하는 단계를 포함하는
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법.
제10항에 있어서,
2차 권선으로부터 전류를 획득하는 단계는 코로나 점화기로 이동하는 전류를 검출하는 단계; 및 코로나 점화기로 이동하는 전류가 공칭으로 제로일 때 코로나 점화기에 포지티브 전압을 인가하는 단계를 포함하는
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법.
제10항에 있어서,
2차 권선으로부터 전류를 획득하는 단계는 코로나 점화기로부터 나와 이동하는 전류를 검출하는 단계; 및 코로나 점화기로부터 나와 이동하는 전류가 공칭으로 제로일 때 코로나 점화기에 네거티브 전압을 인가하는 단계를 포함하는
코로나 점화기를 공진 주파수에서 동작시키는 방법.
전력증폭기 회로에 있어서,
1차 권선 및 2차 권선을 포함하는 RF 변압기로서 1차 권선 및 2차 권선은 코어 주변에 감겨져 있는 RF 변압기;
RF 변압기의 2차 권선의 일단부에 연결되는 인덕터 및 캐패시터; 및
2차 권선의 타단부에 연결되고 접지에 연결되는 저항;을 포함하고,
2차 권선은 저항을 포함하고,
1차 권선의 일단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 쌍 스위치(C1, C2)의 접속점에 연결되고,
1차 권선의 타단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결된 제2 쌍 스위치(D1, D2)의 접속점에 연결되며,
전류는 DC 전압 서플라이로부터 제1 쌍 스위치 또는 제2 쌍 스위치의 한쪽 전압원측 스위치 및 제1 쌍 스위치 또는 제2 쌍 스위치의 다른 쪽 접지측 스위치로 흐르고,
DC 전압 서플라이로부터 전압원측 스위치 및 접지측 스위치로 흐르는 전류는 코어 내에 자속을 발생시켜 2차 권선의 저항에 전압이 생성되게 유발하며, 이 전압은 제1 쌍 스위치 및 제2 쌍 스위치의 온 타이밍 및 오프 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는
전력증폭기 회로.
전력증폭기 회로를 동작시키는 방법에 있어서,
1차 권선 및 2차 권선이 코어 둘레에 감겨져 있는 RF 변압기를 제공하는 단계로서, 1차 권선의 일단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 쌍 스위치(C1, C2)의 접속점에 연결되고, 1차 권선의 타단부는 파워서플라이와 접지 사이에 직렬연결된 제2 쌍 스위치(D1, D2)의 접속점에 연결되며, 전류는 DC 전압 서플라이로부터 제1 쌍 스위치 또는 제2 쌍 스위치의 한쪽 전압원측 스위치 및 제1 쌍 스위치 또는 제2 쌍 스위치의 다른 쪽 접지측 스위치로 흐르는, 단계;
RF 변압기의 2차 권선의 일단부에 연결된 인덕터와 캐패시터를 제공하는 단계;
2차 권선의 타단부와 접지에 연결된 저항을 제공하는 단계;
코어 내에 자속을 유발하고 2차 권선의 저항에 전압을 발생시키는 단계; 및
스위치의 온 타이밍 및 오프 타이밍을 제어하도록 2차 권선의 저항에 생성된 전압을 제1 쌍 스위치 및 제2 쌍 스위치에 피드백 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
전력증폭기 회로를 동작시키는 방법.