电感点火电路以及使用该电感点火电路的涡轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种电感点火电路（１０），该电感点火电路尤其适合用于诸如用于发电机的微型涡轮机和其它小型涡轮机。该电感点火电路（１０）包括：回扫变压器（１４）；驱动电路（１６），用于激励变压器（１４）的初级绕组（２２）；以及控制电路（１８），在变压器初级绕组（２２）被充分激励后暂时截止驱动电路（１６）。驱动电路包括开关晶体管（２０），利用开关晶体管可以通过初级绕组（２２）引出电流。控制电路（１８）包括两个反馈电路（４２、４４），一个用于从触发截止晶体管（２０）以使变压器进行回扫，另一个用于设置火花频率。第一反馈电路（４２）监视初级电流并在电流超过预选值时截止晶体管（２０）。第二反馈电路（４４）利用通过反馈绕组（３０）获得的部分回扫能可以在宽范围内选择的时间周期内使晶体管保持截止。反馈绕组（３０）用于在导通晶体管期间对晶体管（２０）提供正偏置，而在进行回扫以对第二反馈电路内的ＲＣ定时电路（６４）提供充电电流期间由第二反馈电路（４４）使用。定时电路（６４）包括电容器（６８），电容器（６８）用于保持晶体管（２０）断开直到电容器（６８）放电到低于预定电平。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及用于燃料动力发动机和发电机中的点火电路，尤其涉及这种在涡轮发动机和发电机中使用的电路。本专利技术背景传统涡轮机的点火系统使用一种高能电容放电电路，产生点火火花，它通常以每秒大约10个火花的火花频率提供1到5焦耳的能量。为了点燃具有相当低的易燃性的喷射燃料，与汽油的易燃性相比，喷射燃料的易燃性更接近煤油，这些相当高的火花能量是必需的。随着涡轮开始旋转并且燃料进入系统，空气/燃料比经过一个窗口优化为适于点火的最佳空气/燃料比。即，空气/燃料比由点火下限变化至点火上限，并且最佳点火状态处于这两个状态之间。在传统的大型涡轮机中，空气/燃料混合物相当慢地通过此窗口。因此，由传统电容放电点火系统产生的相当低的火花频率(如每秒10个火花)适于在此窗口内汇集空气/燃料混合物。除了电容放电电路，还提出了各种电感点火电路用于涡轮机和内燃机。这些系统通常使用一种变压器或其它感应装置以贮存用于产生火花的能量。例如，1992年8月18日授于M.W.Gose等人的第5,139,004号美国专利，披露了一种用于内燃机的电感点火电路。该点火电路使用一种激励晶体管控制流过升压变压器初级的电流。此激励晶体管的导通和截止与发动机曲轴的旋转同步。与初级绕组和激励晶体管串联的电阻器用于检测流过初级的电流并且与晶体管的驱动电路连接，以当初级绕组电流增至某一预设值时，偏置激励晶体管进入限流模式。驱动电路包括RC定时电路，该电路用于防止在根据曲柄位置传感器的前一个定时脉冲之前，由于寄生噪音驱动晶体管偏置回“导通”。来自此定时电路的信号与参考电压同时提供给一个比较器电路，并且比较器输出用于保持激励晶体管截止直至来自定时电路的信号低于参考电压。另一个此种电感点火电路，由1988年4月19日授于D.L.Haines等人的第4,738,239号美国专利披露。此电路包括一个连接到由信号发生器控制导通和截止的激励晶体管的高端。此晶体管通过开关其栅极至地而被截止。在变压器回扫期间，晶体管源极电压为负。为了防止此晶体管切换回“导通”状态，使用另一独立的晶体管在变压器回扫期间将此晶体管栅极箝位于其源极。正如Gose等人的电路一样，火花频率是根据曲轴位置确定的。不利用回扫产生火花的点火电路也被使用。例如，1996年12月24日授于K.A.Dooley的第5,587,630号美国专利，披露了一种采用一个工作在10-30KHz之间的LC谐振电路的连续等离子点火系统。此电路包括一个变压器和一个激励晶体管，此激励晶体管通过一个具有RC电路所设定频率的定时电路或通过一个使用电压控制振荡器以驱动电路谐振的变压器次级闭环反馈电路实现导通和截止。1990年4月17日授于T.Maeda等人的第4,918,569号美国专利，披露了一种具有高自谐振频率的正向型点火电路，它提供具有短上升时间的高电压输出。驱动电路包括一个变压器和一个用于开关通过变压器初级电流的晶体管。当流过次级的电流足够大时，次级接地回路中的检测电阻器提供探测信号，此信号供给截止激励晶体管的控制电路。已经提出各种采用电感贮能装置与变压器或电容器一起提供火花能量的混合点火系统。例如，1991年11月12日授于J.R.Frus的第5,065,073号美国专利，披露了一种电容放电点火电路，其包括一个具有用于对电路主贮能电容器进行充电的具有回扫变压器的直流—直流变换器。直流—直流变换器使用反馈绕组，它在晶体管导通期间对其激励晶体管提供正偏置。当流过初级的电流达到足够大时，初级绕组电路通路中的检测电阻器将晶体管切换至“截止”。此后，反馈绕组的回扫能提供负偏置，以保持激励晶体管在回扫期间被截止。火花频率控制由一个对激励晶体管提供截止信号的分立定时电路提供，以使在变压器回扫后的一段时间内保持其处于截止状态。上述的点火电路主要设计用于汽车内燃机和飞机涡轮机中。然而，最近开始出现了由天然气和其它非传统燃料源提供动力的更小的涡轮系统。这些系统不仅能使用比传统电容放电点火系统更低的火花能点火，而且还能非常快地通过其空气/燃料混合物窗口，尤其在诸如有时用于发电机的微型涡轮系统中。因此，传统电容放电点火系统太慢了，以致不能为涡轮系统提供最佳点火。而上述某些点火系统能够实现必要的火花频率，并且在Dooly系统条件下，它可以产生连续等离子电弧，这些系统中大多数不具备在宽范围内可选择的闭环火花频率控制。因此，本专利技术的目的在于提供一种低成本电感点火电路，它为诸如用于发电机中的微型涡轮等更新型的小型涡轮机提供可靠点火。优选地，控制电路包括两个反馈电路，其中一个触发驱动电路截止以引起变压器回扫，另一个使用通过反馈绕组获得的部分回扫能在变压器回扫期间维持驱动电路截止。此时间周期决定了电路火花频率，并且根据点火电路的特殊应用要求，能够使用第二级反馈电路中的调节元件或选择作为最终电路设计一部分的适当的元件参数在宽范围内选择此时间周期。优选地，第一反馈电路监控初级电流并且当电流超过预选值时截止驱动电路。反馈绕组优选地用于在驱动电路切换至“导通”期间对驱动电路提供正偏置，并且也优选地在回扫期间对第二级反馈电路中的RC定时电路提供充电电流。此定时电路包括一个电容器，它用于保持驱动电路为“截止”状态，直至电容器放电达到预选值以下。更具体地，驱动电路16包括一个n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管20型的开关晶体管，其漏极与变压器14的初级绕组22串联，并且其源极通过一个电流检测电阻器24接地。初级绕组22的上端连接于一个直流供电干线26。晶体管20的栅极包括一个驱动电路16的控制输入，并且通过一个上拉电阻器28与供电干线26连接。使用变压器14的反馈绕组30对晶体管20的栅极提供正反馈，此变压器14的一端通过第二电流检测电阻器32与地相连接并且通过串联的反馈电阻器34和电容36与晶体管20的栅极连接。晶体管20的栅极也与使用截止信号周期性截止驱动电路16的控制电路18的输出端相连，在例举的实施例中，截止信号是通过将栅极电压下拉至地而产生的低电平有效信号。正如本
技术人员所知，在没有控制电路18产生的截止信号时，上拉电阻器28使得晶体管20导通。当电流开始流过初级22，由反馈绕组30将附加电流供给晶体管20的栅极，使晶体管20完全导通。为了避免在晶体管20的栅极出现大的瞬间电压，一个5伏的稳压二极管38连接于晶体管20的栅极和源极间(已示出)。随着流过初级22的电流增加，电流检测电阻器24上的电压也增加。此电压由控制电路18监控，并且一旦达到预选量值，控制电路18便产生将晶体管20的栅极拉向地的截止信号，因此截止晶体管20并且迅速切断流过初级22的电流。变压器14的磁场随后迅速衰退，使得在反馈绕组30以及变压器14的次级绕组40上产生相反极性的感应电压。此变压器回扫使得电流流过由控制电路18检测的电阻器32，并且用于将驱动电路16暂时维持在其截止状态。与此同时，变压器14的回扫导致在次级40上产生高压，其电压量值由变压器初级和次级匝数比决定。仍然参考附图说明图1，在此详细说明控制电路18的结构和操作。控制电路18包括一个第一反馈电路42和一个第二反馈电路44，两者均连接于驱动电路16的控制输入端(即，晶体管20的栅极)。一般地，当流过变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感点火电路，该电感点火电路包括：变压器，具有初级绕组、反馈绕组以及次级绕组，所述次级绕组具有高压输出；驱动电路，用于所述变压器的初级绕组，所述驱动电路的输出连接到所述初级绕组，其至少一个控制输入用于选择性地导通或截止所述驱动电 路的运行过程，所述驱动电路在电流流过所述初级绕组的第一状态与基本上没有电流流过所述初级绕组的第二状态之间转换，其中如果在所述控制输入端没有截止信号则所述驱动电路可以在所述第一状态运行并根据在所述控制输入端接收的截止信号转换到第二状态；以及 控制电路，连接在所述反馈绕组与所述驱动电路的所述控制输入端之间，在所述第一状态运行所述驱动电路后，可以运行所述控制电路以在所述控制输入端暂时提供截止信号。

【技术特征摘要】
US 1998-12-23 60/113,4381.一种电感点火电路，该电感点火电路包括变压器，具有初级绕组、反馈绕组以及次级绕组，所述次级绕组具有高压输出；驱动电路，用于所述变压器的初级绕组，所述驱动电路的输出连接到所述初级绕组，其至少一个控制输入用于选择性地导通或截止所述驱动电路的运行过程，所述驱动电路在电流流过所述初级绕组的第一状态与基本上没有电流流过所述初级绕组的第二状态之间转换，其中如果在所述控制输入端没有截止信号则所述驱动电路可以在所述第一状态运行并根据在所述控制输入端接收的截止信号转换到第二状态；以及控制电路，连接在所述反馈绕组与所述驱动电路的所述控制输入端之间，在所述第一状态运行所述驱动电路后，可以运行所述控制电路以在所述控制输入端暂时提供截止信号。2.根据权利要求1所述的点火电路，其中所述控制电路包括第一反馈电路，与所述驱动电路的所述控制输入端相连，可以运行所述第一反馈电路以在所述第一状态运行所述驱动电路期间在所述控制电路产生截止信号，因此在所述第一状态运行所述驱动电路之后，所述驱动电路转换到所述第二状态；以及第二反馈电路，连接到所述反馈绕组与所述驱动电路的所述控制输入端之间，根据所述反馈绕组提供的回扫能，运行所述第二控制电路以暂时将所述驱动电路保持在所述第二状态。3.根据权利要求2所述的点火电路，其中所述第一反馈电路进一步包括比较器，将该比较器连接到电路中以接收作为输入的基准电压和表示流过所述初级绕组的电流的电压，可以根据流过所述初级绕组、超过选择数值的电流，运行所述第一反馈电路以产生截止信号。4.根据权利要求2所述的点火电路，其中所述第二反馈电路进一步包括比较器，将该比较器连接到电路中以接收作为输入的基准电压和所述反馈绕组输出的反馈信号，可以根据所述反馈绕组提供的回扫能，运行所述第二反馈电路以产生其截止信号。5.根据权利要求4所述的点火电路，其中所述第二反馈电路包括具有电阻器和电容器的定时电路，其中所述第二反馈电路产生其截止信号的时间周期依赖于所述电阻器的电阻值和所述电容器的电容值。6.根据权利要求1所述的点火电路，其中通过将所述驱动电路从所述第一状态转换到所述第二状态，可以运行所述驱动电路以利用所述变压器的回扫对所述次级绕组提供火花能量。7.根据权利要求6所述的点火电路，其中所述反馈绕组具有第一端，第一端与所述驱动电路相连以在所述驱动电路从所述第二状态转换到所述第一状态期间为所述控制电路提供电流，并且其中所述反馈绕组进一步包括第二端，第二端与所述控制电路相连以在所述变压器回扫期间为所述控制电路提供电流。8.根据权利要求6所述的点火电路，其中所述反馈绕组在所述变压器回扫期间为所述控制电路提供回扫能。9.根据权利要求8所述的点火电路，其中可以运行所述控制电路以至少存储一些回扫能并利用存储的回扫能使所述驱动电路在所述变压器回扫后的一段时间周期内保持所述第二状态。10.根据权利要求1所述的点火电路，其中所述控制电路包括被连接以从所述反馈绕组接收反馈信号的部件，所述部件的值可以采用所述反馈信号确定所述点火电路的火花频率，因此所述控制电路对火花频率进行闭环控制。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂夫J凯宾斯基，
申请(专利权)人：冠军航天股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]