CN102345878A - 火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路 - Google Patents
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Abstract
一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，应用于燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气热风炉、燃气锅炉等燃气产品领域。它包括可控的电感储能升压，电压检测，恒压、恒频、恒脉宽电源，火焰离子电流大小检测及高压脉冲点火电路。MCU通过PID算法控制PWM1的不同占空比输出，使得电容C1的充电电压在检火时是稳定的，点火时又可升至更高的点火触发电压。PWM2通过T2、C3调节出一个恒压、恒频、恒脉宽的脉冲电源供火焰离子电流检测用。火焰离子电流大小检测则通过R10、R11、R12、C3、C4等将火焰离子电流转换成电压，经MCU的AD采样实现火焰离子电流大小检测。解决传统火焰离子电流由于供检测的交变电源波动大，造成火焰离子电流大小波动，不能反映出火焰燃烧的好坏变化的要求。同时检火、点火电路合二为一，降低了成本。
Description
技术领域
本发明的目的在于通过微控制器(MCU)对火焰离子电流大小检测用的脉冲电源的电压、频率及脉宽进行精确控制，达到对火焰离子电流大小的检测既能通过MCU的AD采样精确得到，同时又能用同一个脉冲电源取得点火器用的中压电源的电路。
背景技术
在燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气热风炉、燃气锅炉等燃气产品领域，燃气燃烧过程中效率的高低及废气排放的高低与燃烧工况的好坏相关，而燃烧工况的好坏与燃气和空气的混合比例相关，直接反映出是火焰的变化。通过对火焰离子电流大小的精确监测，调节燃气和空气的混合比例，从而提高燃气产品的热效率及废气排放标准。
采用传统的火焰离子电流检测是利用电网的交流电源(直接使用或通过变压器隔离使用)，或是用LC振荡器产生一个中压脉冲电源。电网的交流电源波动较大，直接造成火焰检测离子电流波动变化；用LC振荡器产生的中压脉冲电源受电感变压器的磁芯、气隙、耦合电容变化及生产工艺的影响，使得该脉冲电源的电压幅值、频率、脉宽的差异性较大，直接造成火焰检测离子电流波动变化。另：传统的脉冲点火器，一是采用继电器通过对电网交流电源的控制，然后供给点火器进行脉冲点火，此方式要用到成本较高的继电器；二是通过控制直流电源对LC振荡升压器产生一个中压脉冲电源，然后供给点火器点火，此方式要增加LC振荡升压器成本，同时LC振荡升压器的可靠性较差。
上述传统的火焰离子电流检测方法，由于应用于火焰离子电流大小检测的交变电源的变化较大，直接影响火焰离子电流大小的变化(火焰离子电流与施加的交变电源电压相关)，只能作为火焰有无的判断依据，而不能作为燃烧工况好坏的判断依据。另：传统点火、检火电路用的中压电源的独立使用，成本相对高些。
因此，有必要改进的传统火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，实现火焰离子电流大小的精确检测，为调节燃气和空气的混合比例，达到较高的燃烧效率和较低的废气排放提供控制参量，实现节能减排的目的，同时降低产品的成本。
发明内容
本发明的目的在于：一是通过MCU的PWM控制方式，控制电感储能升压的能量，从而达到同一电感储能升压电路可分时实现检火、点火所用的不同电压幅值。二是通过MCU对电感储能升压电路的电压采样反馈信号进行PWM控制信号的PID调节，达到一个稳定的直流电压输出。三是通过MCU的另一路PWM控制输出对直流输出电压进行调节成一个恒频，恒脉宽，恒电压幅值的脉冲输出信号电源。此电源作为火焰离子电流大小检测的交变电源，实现精确的火焰离子电流大小检测，达到燃烧工况的最佳控制，从而实现节能减速排。四是点火可通过调整PWM使得电感储能升压电路的输出达到触发二极管的触发电压，触发二极管的触发导通产生高压点火脉冲，从而降低了成本又提高了可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，它包括有电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13；电容C1、C2、C3、C4；电感L1；二极管D1、D2；触发二极管SD1；三极管T1、T2；脉冲变压器TR1；
升压电路：由MCU的PWM1、R1、R2、T1、L1、D1、C1构成，由MCU的PWM控制产生一个160V至220V的直流电压Uod。
电压取样电路：由R3、R4、R5、C2、MCU的AD采样组成。
通过升压电路、电压取样电路，软件实时PID调节PWM的占空比，实现Uod的稳压控制。
恒频，恒脉宽，恒电压幅值的脉冲输出电路：由MCU的PWM2、R6、R7、R8、T2、C3组成。PWM2输出控制T2的通断，使得C3输出一个恒频，恒脉宽，恒电压幅值的脉冲。
火焰离子检测电路：由R9、R10、R11、R12、R13、C3、C4、D2组成。由于火焰离子单向传导特性，使得V火焰检测随火焰离子电流的大小变化而变化。
高压脉冲电路：由C1、SD1、TR1组成，当C1的电压超过SD的触发电压时SD触发，通过TR1产生高压脉冲。
通过PWM1对升压电路对高压脉冲电路的电压控制，实现高压脉冲点火的输出。
附图说明
本发明火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路的电路由以下的实施例及附图给出。
图1为传统火焰离子电流检测及脉冲点火电路原理图。
图2是本发明火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路原理图。
具体实施方式
以下将对本发明火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路结合实施例作进一步详细描述，其电路原理图如图2所示。
各元器件采用的选值为：R1阻值为4K7欧姆，R2阻值为1K欧姆，R3、R9、R11阻值为1M欧姆，R4阻值为20K欧姆，R5、R6、R7、R13阻值为10K欧姆，R8阻值为200K欧姆，R10阻值为470K欧姆，R12阻值为4M7欧姆；C1型号为1μF/250V，C2型号为103/50V，C3型号为103/400V，C4型号为104/50V；L1型号为33mH；D1、D2型号为FR107；SD1型号为K2000G；T1、T2型号为A44；TR1型号为HF4。
MCU的PWM1、R1、R2、T1、L1、D1、C1构成升压电路，PWM1输出为高时：T1饱和导通，L1通电储能。PWM1输出为低时：T1截止，L1储能通过D1、C1释放，C1充电，周而复始，C1充电电压逐渐上升；再通过控制PWM1的占空比，使得C1的电压在检火时为160V，点火时则升至触发二极管的触发电压190V～220V。
R3、R4、R5、C2、MCU的AD采样组成电压取样电路通过R3、R4对Uod的分压供MCU的AD采样，Uod电压为160V时为3.13V。
MCU的软件根据电压采样值通过PID算法对升压电路的PWM1进行调节，将C1的电压稳定控制在160V上。
PWM2、R6、R7、R8、T2、C3组成的开关电路对C3进行充放电，此过程的软件控制PWM2输出是恒频、恒脉宽的，因而得到一个恒压、恒频、恒脉宽的脉冲信号源。注：火焰离子电流为微安级。
R9、R10、R11、R13、C3、C4、D2组成火焰离子检测电路，当无火时，检火针对地处于断开状态，火焰检测电压直流分量V火焰检测＝R12/(R11+R12)*5＝4700000/(1000000+4700000)*5＝4.12(V)；当有火时，火焰离子作用(火焰离子电流具有单向流动特性)，检火针对地正向导通。PWM2为低时，T2截止，Uod通过R8、C3、R9、火焰检测针到地形成回路，C3充电储能；PWM2为高时，T2导通，由于检火针对地反向不导通，C3电能只能通过T2、C4、R10、D3形成回路释放，C4充电，形成对火焰检测电压一个叠加分量Vc4，V火焰检测＝Vdc+Vc4，注：Vc4为负值；当PWM2再为低时，T2截止，Uod通过R8、C3、R9、火焰检测针到地再次对C3充电储能，周而复始，V火焰检测则随着火焰离子电流的大小变化而变化，约为1.0V～3.8V。
C1、SD1、TR1组成高压点火脉冲电路，随着升压电路对C1的不断充电升压，当电压达到触发二极管SD的触发电压190V～215V时，触发二极管SD触发导通，C1通过SD、TR1放电，TR1将该脉冲电压升压至点火针所用的12KV点火高压脉冲。软件控制点火期间C1的电压从零至触发二极管触发电压之间周期变化，实现连续的点火脉冲输出。
软件控制通过调节PWM1的占空比，实现点火期间C1的充电电压超190V。而检火期间(不点火)，C1的电压为160V稳压，实现检火、点火共用一套升压电路，节省成本，比LC振荡升压电路更可靠。
Claims (6)
1.一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，用于燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气热风炉、燃气锅炉等燃气产品领域，其特征在于：此电路包括可控的电感储能升压，电压取样，恒频，恒脉宽，恒电压幅值电源，火焰离子电流大小检测及高压脉冲点火电路。
2.一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，其特征在于：可控的电感储能升压电路由MCU的PWM1、R1、R2、T1、L1、D1、C1、TR1构成，由MCU的PWM控制产生一个150V至200V的直流电压Uod。
3.一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，其特征在于：电压取样电路由R3、R4、C2、MCU的AD采样组成。
4.一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，其特征在于：恒频，恒脉宽，恒电压幅值的脉冲输出电路由MCU的PWM2、R5、R6、R7、T2、C3组成。PWM2输出控制T3的通断，使得C3输出一个恒频，恒脉宽，恒电压幅值的脉冲。
5.一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，其特征在于：火焰离子检测电路由R8、R9、R10、R11、C3、C4、D2组成。由于火焰离子单向传导特性，使得Uf随火焰离子电流的大小变化而变化。
6.一种火焰离子电流大小检测及脉冲点火电路，其特征在于：高压脉冲电路由C1、SD1、TR1组成，当C2的电压超过SD的触发电压时触发，通过TR1产生高压脉冲。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Tian Maodan Document name: Notification of Passing Preliminary Examination of the Application for Invention |
|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Allied Control System Company Tian Maodan Document name: Notification of Publication and of Entering the Substantive Examination Stage of the Application for Invention |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Tian Maodan Document name: Notification of Passing Examination on Formalities |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SHENZHEN ALLIED CONTROL SYSTEM CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHENZHEN CITY ALLIED CONTROL SYSTEM CO., LTD. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518103, 6~7 Town, Heping District, Heping Town, Baoan District, Shenzhen, Fuyong Province, B Road, C District, Chun Ying Industrial Zone, intersection of two road and Fu Road, Heping Town, Guangdong, China Patentee after: Allied Control System Company Address before: 518103, 6~7 Town, Heping District, Heping Town, Baoan District, Shenzhen, Fuyong Province, B Road, C District, Chun Ying Industrial Zone, intersection of two road and Fu Road, Heping Town, Guangdong, China Patentee before: Allied Control System Company |