一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器的制作方法

1.本发明涉及航空工业点火装置技术领域，具体地说，涉及一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器。


背景技术：

2.目前常见的等离子点火激励器，一般由逆变电路、整流电路、储能电路及放电开关器件组成。专利申请号为95225655.x，专利名称为高能点火装置的中国专利，该高能点火装置包括电源、变压器、整流电路、贮能电路、脉冲触发装置、放电管及火花塞，电源经变压器升压、整流后向储能电容器充电，当储能电容器上电压达到放电管的击穿电压时，放电管击穿导通，储能电容器上的电压施加到触发装置，产生高压脉冲击穿放电管和火花塞，储能电容通过放电管向火花塞放电，形成电火花。
3.该种类型的点火激励器只能实现单一状态输出，无法对自身状态进行检查反馈，更加无法针对发动机恶劣工况条件，如低温、高空低气压等进行自适应调节，即增大输出功率以增大等离子火焰，以满足恶劣条件下发动机对点火能力的更高要求。
4.目前航空发动机工作环境愈加复杂，点火激励器不能根据环境变化实现输出状态进行自适应调节，不仅存在智能化程度不足的问题，也存在发动机在恶劣环境下的工作稳定性不足和点火能力不足的问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中的点火激励器无法针对发动机恶劣工况条件，如低温、高空低气压等进行自适应调节的问题，提出一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，通过设置温度监测器和压力监测器监测不同温度、不同气压环境工作条件，并通过设置环境控制器和逆变控制器根据不同工作环境调整自身工作状态，通过电流控制器提高输入电流，放电控制器增大放电频率以提高输出功率，增大等离子火焰，提高了点火激励器的点火能力，解决了传统点火激励器在使用过程中存在的输出状态单一，无法解决恶劣环境条件下对点火能力更高需求的问题。
6.本发明实现内容如下：
7.一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，包括温度监测器、压力监测器、环境控制器、逆变控制器、电流控制器、放电控制器、或门电路；
8.所述环境控制器通过或门电路与温度监测器、压力监测器分别连接，用于将从温度监测器获取的温度信号或从压力监测器获取的压力信号转换为频率控制信号和电流控制信号；
9.所述逆变控制器与环境控制器、放电控制器、电流控制器连接，用于将从环境控制器获取的频率控制信号输出至放电控制器，通过控制放电控制器的导通与关断控制放电频率的大小，并将从环境控制器获取的电流控制信号输出至电流控制器，通过控制电流控制器的关断与导通控制输入电流的大小。
10.为了更好地实现本发明，进一步地，所述具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，还包括反馈监测器；
11.所述反馈监测器与环境控制器、放电控制器连接，用于将从放电控制器获取的电压信号转换为电流信号反馈至环境控制器，环境控制器将从反馈监测器接收的电流信号转换为频率控制信号输出至放电控制器，控制放电控制器的放电频率。
12.为了更好地实现本发明，进一步地，所述环境控制器包括控制芯片u1a；
13.所述控制芯片u1a的引脚14通过与门电路与温度监测器连接，引脚1通过与门电路与压力控制器连接，引脚3与反馈监测器连接，引脚4与放电控制器连接，引脚13与逆变控制器连接。
14.为了更好地实现本发明，进一步地，所述逆变控制器包括pwn控制芯片；
15.所述pwn控制芯片的引脚4与控制芯片u1a的引脚13连接，引脚3和引脚6与电流控制器连接。
16.为了更好地实现本发明，进一步地，所述电流控制器包括变压器t1、mos管q1；
17.所述变压器t1的变压输入端一端与电源连接，另一端与mos管q1的漏极连接；
18.所述变压器t1的变压输出端一端放电控制器连接，另一端输出等离子火焰；
19.所述mos管q1的栅极与pwn控制芯片的引脚6连接，源极与pwn控制芯片的引脚3、地端连接。
20.为了更好地实现本发明，进一步地，所述电流控制器还包括电阻r1；
21.所述电阻r1一端搭接在mos管q1的源极与pwn控制芯片的引脚3之间，另一端与地端连接，用于采集所述等离子点火激励器的输入电流。
22.为了更好地实现本发明，进一步地，所述放电控制器包括三极管q2、二极管d3、电阻r2；
23.所述变压器t1的变压输出端一端与三极管q2的集电极连接，另一端与通过二极管d3输出等离子火焰；
24.所述三极管q2的基极与控制芯片u1a的引脚4连接，发射极通过接地的电阻r2与控制芯片u1a的引脚3连接。
25.为了更好地实现本发明，进一步地，所述温度监测器为温度传感器u3a，所述压力监测器为压力传感器u4a。
26.本发明具有以下有益效果：
27.(1)本发明通过采用温度监测器和压力监测器分别对环境温度和压力进行监测，实现了发动机点火激励器能够根据不同的环境温度或压力进行自适应火焰调节，实现了点火激励器与高空低温等恶劣环境自适应匹配调节。同时，本发明使得点火激励器能够根据工作环境条件的恶劣程度，自适应控制等离子火焰增大的程度，更好地提升了航空发动机恶劣工况下的点火能力。
28.(2)反馈监测器可实时监测等离子火焰大小，电流控制器可实时监测输入电流大小，也能间接反映等离子火焰大小，反馈信号可综合反映点火激励器的工作状态，并通过检测信号反馈给环境控制电路，可实现点火激励器工作状态的闭环控制，从而进一步提升了点火激励器的工作稳定性，提升了发动机的整体可靠性。
29.(3)本发明通过将压力和温度转换为电压信号，并将电压信号的大小与环境温度、
高度进行对应标定，环境控制电路根据该电压信号的大小，输出相应的控制信号提高放电频率和输入电流，由此实现增大等离子火焰的功能。该发明不仅有助于提高点火激励器的智能化程度，也有利于提高发动机恶劣环境下的工作稳定性及点火能力。
附图说明
30.图1为本发明提出的等离子点火激励器的原理框图；
31.图2为本发明实施例中提出的等离子点火激励器的原理框图；
32.图3为本发明提出的等离子点火激励器的电路原理图。
具体实施方式
33.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.实施例1：
36.一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，如图1所示，包括温度监测器、压力监测器、环境控制器、逆变控制器、电流控制器、放电控制器、或门电路；
37.所述环境控制器通过或门电路与温度监测器、压力监测器分别连接，用于将从温度监测器获取的温度信号或从压力监测器获取的压力信号转换为频率控制信号和电流控制信号；
38.所述逆变控制器与环境控制器、放电控制器、电流控制器连接，用于将从环境控制器获取的频率控制信号输出至放电控制器，通过控制放电控制器的导通与关断控制放电频率的大小，并将从环境控制器获取的电流控制信号输出至电流控制器，通过控制电流控制器的关断与导通控制输入电流的大小。
39.工作原理：本实施例通过设置温度监测器和压力监测器监测不同温度、不同气压环境工作条件，并通过设置环境控制器和逆变控制器根据不同工作环境调整自身工作状态，通过电流控制器提高输入电流，通过设置放电控制器增大放电频率以提高输出功率，增大等离子火焰，提高了点火激励器的点火能力，解决了传统点火激励器在使用过程中存在的输出状态单一、无法解决恶劣环境条件下对点火能力更高需求的问题。
40.实施例2：
41.本实施例在上述实施例1的基础上，如图3所示，温度监测器、压力监测器、环境控制器、逆变控制器、电流控制器、放电控制器、或门电路的具体结构进行说明。
42.工作原理：所述具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器还包括反馈监测
器；
43.所述反馈监测器与环境控制器、放电控制器连接，用于将从放电控制器获取的电压信号转换为电流信号反馈至环境控制器，环境控制器将从反馈监测器接收的电流信号转换为频率控制信号输出至放电控制器，控制放电控制器的放电频率。
44.所述环境控制器包括控制芯片u1a；
45.所述控制芯片u1a的引脚14通过与门电路与温度监测器连接，引脚1通过与门电路与压力控制器连接，引脚3与反馈监测器连接，引脚4与放电控制器连接，引脚13与逆变控制器连接。
46.所述逆变控制器包括pwn控制芯片；
47.所述pwn控制芯片的引脚4与控制芯片u1a的引脚13连接，引脚3和引脚6与电流控制器连接。
48.所述电流控制器包括变压器t1、mos管q1；
49.所述变压器t1的变压输入端一端与电源连接，另一端与mos管q1的漏极连接；
50.所述变压器t1的变压输出端一端放电控制器连接，另一端输出等离子火焰；
51.所述三级管q1的栅极与pwn控制芯片的引脚6连接，源极与pwn控制芯片的引脚3、地端连接。
52.所述电流控制器还包括电阻r1；
53.所述电阻r1一端搭接在mos管q1的源极与pwn控制芯片的引脚3之间，另一端与地端连接，用于采集具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器的输入电流。
54.所述放电控制器包括三极管q2、二极管d3、电阻r2；
55.所述变压器t1的变压输出端一端与三极管q2的集电极连接，另一端与通过二极管d3输出等离子火焰；
56.所述三极管q2的基极与控制芯片u1a的引脚4连接，发射极通过接地的电阻r2与控制芯片u1a的引脚3连接。
57.所述温度监测器为温度传感器u3a，所述压力监测器为压力传感器u4a。
58.本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
59.实施例3：
60.本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，如图2、图3所示，以一具体的实施例对本发明进行详细说明。
61.工作原理：本实施例目的是针对现有技术路线存在的不足之处，提供一种能够监测不同温度、气压环境工作条件，并根据不同工作环境调整自身工作状态，即提高收入电流、增大放电频率以提高输出功率，增大等离子火焰，以提高点火能力的等离子点火激励器。该发明可解决传统技术在使用过程中存在的输出状态单一，无法解决恶劣环境条件下对点火能力更高需求的问题。
62.本实施例的目的是这样实现的：温度监测电路与压力监测电路分别对环境温度与环境压力进行监测，当温度或压力环境条件超过设定值时，监测电路将通过或门电路产生环境监测控制信号，监测控制信号作用于环境控制电路。由于采用或门电路，故在压力或温度监测控制信号其中之一超过设定值时，均可输出环境监测控制信号。
63.环境监测控制信号作用于环境控制电路，环境控制电路通过控制放电开关频率以
及总输入电流来控制整个激励器的输出特性，即可控制激励器输出等离子火焰的大小。当环境监测控制信号输出不同的电压时，环境控制电路通过电压值对应输出不同的电流控制信号以及频率控制信号。
64.其中，频率控制信号传输至放电控制电路，该信号通过控制放电控制电路中的放电开关以达到控制放电频率的目的。同时，通过反馈监测电路反馈给放电控制电路，以达到闭环控制的目的。电流控制信号输出至电流控制电路，电流控制电路通过提高电路导通时间以增大输入电流，从而提高点火激励器的总功率，最终实现提高输出功率，即增大等离子火焰的目的。同时，通过取样电路的电流取样信号反馈给电流控制电路，实现最大电流的闭环控制功能。
65.如图2所示，本实施例通过温度传感器将环境温度转换为温度信号，通过压力传感器将环境压力转换为压力信号，以上信号皆为电压信号。不同的温度和压力将对应不同的电压值，该信号将传输至环境控制电路，环境控制电路将根据不同的温度和压力电压值输出不同的电流控制信号及频率控制信号：当温度或压力环境条件正常时，环境控制电路输出正常大小的电流控制信号和正常频率的频率控制信号；当温度或压力环境条件逐渐趋向恶劣时如温度降低、压力降低，此时温度信号和压力信号将逐渐降低，环境控制电路将逐渐增大电流控制信号幅值以及频率控制信号的频率。由此，随着工作环境恶劣程度增加，点火激励器输出的等离子火焰将随之增大。
66.通过反馈监测电路对等离子火焰大小进行实时监测，并将信号反馈至环境控制电路，以确保等离子火焰达到对应环境的设定值。
67.通过电流控制电路对输入电流进行实时监测，当环境控制电路输出电流控制信号至电流控制电路时，通过取样电路的电流取样信号反馈给电流控制电路，该电路通过提高电路导通时间即占空比以增大输入电流，从而提高点火激励器的总输入功率，以确保输入电流达到对应环境的设定值。最终实现提高输出功率即增大等离子火焰的目的。由此实现闭环反馈控制。
68.如图3所示，芯片u3a为温度传感器，采用温敏感应芯片即可实现。u4a为压力传感器，采用压阻式压力传感器，可直接将温度信号转换为电压信号输出。传感器监测工作环境中的温度和压力，并将其转化为相应大小的电压信号，该信号传递至中央控制芯片u1a。u1a为微型处理芯片，可将输入的温度和压力信号与预设的输入电流和放电频率进行比较，并输出相应的电流控制和频率控制信号。由此可实现不同温度、压力对应输出不同的控制信号，从而可工作环境的恶劣程度输出不同大小的等离子火焰。
69.u1a为微型处理芯片，其通过引脚4输出频率控制信号，通过引脚13输出电流控制信号。当工作环境趋于恶劣时即温度降低、压力降低，引脚4输出的频率控制信号将提高输出信号的交变频率，从而提高大功率开关器件q2的开关频率，使得放电频率升高。同时，引脚13输出的频率控制信号将作用于pwm芯片u2，提高pwm芯片u2的pwm占空比，同时提高pwm芯片u2的引脚3的停止逆变电压，使得经过电阻r1检测取样的电压阈值提高，从而提高输入回路的电流。
70.电阻r1为输入电流检测电阻，当电阻r1的取样电压达到pwm芯片u2引脚3的电压阈值时，pwm芯片u2停止输出逆变信号，由此实现输入电流的控制。
71.电阻r2为输出取样电阻，当输出回路形成等离子火焰时，电阻r2上取样的电压信
号即为放电回路的电流信号，该信号可反映等离子火焰的大小。该信号反馈至微型处理芯片u1a的引脚3，可对等离子火焰的大小进行实时监测。以实现等离子火焰的闭环控制，提高系统稳定性。
72.放电开关器件q2选用igbt半导体开关器件，通过微型处理芯片u1a的引脚4输出的电压信号可控制开关器件q2的通断，从而可控制放电的频率。
73.当工作环境恢复至正常条件时，温度传感器u3a、压力传感器u4a恢复至正常输出信号，微型处理芯片u1a输出也恢复至正常水平，则整个电路的电流、以及放电频率均恢复至正常工作状态，即输出的等离子火焰恢复至正常状态，由此达到了自适应调整的目的。
74.本实施例可通过监测工作环境温度和压力实现激励器的等离子火焰的自动调节：在环境恶劣时增大输出功率，即增大等离子火焰，在环境恢复正常后，又能恢复正常的火焰。
75.本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
76.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，包括温度监测器、压力监测器、环境控制器、逆变控制器、电流控制器、放电控制器、或门电路；所述环境控制器通过或门电路与温度监测器、压力监测器分别连接，用于将从温度监测器获取的温度信号或从压力监测器获取的压力信号转换为频率控制信号和电流控制信号；所述逆变控制器与环境控制器、放电控制器、电流控制器连接，用于将从环境控制器获取的频率控制信号输出至放电控制器，通过控制放电控制器的导通与关断控制放电频率的大小，并将从环境控制器获取的电流控制信号输出至电流控制器，通过控制电流控制器的关断与导通控制输入电流的大小。2.如权利要求1所述的一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，还包括反馈监测器；所述反馈监测器与环境控制器、放电控制器连接，用于将从放电控制器获取的电压信号转换为电流信号反馈至环境控制器，环境控制器将从反馈监测器接收的电流信号转换为频率控制信号输出至放电控制器，控制放电控制器的放电频率。3.如权利2所述的一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，所述环境控制器包括控制芯片u1a；所述控制芯片u1a的引脚14通过与门电路与温度监测器连接，引脚1通过与门电路与压力控制器连接，引脚3与反馈监测器连接，引脚4与放电控制器连接，引脚13与逆变控制器连接。4.如权利要求3所述的一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，所述逆变控制器包括pwn控制芯片；所述pwn控制芯片的引脚4与控制芯片u1a的引脚13连接，引脚3和引脚6与电流控制器连接。5.如权利要求4所述的一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，所述电流控制器包括变压器t1、mos管q1；所述变压器t1的变压输入端一端与电源连接，另一端与mos管q1的漏极连接；所述变压器t1的变压输出端一端放电控制器连接，另一端输出等离子火焰；所述mos管q1的栅极与pwn控制芯片的引脚6连接，源极与pwn控制芯片的引脚3、地端连接。6.如权利要求5所述的一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，所述电流控制器还包括电阻r1；所述电阻r1一端搭接在mos管q1的源极与pwn控制芯片的引脚3之间，另一端与地端连接，用于采集等离子点火激励器的输入电流。7.如权利要求5所述的一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，其特征在于，所述放电控制器包括三极管q2、二极管d3、电阻r2；所述变压器t1的变压输出端一端与三极管q2的集电极连接，另一端与通过二极管d3输出等离子火焰；所述三极管q2的基极与控制芯片u1a的引脚4连接，发射极通过接地的电阻r2与控制芯片u1a的引脚3连接。

技术总结
本发明提出一种具备自适应火焰调节功能的等离子点火激励器，通过设置温度监测器和压力监测器监测不同温度、不同气压环境工作条件，并通过设置环境控制器和逆变控制器根据不同工作环境调整自身工作状态，通过电流控制器提高收入电流，放电控制器增大放电频率以提高输出功率，增大等离子火焰，提高了点火激励器的点火能力，解决了传统点火激励器在使用过程中存在的输出状态单一，无法解决恶劣环境条件下对点火能力更高需求的问题，不仅有助于提高点火激励器的智能化程度，也有利于提高发动机恶劣环境下的工作稳定性及点火能力。恶劣环境下的工作稳定性及点火能力。恶劣环境下的工作稳定性及点火能力。


技术研发人员：刘宝林 薛登攀 刘凡 黄统 王大成
受保护的技术使用者：四川泛华航空仪表电器有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/4