Высоковольтные преобразователи на тиристорно-транзисторном генераторе

А.АЛЕКСЕЕВ, В.АЛЕКСЕЕВ,

г.Пермь.

В быту и на производстве нередко используются высоковольтные пре­образователи, например, в иониза­торах, осцилляторах сварочного производства для бесконтактного за­жигания дуги, а также в автомобиль­ных системах зажигания и т.п. Предлагаем высоковольтные пре­образователи, построенные на ти­ристорно-транзисторном генерато­ре, нагрузкой которого служат авто­мобильные катушки зажигания типа Б116илиБ117.

В схеме на рис.1 основой генера­тора служит ранее описанное уст­ройство [1]. Данное устройство от­личается тем, что к выходу задаю­щего генератора (эмиттеру транзи­стора VT2) подключен двухкаскадный усилитель, выходной транзис­тор (VT4) которого питает первич­ную обмотку автомобильной катуш­ки зажигания.

В схему высоковольтного преоб­разователя введены защитные эле­менты: запирающий диод VD4, токоограничивающий резистор R12 и защитный стабилитрон VD3. Они предохраняют схему управления и задающий генератор от импульсов обратного напряжения, а диод VD6 служит для защиты выходного тран­зистора VT4.

Работу устройства можно пред­ставить как по классическому типу бесконтактных устройств зажигания, т.е. без переключающего тири­стора VS1. так и в качестве много-импульсного источника высокого напряжения на переключающем ти­ристоре.

Устройство по первому варианту работает следующим образом. При включении питания блокирующий транзистор VT1 открыт низким уров­нем напряжения на базе за счет резистора R1, и преобразователь от­ключен. При подаче положительно­го напряжения на управляющий вход, например, от датчика угла поворота коленчатого вала, транзи­стор VT1 закрывается и разрешает работу преобразователя. Положи­тельное смещение на базе VT2 от­крывает транзистор, что, в свою очередь, приводит к открыванию транзистора VT3. Этот транзистор за счет положительного напряжения на эмиттере открывает силовой транзисторный ключ VT4, замыка­ющий нижний по схеме вывод пер­вичной обмотки катушки зажигания на "массу". Начинается процесс на­растания тока в катушке и запаса­ние энергии в ее магнитном поле. После окончания процесса в мо­мент зажигания контакты прерыва­теля размыкают цепь питания или исчезает приложенное к базе VT1 управляющее напряжение. Транзи­стор VT1 открывается, блокирует работу преобразователя и, тем са­мым, отключает ток через обмотку катушки зажигания. В этот момент магнитное поле исчезает, и в обмот­ках катушки индуцируется напряже­ние.

Недостатком такого способа, осо­бенно на малых оборотах двигате­ля, является увеличение времени накопления энергии в катушке за­жигания, поскольку частота пере­ключения контактов прерывателя уменьшается. Энергия, отдаваемая выходным транзистором, излишне тратится на нагрев катушки и само­го транзистора. При этом одиноч­ный высоковольтный импульс, по­ступающий на свечу, может не обес­печить надежное зажигание.

Рассмотрим работу второго ва­рианта. При подаче положительно­го напряжения на базу транзистоpa VT1 он закрывается. Положи­тельное напряжение на базе VT2 открывает его, соответственно, от­крываются VT3 и VT4. Одновре­менно положительное напряжение на эмиттере VT2 через R7 и R4 открывает тиристор VS1. Открыва­ясь, VS1 шунтирует базу VT1 на корпус, и он закрывается, вслед­ствие чего закрывается VS1, и вновь на базе VT1 оказывается по­ложительное смещение. Далее цикл повторяется до момента ис­чезновения положительного им­пульса на базе VT1.

При увеличении оборотов двига­теля система зажигания с много-импульсного режима переходит на одно-импульсный режим в случаях выравнивания частоты переклю­чения управляющего входа и час­тоты задающего генератора пре­образователя. Размах выходного напряжения устройства корректи­руют подбором конденсатора С5 и резистора R11 или параллельно транзистору VT4 подключают кон­денсаторный фильтр и стабилит­рон.

При испытаниях работоспособ­ность схемы проверялась с ка­тушкой зажигания типа Б117 ав­тотрансформаторного типа без защитных элементов VD3, VD4, VD6, R12h конденсатора СЗ. Мак­симальное пробойное расстояние для искры в свече достигало 40 мм (для системы зажигания доста­точно 15 мм).

На схеме рис.2 показано управ­ление выходным каскадом преоб­разователя с помощью оптопары VU1 РС817 ф.SHARP. Светодиод оптопары включен в коллекторную цепь транзистора VT2 задающего генератора, а фототранзистор опто­пары коммутирует транзистор VT3.

Устройства по схемам на рис.1 и 2 могут работать и с другими нагруз­ками, к примеру, регулировать обо­роты двигателя постоянного тока.

На рис.3 показано устройство для коммутации лампы накаливания мощностью до 100 Вт. Частота мигания лампы задается конденсато­рами С1 и СЗ и подбирается пост­роечным резистором R5.

Для плавной регулировки накала лампы или оборотов двигателя по­стоянного тока необходимо умень­шить емкость конденсаторов С1 и СЗ. В некоторых случаях конденса­торы могут не устанавливаться. Тог­да получается максимальная часто­та переключения лампы, незамет­ная для зрения.