用于电晕点火供电的控制系统的制作方法

本申请要求2013年12月12日提交的美国临时申请61/915,088(律师案号710240-6793；IA-50129)，2014年1月24日提交的美国临时申请61/931,131(律师案号710240-6830；IA-50134)，2014年3月11日提交的美国临时申请61/950,991(律师案号712040-6901；IA-50147)，2014年10月30日提交的美国临时申请62/072,530(律师案号710240-7346；IA-51029-1)，2014年12月10日提交的美国临时申请62/090,096(律师案号710240-7356；IA-50359)，2014年12月12日提交的美国发明专利申请14/568,219(律师案号710240-7404；IA-50129和IA-50129-1)，2014年12月12日提交的美国发明专利申请14/568,266(律师案号710240-7409；IA-50147)，2014年12月12日提交的美国发明专利申请14/568,330(律师案号710240-7410；IA-50359)，以及2014年12月12日提交的美国发明专利申请14/568,438(律师案号710240-7411；IA-50134)的权益。其全部内容通过参考并入本申请。

技术领域

本发明大体涉及电晕放电点火系统，更具体地涉及用于控制提供给系统的能量的电晕放电点火系统。

背景技术：

电晕放电点火系统提供交流电压和电流，快速连续地反转高低电位电极，其促进电晕放电的形成且最小化电弧形成的几率。该系统包括电晕点火器，所述电晕点火器具有加载了高射频电压电位的中心电极，该中心电极在燃烧室内产生强射频电场。该电场使得燃烧室内燃料和空气混合物的一部分电离且开始介质击穿，促进了燃料-空气混合物的燃烧，这称为点火事件。优选地，控制该电场、从而燃料-空气混合物保持介质属性且电晕放电发生，也称为低温等离子体。燃料-空气混合物电离的部分形成火焰峰面，该火焰峰面变成自激的且燃烧燃料-空气混合物的剩余部分。优选地，控制电场、 从而燃料-空气混合物不会失去全部介质属性，失去全部介质属性将产生热等离子体且在电极和接地缸壁、活塞、金属壳或者点火器的其他部分之间产生电弧。电晕放电点火系统的一个例子公开于申请人Freen的美国专利6,883,507。

此外，优选地控制电晕放电点火系统，从而以等于或者接近电晕点火器的共振频率的驱动频率给电晕点火器提供能量。然而，难以获得如此水平的控制，尤其是在较宽频率范围内。共振频率在运行过程中的变化，例如电弧事件导致的变化，也使得难以获得所需的共振频率控制。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供电晕放电点火系统，所述电晕放电点火系统包括电晕点火器，开关和控制器，其能够运行在较宽频率范围内，且能够，例如响应于共振频率的变化，对驱动频率做出及时调节，从而将驱动频率保持在或者非常接近于电晕点火器的共振频率。电晕点火器接收具有驱动频率和输出电流的能量。第一开关和第二开关以该驱动频率给电晕点火器提供能量。控制器获得该输出电流的相位，且在输出电流的第一零点经过之后，开启第一开关预定量的时间，同时第二开关不是开启的。该第一零点经过是输出电流的任何先前完整周期的一个零点经过。

本发明的另一个方面提供一种控制电晕放电点火系统的方法，该系统包括电晕点火器、开关和控制器。该方法包括：获得输出电流的相位；在该输出电流的第一零点经过之后，开启第一开关预定量的时间，同时第二开关不是开启的。该第一零点经过是输出电流的一个先前完整周期的一个零点经过。

附图说明

参考下文的详细描述结合附图，本发明的其他优点将易于理解：

图1是根据本发明的第一示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图2是根据本发明的第二示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图3是根据本发明的第三示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图4是根据本发明的第四示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图5是根据本发明的第五示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图6是根据本发明的第六示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图7是根据本发明的第七示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图8是根据本发明的第八示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图9是根据本发明的第九示例性实施例的电晕放电点火系统的框图；

图10是根据本发明的第十示例性实施例的电晕放电点火系统的框图。

具体实施方式

本发明提供用于内燃引擎应用的、电晕放电点火系统20的改进的运行。系统20的示例性实施例示于图1-10中。在每个实施例中，系统20包括运行在共振频率的电晕点火器22。具有驱动频率和输出电流的能量被提供给电晕点火器22。在电晕点火器22的输入，也指代为变压器34的输出24，测量输出电流的相位。电晕点火器22优选地在点火端形成高射频电场，即指电晕放电26，以点燃引擎的燃烧室中的燃料和空气的混合物。系统20还包括控制器28和至少一对开关30A、30B和/或30C和30D，其控制提供给电晕点火器22的驱动频率、以及系统20的电容/电感电路，从而驱动频率保持在电晕点火器22的共振频率。运行系统20、使得驱动频率等于或接近共振频率，其提供在燃烧室内引起稳健的(robust)电晕放电26的电压放大。

目前在比较的系统中使用的、将驱动频率保持在电晕点火器的共振频率的其他方法包括：对点火器电流进行低功率测量，同时施加不同的驱动频率；测量电压点火器的电压或者电流(或者它们的代替物)，改变频率以使其最大化；或者应用锁相环(PLL)，在共振器的输入处保持电压和电流同相，此为共振所需的条件。然而所以这些方法在运行中存在潜在的问题。调节频率以最大化一个电学参数的方法要求不断调节该频率，称为“搜寻”(hunting)，从而确保他们运行在共振频率上。在识别出共振频率之前，需要大量的时间。同时，电弧的形成，有意的或者偶然的，使得能量电流中发生相位变化，这些典型的系统难以跟随该变化。此外，当控制器再次获得合适的频率前，输出电压可能会失稳数十或者数百个周期。依赖锁相环的系统不存在“搜寻”问题，但是其本质上要求抑制响应、以实现稳定。这使得共振频率的获取相对较慢，且电弧的形成导致难以被跟随的相位变化，造成电晕点火器输入处的能量暂时失稳。

本发明的系统20避免这些问题，能够持续地运行在等于或者非常接近于电晕点火器22的共振频率的驱动频率。通过测量，或者通过其他方式获得，给电晕点火器22的输出 电流的相位的测量值，且向控制器28提供关于该输出电流的信息，获得持续的运行。优选地，输出电流的相位每半个周期获得一次，且每半个周期提供给控制器28一次。在输入24处获得输出电流的测量值，每半个周期从输出电流的相位获得电晕点火器22的共振频率。控制器28分析关于输出电流的信息，在输出电流的第一零点经过之后开启一个开关30A或者30B，例如第一开关30A，预定量的时间。如果系统包括四个开关，那么控制器同时开启开关30A和30D，或者，同时开启开关30B和30C。

优选地，第一零点经过是输出电流的最近一个完整周期的零点经过中的一个。然而，第一零点经过可以是输出电流的任何一个先前完整周期的的零点经过中的一个。取决于提供给控制器28的输出电流的相位，最后一个完整周期的第一零点经过可以选自两个正零点经过和一个负零点经过，或者两个负零点经过和一个正零点经过。然后控制器28在输出电流的第二零点经过之后开启另一个开关30A或者30B，在此情形中是第二开关30B，预定量的时间，其中第二零点经过发生在第一零点经过之后。当开关30A或者30B中的一个是开启的，能量从电源(未示出)流经开启的开关30A或者30B到达电晕点火器22。当开关30A或30B中的一个是没有开启的，能量不能流经电晕点火器22。虽然开关30A称为第一开关，开关30B称为第二开关，也可以是开关30B选择性地称为第一开关，开关30A称为第二开关。

控制器28可以使用多种不同的方法确定所选的零点经过和开启开关30A或30B之间的预定量的时间。在一个实施例中，所选的第一零点经过或者第二零点经过和通过控制器28开启一个开关30A或30B之间的预定量的时间是固定的，且程序编入控制器28。当系统20的共振频率位于固定频率范围内时，通常是这样的情形。在另一个实施例中，控制器28使用也是程序编入控制器28的算法确定该预定量的时间。在又一个实施例中，控制器28分析输出电流的先前周期，以确定所选的第一零点经过或者第二零点经过和开启开关30A或30B之间的预定量的时间。

在每个情形中，在电晕点火系统20运行中的任何时刻，仅一个开关30A或30B是开启的且提供能量给电晕点火器22。因此，控制器28在开启第二开关30B之前关闭第一开关30A，反之亦然，从而在相同的时刻不会两个开关30A、30B都开启。例如，当输出电流为正时，第一开关30A是开启的且提供能量给电晕点火器22；当输出电流为负时，第二开关30B是开启的且提供能量给电晕点火器22。优选地，开关30A、30B的开启和电晕点火器22的共振频率同步，从而在提供给电晕点火器22的输出电流每次经过零点时，控制 器28开启一个开关30A或30B。在此情形中，提供给电晕点火器22的驱动频率等于或者近似等于电晕点火器22的共振频率。

本发明的系统20和方法提供多个优点。首先，系统20能够对驱动频率进行即时调节，例如响应于共振频率的变化，从而保持驱动频率等于或者非常接近于电晕点火器22的共振频率。该系统20也能够有效地跟踪和响应于电弧事件中电晕点火器22电流的相位变化。近似-即时获得共振频率和快速实时调节驱动频率使得保持所能达到的最佳性能成为可能。换言之，系统20保持非常快速的锁定，这意味着提供给系统20的电压跟随电晕点火器22中的电流的频率的正弦变化。此外，相比于其他系统，系统20能够运行在宽得多的频率范围。

应当理解，当提供给电晕点火器22的电压和电流具有相同频率且同相位时，系统20运行在“共振频率”。术语“周期”表示自电晕点火器22的一个完整正弦期间的输出电压或者电流，也称为一个完整振荡期间。术语“半周期”表示该期间的一半，或者该振荡期间的一半。应当注意，相关美国专利申请14/568219、14/568330和14/568438中描述了可以应用于本文所述系统中的共振频率控制的其他方法。每个申请列出与本申请相同的发明人且与本申请同日提交。

图1是根据本发明的第一示例性实施例的电晕放电点火系统20的框图，其能够提供对共振频率变化和电弧形成的快速响应，从而将驱动频率保持为等于或者近似等于电晕点火器22的共振频率。除了控制器28、开关30A、30B、以及电晕点火器22，系统20还包括一对驱动器32A、32B，指代为第一驱动器32A和第二驱动器32B。图1的系统20还包括变压器34，第一电流传感器36，第一低通滤波器38，和第一信号调节器40。提供给且被电晕点火器22接收的电流等于输入24处的电流，该电流的相位在输入24处由第一电流传感器36测量。

控制器28控制系统20，控制器优选地是可编程数字或者混合信号控制器，例如数字信号处理器(DSP)，复杂可编程逻辑器件(CPLD)，现场可编程门阵列(FPGA)，微控制器，或者微处理器。控制器28接收触发输入信号42，触发输入信号42命令控制器28发起在燃烧室内的电晕放电26的产生。控制器28也提供电弧探测输出信号44，以通知外部控制系统(未示出)探测到电弧事件，且提供反馈输出信号46、用于给外部控制系统提供关于电路的状况和运行的额外数据。传输给和传输自控制器28的触发输入信号42、电弧探测输出信号44和反馈输出信号46被电磁兼容性滤波器，指代为EMC滤波器48， 以及其他保护元件49滤波。响应于触发输入信号42，控制器28提供驱动信号50给驱动器32A、32B，其控制开关30A、30B。当开关30A、30B中的一个开启时，DC电压V3被施加到变压器34的初级绕组52。变压器34随后通过输入24以驱动频率提供能量至电晕点火器22。在示例性实施例中，变压器34具有本领域所知的“推挽(push-pull)”结构。

在图1的系统20中，第一电流传感器36使用任何适合的技术，例如分流电阻、霍尔效应传感器、或者变流器，测量提供给电晕点火器22的电流(输出电流)。电流输出信号54，包含提供给电晕点火器22的电流相位的测量，被从第一电流传感器36传输至控制器28。优选地，电流输出信号54在被传输至控制器28之前，被第一低通滤波器38轻度滤波。第一低通滤波器38在输出信号54中制造小于电流的振荡周期的相位偏移。在一个实施例中，相位偏移为180度，但优选地，相位偏移小于180度，更优选地，相位偏移小于90度，其小于一半周期。第一低通滤波器38也去除由开关高电流和电压产生的不想要的高频噪声。滤波过的电流输出信号54之后被传送给第一信号调节器40，其使得输出信号54对于传输给控制器28而言是安全的。因此，电流输出信号54处于能够被控制28安全地处理的电平。典型地，包含在电流输出信号54中的信息仅是在输入24提供给电晕点火器22的电流的相位。

控制器28接收带有第一电流传感器36获得的电流测量的电流输出信号54，且使用该电流测量用于识别电晕点火器22的共振频率、以及开启开关30A、30B的最佳时机，从而提供共振运行。输出电流的相位被提供给控制器28，优选地每半个周期一次。在该示例性实施例中，一旦控制器28确定开启第一开关30A或者第二开关30B的时机，控制器指令第一驱动器32A开启第一开关30A或者指令第二驱动器32B开启第二开关30B。驱动器32A、32B被指令以预定量的时间开启开关30A、30B，从而传输经过开关30A、30B至变压器34且最后至电晕点火器22的能量的驱动频率等于或者近似等于电晕点火器22的共振频率值。

如以上论述的，优选地，通过在给电晕点火器22的输出电流每次经过零点时，开启开关30A或者30B中的一个来获得共振频率运行。当开关30A、30B在此时机被开启时，驱动频率等于或者近似等于电晕点火器22的共振频率。首先，控制器28通过分析在电流输出信号54中提供的输出电流的相位、来确定何时开启第一开关30A。控制器28识别输出电流的第一零点经过，在该第一零点经过之后开启第一开关30A预定量的时间。第一零 点经过是输出电流的最近的完整周期的零点经过中的一个，或者任何一个先前完整周期的零点经过中的一个。取决于提供给控制器28的输出信号54中的输出电流的相位，最近的完整周期(或者任何一个先前周期)的第一零点经过可以选自两个正零点经过和一个负零点经过，或者选自两个负零点经过和一个正零点经过。

控制器28也通过分析在电流输出信号54中提供的输出电流的相位、来在正确的时机开启第二开关30B，从而获得共振频率运行。优选地，在第二零点经过之后开启第二开关30B预定量的时间。第二零点经过发生在第一零点经过之后的任何时刻。

如以上论述的，控制器28可以使用多种不同的方法确定所选的零点经过和开启开关30A或30B之间的预定量的时间。换言之，控制器28可以使用多种不同的方法确定且设定所选的零点经过和开启开关30A或30B之间的延迟。在一个实施例中，所选的第一零点经过或者所选的第二零点经过和开启第一开关30A或第二开关30B之间的预定量的时间是固定的，且程序编入控制器28。当驱动频率位于固定、有限的频率范围内时，通常是这样的情形。在又一个实施例中，控制器28分析输出电流的先前周期，确定所选的第一零点经过或者第二零点经过和开启一个开关30A或30B之间的预定量的时间。

在另一个实施例中，控制器28使用程序编入控制器28的算法确定该所选的零点经过和开启一个开关30A或30B之间的预定量的时间。该算法确定输出电流的预期的零点经过和输出电流的实际的零点经过之间的差别，其在一个先前周期中由第一电流传感器36在输入24处测量。预期的零点经过是控制器28预期的、输出电流经过零点的时刻，其通常是一个开关30A或者30B被开启之后预定长度的时间。预期的和实际的零点经过之间的时间上的差别的发生是由系统20的元件的延迟导致的。然后控制器28使用该关于延迟的信息来确定何时开启开关30A或者30B，从而开关30A或者30B在输出电流经过零点的同时被开启。

重要的是，在系统20运行中的任何给出的时刻，仅一个开关30A或者30B是开启的。例如，在当输出电流经过零点的时刻，控制器28开启第一驱动器32A，第一驱动器32A转而开启第一开关30A。在当输出电流下次经过零点时，控制器28关闭第一驱动器32A和第一开关30A，然后开启第二驱动器32B，第二驱动器32B转而开启第二开关30B。控制器28可以分析从第一信号调节器40接收的每个电流输出信号54，且在任何需要时可以调节开关30A、30B的时机。

图1的系统20的另一个优点是，低通滤波器38可以运行在宽频率范围内，且可以产生任意长度的延迟。换言之，所选的零点经过和开启一个开关30A或30B的时刻之间的预定量的时间可以是任意长度的。产生预定义的延迟的要求不会连累第一低通滤波器38，像比较的电晕放电点火系统的滤波器那样。第一低通滤波器38可以是为了相位偏移或者频率响应的最优设计，可以基于其尺寸、成本、或者降噪能力来选择，而非基于其提供预定义的延迟的能力来选择。

在发明的系统20中，第一低通滤波器38引起的延迟是已知的，控制器28可以被编程为考虑第一低通滤波器38的延迟、以及电路中其他元件的延迟，从而在正确的瞬间将驱动信号50传输给驱动器32，以提供合适的响应。第一低通滤波器38的延迟典型地小于一个周期，优选地小于一半周期。不像比较的系统，控制器28，而非其他元件，造成电晕点火器22的输入24处的电流经过零点与开启开关30A、30B之间的环路延迟的大部分。控制器28可以调节该环路延迟，且环路延迟可以在几乎任何期望的频率范围上调节。在系统20中，延迟被提取自第一低通滤波器38，且被放入控制器28的控制软件。因此，延迟不限于预定义的延迟，例如比较的系统中的每半个周期500纳秒。控制器28也可以不断地调节该环路延迟，因此该环路延迟不取决于系统20的共振频率。考虑了已知的环路延迟，可以调节开关30A、30B的时机，从而当第一电流传感器36测量的输入24处的电路经过零点时，开关30A、30B可以被开启且提供能量给变压器34。

通过结合可编程控制器28和第一低通滤波器38可以获得多个优点，该可编程控制器28确定开启开关30A、30B的最佳时机，第一低通滤波器38提供小于一个共振频率周期的相位偏移。首先，系统20能运行在很宽的频率范围内。实际上，运行频率没有下限。最高运行频率不受由第一低通滤波器38、第一信号调节器40、驱动器32A、32B、开关30A、30B和变压器34导致的延迟的加和的限制，因此上限典型地为多兆赫兹。此外，系统20的空载时间(紧接零点经过之前和之后的时间)可以被降低，以通过有效增加占空比来增加电晕点火器22的输出电压。此外，储存在变压器34内的能量和更邻近于电晕点火器22中的电流的实际零点经过的开关降低了开关30A、30B中的能量损失。其他优点包括基于运行条件而改变空载时间的能力，或者测量且比较驱动频率和为测试和诊断目的的预定义的标准的能力。另一个优点是系统20容易补偿输入24和荷载之间不同的线缆长度(未示出线缆)的能力，这很重要，因为位于输入24和变压器34之间的线缆会引入额外的延迟，该延迟必须被补偿。通过控制器28的软件改变来补偿延迟的能力使得系统20在应用中更 加灵活。此外，如上文论述的，基于输出电流的最近一个完整周期或者一个先前完整周期的零点经过事件来控制开关30A、30B的时机，允许控制器28提供对共振频率变化和电弧形成的快速响应。可以在控制器28中纠正通过可编程控制器28和第一低通滤波器38获得的明确定义的(well-defined)的短时间延迟，从而直接基于测量的给电晕点火器22的输出电流的相位来控制开关30A、30B。这免去了在多个振荡周期上测量的需要。最后，如上文论述的，系统20可以在驱动频率和电流相位中做出快速改变，从而系统20持续地运行在电晕点火器22的共振频率。

图2是根据本发明的第二示例性实施例的电晕放电26点火系统20的框图，其运行类似于图1的系统20，但是包括几个额外的特征。一个额外的特征是，系统20的多个功能块包括控制系统接地56，电源系统接地58，以及载荷接地60，彼此分离。该技术用于提高EMI和/或电磁兼容性(EMC)。控制系统接地56通过电流隔离62(galvanic isolation)与电源系统接地58隔离。变压器34隔离电源系统接地58和载荷接地60，该隔离必须保持在第一电流传感器36和控制器28之间。可以通过在第一低通滤波器38或者第一信号调节器40处增加电流隔离62来获得电源系统接地58和载荷接地60之间的隔离。或者，可以通过以差分模式运行第一低通滤波器38或者第一信号调节器40、其中仅可忽略的电流流过该器件，从而获得电源系统接地58和载荷接地60之间的隔离。在图2的系统20中，只有第一信号调节器40以差分模式运行，以隔离电源系统接地58和载荷接地60。可以应用一个或者多个这些方法。

图2的系统20的另一个额外的特征是，在变压器34的初级侧的用于测量第二开关30B中的电流幅度的第二电流传感器64。具体地，第二电流传感器64在第二开关30B的输出处测量电流。或者，在每个开关30A、30B处都可以有第二电流传感器64。第二电流传感器64提供额外的反馈信号55给控制器28，给出有价值的诊断信息，这通过仅第一电流传感器36的相位测量是不可能实现的。例如，通过测量在开关30A、30B输出处的电流，可能探测断路或者短路。此外，图2的系统20包括第二低通滤波器66，位于电流传感器和控制器28之间，用于在提供反馈信号55给控制器28之前，对电流输出信号54轻度滤波。

图3是根据本发明的第三示例性实施例的电晕放电26点火系统20的框图。图3的系统20也包括电流隔离62，但是在该实施例中，电流隔离62位于控制器28的能量输入侧以及能量输出侧，且完全分离三个接地56、58、60。如果电流被设计成使用较少的地运行，可以省略由电流隔离62提供的一个或者两个屏障。

图3的系统20还包括另一个绕组，指代为电压反馈绕组68。电压反馈绕组68提供的电流反映在电晕点火器22的输入24的电压。测量输入24处的实际的电压，而不只是与电压相称的相位。包含来自电压反馈绕组68的电压数据的电压信号70之后被传送给控制器28，用于诊断和控制目的。可以使用适合的中间电路对电压信号70采样，以限制电压信号70的尺寸，如果需要，提供电流隔离62。以高于共振频率二倍的速率对电压信号70采样使得实际共振频率能够被控制器28更精确地探测，例如使用已知的快速傅里叶变换(FFT)方法。图3的系统20还包括位于变压器34和控制器28之间的第二低通滤波器66，用于在提供电压信号70给控制器28之前，轻度滤波电压信号70。电压信号70可以用于识别和纠正变压器34造成的相位偏移，或者用于提供对驱动器32A、32B和开关30A、30B引入的，以及变压器34引入的延迟的直接测量。总之，电压信号70可以用于提高控制器28的精度。此外，不同于图1和2的系统20，控制信号72被提供给图3的控制器28。控制信号72可以包含任何有关电晕点火器22的运行的信息，例如是否发生了电弧或者所需的电压。

图4是根据本发明的第四示例性实施例的电晕放电26点火系统20的框图。系统20又包括控制器28，驱动器32A、32B，开关30A、30B，具有电压反馈绕组68的变压器34，至电晕点火器22的输入24，第二低通滤波器66，第一信号调节器40，电流隔离62，和第一电流传感器36。然而，在该实施例中，第一电流传感器36是一个隔离的四线器件(four-wire device)，其中在连接到电晕点火器22的输入24的荷载中流动的荷载电流74产生相应的电压76，其与荷载电路电流隔离，因此与荷载接地60电流隔离。隔离的电压76可以用于识别在电晕点火器22的输入24处的荷载电流74的相位，而无需任何与荷载电路的直接连接。电压76可以从电压或者电流源获得，取决于第一电流传感器36的设计。可以用于第一电流传感器36的合适的器件包括巨磁电阻(GMR)电流传感器，光隔离传感器，专用高侧分流测量集成电路(具有或者没有独立的分流电阻)，以及变流器。此外，与图3的实施例不同，测量电压反馈绕组68的电压，而不测量电流。电压传感器78优选地位于电压反馈绕组68的输出，以测量该电压。电压输出信号80之后被经由第二低通滤波器66传输给控制器28。

图5是根据本发明的第五示例性实施例的电晕放电26点火系统20的框图。该实施例类似于图4的实施例，除了第一电流传感器36位于输入24和第一信号调节器40之间，并且第一电流传感器36在该实施例中是一个变换器，因此称为变流器。变流器36测量荷 载电流74，且提供荷载接地60和电源系统接地58之间的电流隔离62。变流器36的输出也产生跨变流器36的输入阻抗的电压76。此外，可选地，可以使用分离的荷载电阻(未示出)被用于将信号调节器40提供的电流测量转换成对应的电压。虽然未示出，该系统的电晕点火器22和图中示出的剩余系统具有与图2-4中相同的结构。

第六示例性实施例示出在图6中。为了清楚目的，至控制器28的输入/输出信号和连接被省略，但是一些或者所有这些省略的信号和连接仍然必须的。在该实施例的电晕点火系统20中，“推挽(push-pull)”结构的变压器34由另一个本领域已知的“全桥(full-bridge)”结构替代。系统20还包括两个额外的驱动器32C、32D，每个连接到一个额外的开关30C、30D。所有驱动器32A、32B、32C、32D都是隔离的。在该实施例中，变压器34的初级绕组仅需要一个单个绕组。开关30A、30B、30C、30D保持推挽结构，且通过关联的驱动器32A、32B、32C、32D以反相位施加电压到变压器34的初级绕组的两端。控制器28在相对的方向上控制流过变压器34的初级绕组的电流，从而在变压器34的次级绕组82中产生适合的电流，以及由此在输入24处产生适合的电流。此外，在图6的实施例中，控制器28通过驱动器32A、32B、32C、32D提供的电流隔离62连接到控制系统接地56。如果需要，该结构可以应用于任何一个前述实施例，并且可以免除前述实施例的触发输入信号42、输出信号44和46、和/或控制信号72的电流隔离62的需求。

根据另一个示例性实施例的电晕点火系统20示出在图7中。该实施例类似于图1的系统20，除了在该实施例中，变压器34由电容84和平衡-不平衡变换器86替代。平衡-不平衡变换器86典型地，但不是必须的，具有接近1：1的线匝比，主要用于将驱动电路(包括驱动器和开关)的阻抗匹配至荷载输入24的阻抗，以提供提高的整体效率。用平衡-不平衡变换器86替代变压器34典型地要求几个其他改变。例如，平衡-不平衡变换器86的输入侧不限制来自驱动电路的DC电流，其平均DC电压将为1/2V3。因此，增加电容84以阻止该电流。其次，平衡-不平衡变换器86典型地需要更高的电压，因为平衡-不平衡变换器86的线匝比典型地较低，通常为1：1，而变压器34可以具有1：3、1：5、1：8甚至1：20的线匝比。在图7的系统20中，经由平衡-不平衡变换器86的线匝比，荷载电压将被关联至+和-1/2V3。平衡-不平衡变换器86也可以电流隔离荷载输入24和驱动电路。

图8示出第八示例性实施例，其类似于图7，但是有改变的连接。在该实施例中，平衡-不平衡变换器86不再提供隔离。取而代之，平衡-不平衡变换器86提供电压增倍，其中施加到荷载的电压被关联至+和-V3。

图9示出根据本发明的第九示例性实施例的电晕点火系统20。在该实施例中，四个开关30A、30B、30C、30D配置为“全桥”，平衡-不平衡变换器86需要两个电容84以阻止DC电流。此外，隔离第一电流传感器36测量在高压侧(称为“高侧”位置)的电流。该电流拓扑结构可以用于这样的场合，第一电流传感器36的共模抑制比(CMRR)足够高且第一电流传感器36能够安全地承受在该电路位置的高电压。此外，该实施例的开关30A、30B、30C、30D允许电路运行在两个不同的模式。第一个模式是“全桥”模式，其中电路(其包括驱动器和开关)的运行类似于图6的电路。开关对30A/30B和30C/30D的每个为“推挽”结构且以反相位驱动，从而施加到荷载的电压被关联至+和-V3。第二个模式保持平衡-不平衡变换器86的一侧永久接地，例如通过开启开关6D。之后开关30A和30B被以反相位驱动，以提供单端模式运行，其中施加到荷载的电压被关联至+和-1/2V3，即“全桥”模式电压的一半。图9的该结构提供一种在其他拓扑结构中难以实现的电压控制方法。

图10是根据本发明的第十示例性实施例的电晕点火系统20的框图。在该实施例中，输入24被开关30A、30B直接驱动。如同在先前的实施例中，开关30A、30B在电压V3和地之间切换。然而，图10的系统20不包括位于开关30A、30B和输入24之间的变压器34或者平衡-不平衡变换器86。因此，增加提供给输入24的电压+V3的幅度，以补偿通常由变压器34或者平衡-不平衡变换器86提供的电压调整。图10的电容84允许AC电流流过，但是阻止DC电流，否则DC电流会从输入24流至开关30A、30B。

可选地，图10的系统20还包括频率滤波器88，频率滤波器88位于开关30A、30B和电容84之间。或者，频率滤波器88可以位于电容84和输入24之间，或者电容84可以包括在频率滤波器88内。频率滤波器88设计成减弱基础以上的频率或者所需频率，由此降低输出线缆(未示出)中的高频成分以及环境中的电噪声。频率滤波器88也可以设计成提供改进的阻抗，例如与连接到输入24的荷载的阻抗相匹配的阻抗。可以使用一个可选的第二信号调节器90，对频率滤波器88提供给荷载的输入24处的电压进行采样。第二信号调节器90典型地起到类似于图4和5的电压传感器78的作用。例如，第二信号调节器90可以获得电流的零点经过。由第二信号调节器90采集的关于电压的信息被提供给控制器28，控制器28可以使用该信息，以纠正发生在驱动器32A、32B和开关30A、30B 中的延迟。虽然图10示出可选地第二信号调节器90连接到开关30A、30B的输出，第二信号调节器90也可以位于驱动器32A、32B的输出，后者位于频率滤波器88和电容84之间，或者位于电容84和输入24之间。

图1-10示出的示例性系统20的特征，除了本文所具体描述的结合，可以做多种结合使用。本发明的系统20提供对比的系统无法提供的诊断和控制能力，对比的系统例如那些系统：通过在不同频率做多个试验，且使用反馈参数(例如，电流，输出电压，能量消耗)来识别最接近共振的试样，来尝试逼近共振频率；调节频率、以在大量共振周期上降低电压和电流的相位差；或者使用内置到滤波器设计的固定的延迟，以在有限的频率范围内允许共振。

如以上论述的，本发明的系统20使得电路的电压近似-即时的同步到荷载中电流的相位，因此使得驱动频率等于或者近似等于电晕点火器22的共振频率。系统20还提供能够运行在宽频率范围内的优点。环路延迟的大部分由控制器28的控制软件实现的可变延迟提供，而不是像对比的系统那样由内置于硬件(例如低通滤波器)的延迟提供。典型地，发生在本发明的系统20中的短延迟近似为振荡周期的一半，或者小于振荡周期的一半，因此允许更宽的共振频率范围。优选地，电流输出信号54的相位偏移小于180度，更优选地，相位偏移小于90度，其小于一半周期。短延迟也使得驱动频率能够被几乎即时地调整到匹配共振频率中的变化。由此，控制器28能够基于输出电流的最近的完整周期或者一个先前的完整周期的零点经过事件，开启开关30A、30B，允许驱动频率控制的进一步提高。

显然，根据以上教导，对本发明的多个更改例和变化例是可能的，并且可以以不同于具体描述的方式实施本发明，其位于权利要求的范围内。