机载型航空模型电热式发动机智能点火装置的制作方法

专利名称：：机载型航空模型电热式发动机智能点火装置的制作方法
技术领域：
：本发明属于航模中的电热式发动机
技术领域：
，具体涉及一种机载型航空模型电热式发动机智能点火装置。
背景技术：
：航模电热式发动机点火启动用的点火装置性能优劣与否，它直接关系着发动机能否顺利地启动。随着技术的进步，航模电热式发动机的点火装置已历经锰锌电池、甲电池、单隔铅酸蓄电池、镍镉充电电池和串联式稳压电源等多种形式。目前，用于航模发动机启动的点火装置，如点火器(俗称手榴弹)比较流行，但点火器内置电池容量不足或性能低劣等问题，多数是导致航模电热式发动机不能正常点火启动的一个重要原因，尤其是对那些初涉航模电热式发动机的爱好者们，如何顺利点火启动航模发动机已经是航空模型入门成败之关键。近年来，利用电子技术研发的开关电源点火装置也有推出，如APEX牌是香港产的一款工具型电热塞开关式点火电源，它在技术上一改过去多使用串联式稳压电源效率低下的状况。但这款工具型的点火装置带负载后的稳压性能有些欠佳，当使用不同热度的电热塞时，欲获得比较理想的工作电压，有时需要借助万用表进行调整，并且电路中没有设计供电电源欠压、输出过载等保护电路，点火电源的安全与否全部维系在并不十分可靠的外置式保险丝上。另外，这款点火装置不具备自动检测、工作状态指示等功能，电热塞是否工作在正常状态无法识别，导致航模发动机不能正常启动的原因无法准确判断。因而航模发动机点火启动困难，一时搞不清楚何故障在，仍然不能避免将电热塞从航模发动机上拆下来反复检查、测试电热塞、点火装置或供电电源等性能是否正常等烦琐过程。《航空模型》杂志2003年第4期刊登一篇名为"KGD—4A12型热火头开关式稳压电源"文章中推荐了一种适用于各级别航模电热式发动机点火启动装置。它是在总结国内、外各个时期各种点火装置的基础上，保留了以往种种点火装置的优点，比较好地解决了电热塞用充电电池供电工作欠佳，且镍镉充电电池充、放电操作繁杂，以及其它类型航模发动机点火装置存在的多种问题，打破了点火装置在性能和使用等方面长期故有的局面。但经过外场使用得知，这款点火装置的自动检测和工作状态指示等功能不够完善，电热塞是否正常工作只能间接判断，因而航模发动机不能正常启动，其故障所在仍然难于准确判断。
发明内容本发明的目的就是为了解决已有航模发动机点火装置缺乏自动检测和工作状态指示，以及结构过于简单而导致难于点火启动的缺陷，提供的一种电热式发动机智能点火装置，彻底扭转多年来航模电热式发动机凭经验或盲地操作的落后格局。本发明采用的技术方案如下一种机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，包括DC-DC开关电源模块和相连的供电电源以及负载。其特征在于包括与DC-DC开关电源模块相连的监测及状态指示电路，该电路对负载进行监测及工作状态进行指示；与DC-DC开关电源模块相连的输出电压调节电路；设置在供电电源与监测及工作状态指示电路之间的电源极性识别电路。根据上述基本方案，更进一步的技术方案是(1)、所述的监测及工作状态指示电路包括DC/DC开关电源模块输入端之间由ab跳线和电容d组成的支路；DC/DC开关电源模块输出端之间由发光二极管D4和负载R。组成的支路，发光二极管D4两端并联一个按键开关AN;DC/DC开关电源模块输出端与供电电源DC负极之间由发光二极管D3和硅二极管D2组成的支路；硅二极管D2和ab跳线之间串接一只肖特基二极管"组成的支路。所述的ab跳线为设置在本发明电路板中的一段导电线路，它的特殊性将在实施例中加以描述。(2)、所述的输出电压调节电路是并接在DC/DC开关电源模块中的电阻R3两端的，由电阻R2和电位器W组成的支路。(3)、所述的电源极性识别电路由串联在供电电源和ab跳线之间的肖特基二极管"组成。本发明的优点示等技术难题，使模型发动机上的电热塞在整个点火启动过程中，可实施在线自动甄别电热塞性能是正常、是断路、还是短路，并能干脆利落地逻辑显示点火装置和电热塞的运行状态；(2)点火装置具有供电电源极性识别、电源阈值自动锁定、输出端过载、短路等多种自动保护电路；(3)支持大电流、连续放电，供电电源电压适应范围宽；(4)具有体积小、重量轻的特点(重量《35g)，符合航模机载设备配置的要求，可成为航模设备中的一个标准配置；(5)既适合于二冲程航模电热式发动机，也适合在点火电力相对较高的四冲程航模发动机上使用。图1是本发明的工作原理方框图2是本发明电路工作原理图3为特殊电路ab跳线的四种跳线形状示意图4是本发明实施例所采用的YDS—305DC/DC开关电源模块组成的点火装置的电路图。具体实施例方式本发明的工作原理方框图如图1的所示，本发明的组成以DC/DC开关电源模块为核心，其外围连接有监测及工作状态指示电路，输出电压调节电路，电源极性识别电路，供电电源以及负载R。。本发明的具体实施方式如图2所示，以非隔离型YDS—305DC/DC开关电源模块为核心(其中含有脉冲宽度调制器，型号为MB3759)，DC/DC开关电源模块的外围设置了以下电路-(1)监测及工作状态指示电路，它包括DC/DC开关电源模块输入端1、2之间由ab跳线和电容d组成的支路；DC/DC开关电源模块输出端2、3之间由发光二极管D4、发光二极管D4两端并联的按键开关AN和负载R。组成的支路；DC/DC开关电源模块输出端3与供电电源DC负极之间由发光二极管"和硅二极管D2组成的支路;硅二极管D2和ab跳线之间串接的肖特基二极管D,组成的支路。(2)输出电压调节电路并联在DC/DC开关电源模块中的电阻R3两端的，由电阻R2和电位器W组成的支路。(3)电源极性识别电路串接于供电电源和ab跳线之间的肖特基二极管DJ且成。(4)本发明技术方案中还包括在DC/DC开关电源模块中的限流取样电阻R,7的两端直接并联1只金属膜电阻R18(0.22Q/1W)，以降低限流取样电阻R17的敏感性，从而增大DC/DC开关电源模块的输出电流，这样即可将开关电源模块最大输出电流由原来标称的3.0A扩大到4.2A。图2提供的点火装置，可以满足点火装置输出电压、输出电流等电气指标及监测、测试、工作状态逻辑指示等要求，主要包括以下六个方面的技术内容1、调整DC/DC开关电源模块输出电压的工作范围；2、使DC/DC开关电源模块输出电压调整范围符合点火装置的设计要求；3、加大DC/DC开关电源模块的输出电流；4、供电电源极性识别电路及指示电压提升电路；5、ab跳线与电容d组成的特殊电路；6、监测、测试及工作状态逻辑指示电路。以下分别进行详细说明1、YDS—305DC/DC开关电源模块标称输出电压调节范围1.8—5.0V，而点火装置所要求的输出电压调节范围是1.2—1.6V。因此，原有YDS—305DC/DC开关电源模块的输出电压区间值显然不能直接使用。根据开关电源模块电路原理分析和反复试验，对DC/DC开关电源模块的电路接线方法进行了改进，将开关电源模块输出电压调节的原有接法，改接成为固定输出电压1.8V，电路改进后的接法见图2。2、在DC/DC开关电源模块上电阻R3的非接地端接上1只82—100KQ电位器W和24KQ固定电阻R2，使得DC/DC开关电源模块输出电压调整范围是1.4一1.8V，通过输出电压的调整以适应不同型号或不同热度电热塞的工作需要。3、在限流取样电阻Rn的两端直接并联l只金属膜电阻Rw(0.22Q/1W)，以降低限流取样电阻L的敏感性，从而增大DC/DC开关电源模块的输出电流，这样即可将开关电源模块最大输出电流由原来标称的3.0A扩大到4.2A。4、供电电源极性识别电路及指示电压提升电路。为解决点火装置供电电源极性接反问题，点火装置特别在DC/DC开关电源模块供电电源回路中的电源负极一侧接入一只正向压降较小的肖特基二极管DuDi的接入同时还为黄色发光二极管D3提升了0.2V以上的工作电压，具体接线图见图2。5、DC/DC开关电源模块外围电路中ab跳线与电容d的特殊作用，不仅有效解决了电热塞R。正常工作时黄色发光管的指示问题，同时也解决了电热塞R。短路时的指示难题，而且大大简化了开关电源模块的外围电路(否则就需要增加比较复杂测试的电路，或者辅以单片机来完成测试和结果显示等工作)。PCB板(电路板)中设置的ab跳线与电容d的特殊作用是通过反复试验获得，ab跳线可以是一段导线，也可以是一段制作在PCB板中的一段线路。目前，己经知道ab跳线的特殊作用与其长度、粗细(压降)及ab跳线布线的接入位置密切相关，与ab跳线的几何形状无关(如:"U"、"C"、"L"、"Q"、环形或直线等)。ab跳线具体选择什么形状，可根据点火装置PCB板的外形和尺寸来确定，如图3所示，ab跳线可以采用图3-l或图3-2或图3-3所示的不同形状，本发明最终采用是图3-4所示的形状。试验表明如果用同样阻值的电阻取代ab跳线，那么这种特殊作用根本无法体现出来。ab跳线与电容d的使用除大大简化了外围电路外，尤其在负载正常工作或电热塞R。短路时指示效果特别好。再就是黄色指示灯的亮度基本上不随输出端短路或输出电压大小变化而变化。最后是特殊作用的效果非常可靠。6、在线自动监测、测试点火装置和电热塞的性能及工作状态，以及结果逻辑显示点火装置上选用2只颜色不同的超高亮度发光二极管，它能根据供电电源极性及电热塞正常与否，根据点火装置的运行情况和电热塞工作状态，能干脆利落地进行逻辑显示。电热塞工作状态包括电热塞工作正常，电热塞短路或断路(开路)。(1)点火装置空载最高输出电压为1.8V，而普通LED发光二极管工作电压要^1.96V才能被点亮。所以，设计上选用工作电压为1.30—3.0V的超高亮度发光二极管作为点火装置的监测、测试指示灯。当引线输出端电压调低至1.2V时，在点火装置接上电热塞R。后，那么接在PCB板上输出端的红色发光二极管D4将不能被点亮。为解决引线输出端接上电热塞R。有大电流通过时，接电热塞R。的两根输出引线产生约0.2V压降这个现象，则预先在PCB板输出端电压提高0.2V，用于抵消电热塞R。输出引线损失的0.2V压降，这样可使PCB板输出端的红色发光二极管D4得到^1.4V的正常工作电压(因R。的阻值极小，在此可以忽略不计)；(2)PCB板输出端的电压范围是1.4一1.8V，当引线输出端空载时，g卩未接电热塞R。或R。断路(如电热塞R。烧断)，红色发光二极管D4因无回路而无法点亮，因而判断电热塞R。断路或者R。烧断；(3)在黄色超高亮度发光二极管D3负极一侧，串入一只普通硅整流二极管D2，D2和a的接法见图2。在点火装置引线输出端空载或电热塞R。断路时(电热塞R。烧断)，尽管肖特基二极管DL为D3和D2提升了0.2V，但硅整流二极管D2有0.75V压降，黄色发光二极管D3因得不到正常的工作电压而截止(黄色灯不亮)；(4)当正常的电热塞R。接入并按下AN按键开关后，因肖特基二极管a上的压降随着通过其电流的大幅度增加而进一步加大(肖特基二极管上的压降》0.35V)，再加上ab跳线和d的特殊作用使黄色发光二极管D3两端的电压迅速上升(D3两端电压〉1.4V)，黄色发光二极管D3由截止而被点亮；(5)当点火装置引线输出端或电热塞R。短路时(如电热塞R。碰极)，监测点火装置和电热塞R。工作状态的红色发光二极管D4两端因具备必要的工作电压而被点亮。实际上，此时已经对点火装置和电热塞进行了两项测试工作。当电热塞R。已经短路，在按下AN开关时，因PCB板上的ab跳线和d的特殊作用，黄色发光二极管D3两端的电压迅速升高而被点亮，而此时红色发光二极管D4因缺电而熄灭。与此同时，电流取样电阻R,7两端电压也迅速升高，进而控制DC/DC开关电源模块中的P丽驱动电路实施过流保护。点火装置、电热塞工作状态逻辑显示对照表(括号内文字为按下AN开关的结果)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>技术指标(1)输入电压5.2—15V(2)输入电流0.48—1.18A(3)待机电流《7mA(4)输出电压1.4一1.8V(接上电热塞时1.2—1.6V)(5)输出电流0—4.2A(6)转换效率86%(7)工作方式连续、慢速点火(8)25级以上航空模型电热式二冲程、四冲程发动机通用(9)外缘尺寸47.5腿X35.5ramX16.Omm鹏整机重量《35.0g图4为YDS—305DC/DC开关电源模块组成的点火装置电路原理图，可作参考。本发明所述的机载型航空模型电热式发动机的点火装置以脉冲宽度调制器(IC是集成电路，型号为MB3759)为核心，主要由开关电源模块及其外围电路组成，如图4所示。所述的开关电源模块主要包括自激振荡电路、P丽驱动电路、降压式变换器输出电路、稳压控制电路、限流控制电路5个部分组成。(1)自激振荡电路，由电容G、电阻R,2与脉冲宽度调制器形成振荡，电容"与电阻Ru分别与集成电路IC的脚5和脚6连接后并联接地。集成电路IC内部电路振荡频率fs-l/(0.817R^8+1.42X10—6)=90kHz，振荡周期Tfllys。集成电路IC的脉冲输出控制端脚13和脚4、脚7接地，故PWM脉冲设置为并联输出。(2)PWM驱动电路，由晶体管Qi、Q2、Q4、二极管、D7、D5、电容U、Cu元件组成。集成电路IC中的调宽脉冲输出级两晶体管接成共射方式，PWM脉冲从集成电路IC中的脚8、脚ll并联输出，经电阻Ru后，在开关管Q。Q2组成的驱动放大电路中进行放大，并经开关管Q2的发射极送至降压式变换器电路输出级。由于降压式变换器电路中Q3采用增强型场效应管(Q3为增强型场效应管NM0SFE型号为2SK2018)，为保证场效应管Q3充分导通，必须使Ves》4V。但是当场效应管Q3导通时，场效应管Q3源极S的电位等于输入电压。因此，PWM驱动级的供电电源电压必须高于输入电压，为此要通过输入电压建立辅助电源。所述的辅助电源由二极管D7、D8、电容Cw、Cu元件构成，该辅助电源可提供IOV电源电压。该辅助电源的工作原理是当场效应管Q3截止且续流二极管D9导通时，输入电压经二极管D8给电容Cn快速充电，电容Cn充满电时两端电压就等于输入电压；该输入电压经开关管Q"二极管D7组成的串联稳压得至U10V辅助电源，与场效应管Q3源极S的电位叠加后作为PWM驱动级的供电电源。这样就保证了场效应管Q3的栅极G比源极S高10V，从而保证了场效应管Q3充分导通。需要说明的一点是虽然辅助电源是10V串联稳压电源，但当输入电压大于4V而小于10V时，此串联稳压电路起电压跟随作用，场效应管Q3仍能导通。串联稳压电路设定10V输出的原因，是防止高输入电压时，场效应管Q3的栅极G、源极S被击穿。(3)降压式变换器输出电路，由场效应管Q3、续流二极管Ds、电感L、滤波电容C2、二极管D6等元件组成。当集成电路IC输出的PWM脉冲为低电平时，经QJ到相放大变为高电平，由开关管Q2发射极输出器送到降压式变换器场效应管Q3的栅极G,使场效应管Q3导通，电感L2充电储能，此时续流二极管D9截止。当集成电路IC输出的PWM脉冲为高电平时，经倒相放大管Q,倒相放大变为低电平，由开关管Q2射极输出器送到降压式变换器场效应管Q3的栅极G，场效应管Q3截止；此时由于电感U中的感应电压变为上负下正，而使续流二极管D9导通，电感L2中的储能泄放给负载R。。当电感L2中的电流iL大于输出电流I。时，电容C2充电储能，当电感L中的电流L小于输出电流I。时，电容C2放电给负载。二极管D6是泄放引导二极管，用于泄放场效应管Q3的栅、源结电容电荷，加速场效应管Q3的关断过程，减小关断损耗。其工作原理是当倒相放大管Q,的集电极为低电平时，二极管Ds导通，场效应管Q3的栅、源结电容电荷迅速放掉，场效应管Q3迅速截止。(4)稳压控制电路，由电阻R7、R3、R4、R6、电容Cs与集成电路IC内部的运放l(脉冲宽度调制器)组成。电阻&、R3连接在集成电路IC的脚2和脚14之间，对集成电路IC的5V基准电压进行分压，得到1.8V电压，送到IC内部运放1的反向端集成电路2脚作为误差比较基准电压。电阻&、Re对输出电压V。进行分压，得到误差电压，送到IC中的运放1的同相端集成电路1脚。将误差电压与基准电压进行比较，控制P丽脉冲的占空比，使输出电压保持不变。例如当输入电压升高而使输出电压V。升高时，进行以下控制过程V。t—Vit—V3t—占空比I—V。i，从而保持输出电压V。不变。电容C5接在电阻R4的两端，用于控制稳压反应过程，防止瞬间过压。(注V。=Vout,V,、V3指集成电路l脚、3脚的对地电压，t表示增加，l表示降低)(5)限流控制电路，由电阻Rw、Ru、R5、R,、Rn与集成电路IC内部的运放2组成。电阻Rn用于对输出电流进行取样，取样电压以差分方式，然后经过电阻R和电阻Rn后送到IC内部的运放2的反相端15脚和同相端16脚。例如当输出电流对大于额定电流时，进行以下控制过程V16>V15—V3t—占空比I—V。I—I。i，从而保持I。限定在额定电流范围内。(注I。=Iout)权利要求1、一种机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，包括DC-DC开关电源模块和相连的供电电源以及负载。其特征在于包括与DC-DC开关电源模块相连的监测及工作状态指示电路，该电路对点火装置和负载进行监测、测试及工作状态进行指示；与DC-DC开关电源模块相连的输出电压调节电路；与供电电源、监测及工作状态指示电路相连的电源极性识别电路。2、根据权利要求1所述的机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，其特征在于所述的监测及工作状态指示电路包括DC/DC开关电源模块输入端(1、2)之间由ab跳线和电容d组成支路；DC/DC开关电源模块输出端(2、3)之间由发光二极管D4、发光二极管D4两端并联的按键开关AN和负载R。组成支路；DC/DC开关电源模块输出端(3)与供电电源DC负极之间由发光二极管D3和硅二极管D2组成的支路；硅二极管D2和ab跳线之间串接一只肖特基二极管"组成的支路。3、根据权利要求1或2所述的机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，其特征在于所述的输出电压调节电路，是并联在DC/DC开关电源模块中的电阻R3两端的，由电位器W和固定电阻R2组成的支路。4、根据权利要求1或2所述的机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，其特征在于所述的供电电源极性识别电路由串接于供电电源和ab跳线之间的肖特基二极管DJ且成。5、根据权利要求3所述的机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，其特征在于所述的供电电源极性识别电路由串接于供电电源和ab跳线之间的肖特基二极管D,组成。全文摘要本发明涉及一种机载型航空模型电热式发动机智能点火装置，由DC/DC开关电源模块及其外围电路组成，通过对开关电源模块输出电压、输出电流等电气指标地改进，外围电路采用简捷的非典型接法。(1)、监测及工作状态指示电路开关电源模块输入端(1、2)之间由ab跳线和电容C₁组成的支路；输出端(2、3)之间由发光二极管D₄、开关AN和负载R₀组成的支路；输出端(3)连接的发光二极管D₃和硅二极管D₂组成的支路；肖特基二极管D₁组成的支路。(2)、并联在电阻R₃两端的电阻R₂和电位器W组成输出电压调节电路。本发明优点逻辑显示点火装置和电热塞的运行状态，使电热塞始终处于最佳工作状态，彻底解决了发动机油路与电路相互牵扯的顽症，实现了轻量化，使发动机点火启动更加方便可靠。文档编号F02P19/02GK101418767SQ200810235750公开日2009年4月29日申请日期2008年12月5日优先权日2008年12月5日发明者黄宇嵩申请人:黄宇嵩