專(zhuān)利名稱(chēng)：用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，具體地涉及包含于這種設(shè)備中的開(kāi)關(guān)晶 體管輸出端的電壓降低。本發(fā)明有利地(但非限制性地)應(yīng)用于利用高電壓生成設(shè)備在氣體中產(chǎn)生等離 子，特別是通過(guò)用于內(nèi)燃機(jī)受控點(diǎn)火的火花塞電極來(lái)產(chǎn)生等離子。
背景技術(shù)：
共振火花塞的原理在于使用線(xiàn)圈_電容器共振組件，這包括兩個(gè)被絕緣材料隔開(kāi) 的電極(其中一個(gè)包括外殼)，例如陶瓷。這個(gè)高頻共振器通常稱(chēng)為“線(xiàn)圈-火花塞”。這 個(gè)共振器由電壓生成器供給，該電壓生成器能夠響應(yīng)于在脈沖電壓生成器的開(kāi)關(guān)晶體管的 控制電極上接收的高頻控制脈沖序列而將電壓脈沖序列遞送至共振器。更確切地說(shuō)，這個(gè)脈沖生成器除了由高頻控制脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)晶體管之外還 包括以中壓供電的并聯(lián)的線(xiàn)圈_電容器組件。這個(gè)脈沖電壓生成器和串聯(lián)電容電感共振器組件(“線(xiàn)圈_火花塞”)的組合構(gòu)成 了高電壓生成設(shè)備并且通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱(chēng)為“E類(lèi)偽放大器”。如上文所指出的，開(kāi)關(guān)晶體管的控制是通過(guò)施加于晶體管柵極的高頻電壓(控制 脈沖序列)來(lái)執(zhí)行的。當(dāng)晶體管打開(kāi)時(shí)電流圍繞線(xiàn)圈流動(dòng)，而當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)電流一方面 對(duì)電容器充電而另一方面對(duì)串聯(lián)共振器的線(xiàn)圈供電。晶體管的漏極電位升高。這個(gè)高電壓 周期性地供給串聯(lián)共振器(線(xiàn)圈_火花塞)，該串聯(lián)共振器借助于較大的質(zhì)量因子而產(chǎn)生能 夠觸發(fā)火花的高電壓。這種生成器在專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R 03-10766,FR 03-10767和FR 03-10768 中被描述。E類(lèi)偽放大器也可以應(yīng)用于超聲噴射設(shè)備。壓電噴射器的超聲激勵(lì)需要產(chǎn)生在 25-50kHz范圍內(nèi)被調(diào)制的峰間值為200到1800V的高電壓。不管如何應(yīng)用，E類(lèi)偽放大器需要能承受所需功率和電壓級(jí)別的控制晶體管，其大 大降低可用元件的多樣性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠減小在功率晶體管輸出端遞送的電壓同時(shí)維持跨 串聯(lián)共振器端子的充足電壓的解決方案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，定義了一種用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，其包括能夠放大高 電壓的電容電感共振器、用于生成高頻控制脈沖序列的裝置、電壓源、電容器以及具有開(kāi)關(guān) 晶體管的電壓生成器，該開(kāi)關(guān)晶體管的控制電極連至用于生成高頻控制脈沖序列的裝置的 輸出端，開(kāi)關(guān)晶體管的源極接地，開(kāi)關(guān)晶體管的漏極能夠響應(yīng)于在開(kāi)關(guān)晶體管的控制電極 上接收的控制脈沖序列而遞送電壓脈沖序列至電容電感共振器。該開(kāi)關(guān)晶體管的漏極借助 于隔離變壓器連至電容電感共振器，該隔離變壓器與電容器并聯(lián)連接，該隔離變壓器還連 接到電壓源。
所述隔離變壓器的主繞組可以用一個(gè)端子連接到控制晶體管的漏極并且用另一 個(gè)端子連接到電壓源，該隔離變壓器的主繞組與電容器并聯(lián)連接。所述隔離變壓器的次級(jí)繞組可以用一個(gè)端子連接到所述電容電感共振器并且用 另一個(gè)端子連接到地面，該地面也連接到所述電容電感共振器。用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備可以包括用于將所述主繞組與所述次級(jí)繞組隔開(kāi)的電隔 離，連接到一個(gè)繞組的元件和地面與連接到另一個(gè)繞組的元件和地面被所述電隔離隔開(kāi)。電路中連至所述次級(jí)繞組的地面可以與電路中連至所述主繞組的地面不同并且 與其隔開(kāi)。所述用于生成控制脈沖序列的裝置可以包括固定頻率振蕩器。


參考附圖，通過(guò)閱讀下面對(duì)非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特 征將變得明顯，其中唯一的附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示例性電子實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式如唯一的附圖所示，脈沖電壓生成器GENI包括由并聯(lián)連接的變壓器TRANS和電容 器Cl組成的一個(gè)組件，以及在這里由N信道MOSFET功率晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)晶體管M1，該開(kāi) 關(guān)晶體管在其柵極G上通過(guò)在這里由固定頻率振蕩器OSC生成的控制脈沖序列來(lái)被控制。 這個(gè)頻率是高頻，通常是幾兆Hz并且大于1MHz。變壓器TRANS包括附匝的主繞組和N2匝 的次級(jí)繞組。次級(jí)繞組的端子連接到由電阻器R2、電感器L2和電容器C2構(gòu)成的電容電感 共振器RS2的第一個(gè)端子。串聯(lián)共振器RS2的另一個(gè)端子一方面連接到地面，另一方面連 接到連至次級(jí)繞組的另一端子的電阻器R3。電阻器Rl既可以是將次級(jí)繞組的第二個(gè)端子 連至地面的線(xiàn)圈的阻抗效應(yīng)的模型，或者是其功能在于測(cè)量流入串聯(lián)共振器RS2的電流的 物理元件。在后一種情形中，在共振器RS2中，這個(gè)元件的電阻相對(duì)于R2的值被選擇的非 常低，以使得共振器RS2的性能(過(guò)電壓因子)不會(huì)降級(jí)并且不會(huì)使得元件過(guò)熱。電隔離 IG將變壓器TRANS的兩個(gè)繞組隔開(kāi)。電隔離IG也隔開(kāi)連至主繞組的元件和連至次級(jí)繞組 的元件。也稱(chēng)為電容電感共振器的串聯(lián)共振器RS2可以包含于等離子生成火花塞中或者包 含于壓電或超聲噴射器中。由電感器L2和電容器C2構(gòu)成的串聯(lián)共振器的固有頻率也呈現(xiàn)出高共振頻率，例 如大于1MHz，其過(guò)電壓因子例如在40-200的范圍內(nèi)。脈沖生成器GENI由遞送通常小于1000伏的中壓的DC電壓源VMT供電。此外，這個(gè)電壓源VMT優(yōu)選地呈現(xiàn)出有限的功率以使得在火花塞的電極之間施加 的能量出于安全考慮也被限制成例如每次點(diǎn)火300mJ。為了在機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中生成大于12 伏的DC電壓，可以使用12伏至Y伏的電壓轉(zhuǎn)換器，Y是由電源VMT提供的電壓。因此，可 以從電池電壓中產(chǎn)生期望的DC電壓級(jí)別。所生成的DC電壓的穩(wěn)定性并非是先驗(yàn)的確定準(zhǔn)則，為了其魯棒性和簡(jiǎn)單化，可以 作為例子而設(shè)想使用斬波電源來(lái)為生成器GEOT供電。當(dāng)晶體管Ml打開(kāi)時(shí)，電流圍繞線(xiàn)圈Ll流動(dòng)。當(dāng)晶體管Ml關(guān)閉時(shí)，電流對(duì)電容器 Cl充電并且供給線(xiàn)圈L2。
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晶體管Ml的漏極電位D升高。這個(gè)通常為幾百伏的高電壓周期性地為串聯(lián)共振器RS2供電，該共振器借助于較 大的過(guò)電壓因子而產(chǎn)生能觸發(fā)火花的高電壓HT。由于變壓器的存在，跨主繞組端子且在功率晶體管輸出端的電壓可以降低。實(shí)際 上，變壓比M等于主繞組匝數(shù)m與次級(jí)繞組匝數(shù)N2之比，該匝數(shù)比本身等于主繞組電壓Ul 與次級(jí)繞組電壓U2之比M = N2/N1 = U2/U1。因此，如果希望獲得跨串聯(lián)共振器RS2端子的電壓U1，也就是說(shuō)跨次級(jí)繞組N2的 端子，獲得等于下式的跨主繞組W端子的電壓U2就足夠了 U2 = U1/M。為制造變壓器所采用的構(gòu)造和技術(shù)也是E類(lèi)偽放大器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個(gè)基本方 考慮到所涉及的頻率而優(yōu)選地使用氣隙變壓器。也可以使用可選方案，但是轉(zhuǎn)換 效率可能會(huì)降低。 優(yōu)選地用具有地線(xiàn)的有管套的同軸線(xiàn)來(lái)制造繞組以限制高頻干擾。在針對(duì)超聲噴射器使用E類(lèi)偽放大器的情況下，制造約束可以減少?gòu)亩紤]更低 的有關(guān)頻率。此外，應(yīng)當(dāng)指出，關(guān)于電感器而使用變壓器產(chǎn)生了幾個(gè)有利的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于射頻點(diǎn)火應(yīng)用，例如法國(guó)專(zhuān)利FR 03-10766、FR 03-10767、FR03-10768中 所描述的，使用變壓器使之能夠免除位于E類(lèi)偽放大器輸出端與多火花火花塞(BME)負(fù)載 之間的串聯(lián)電容器，以及Balim型共模濾波器。此外，可以例如在電阻器R3的級(jí)別處并入 電離電流測(cè)量。此外，隔離型變壓器的使用使之能夠移除串聯(lián)共振器RS2輸入端的信號(hào)中的DC分 量，這因而減小了施加于電纜的最大電壓同時(shí)保持信號(hào)振幅。由此，對(duì)電纜隔離的加權(quán)約束 不像不具有變壓器的E類(lèi)偽放大器那樣嚴(yán)格?？捎秒娎|的范圍因而放寬。關(guān)于運(yùn)轉(zhuǎn)安全性，具有變壓器的E類(lèi)偽放大器使之能夠?qū)㈦娙萜鰿l和電源與至串 聯(lián)共振器RS2的連接電纜隔開(kāi)。因此，這些電纜處的短路或這些電纜之一與地面之間的短 路將不會(huì)產(chǎn)生任何電擊。最后，使用變壓器使之能夠減小發(fā)出的電磁干擾，特別是對(duì)于共模電流而言。實(shí)際 上，由于串聯(lián)共振器RS2的地面與晶體管Ml的地面不相連，因此在產(chǎn)生點(diǎn)火火花期間或在 超聲生成期間所發(fā)出的電磁干擾不會(huì)由于公共地面而被引到晶體管Ml和控制電子設(shè)備。 這在連接電纜包括地線(xiàn)和設(shè)于套管中的屏隔時(shí)更是如此。對(duì)于增加的隔離，地線(xiàn)的一端或 兩端可以連接，通過(guò)R3的電流的返回可以通過(guò)另一條電線(xiàn)來(lái)確保。
權(quán)利要求
一種用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，包括能夠放大高電壓的電容電感共振器(RS2)、用于產(chǎn)生高頻控制脈沖序列的裝置、電壓源(VMT)、電容器(C1)和包括開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的電壓生成器(GENI)，所述開(kāi)關(guān)晶體管的控制電極(G)連接到所述用于產(chǎn)生高頻控制脈沖序列的裝置的輸出端，所述開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的源極(S)接地，所述開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的漏極(D)能夠響應(yīng)于在所述開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的控制電極(G)上接收的控制脈沖序列而將電壓脈沖序列遞送至所述電容電感共振器(RS2)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的漏極(D)借助于隔離變壓器(TRANS)連接到所述電容電感共振器(RS2)，所述隔離變壓器(TRANS)與電容器(C1)并聯(lián)連接，所述隔離變壓器(TRANS)還連接到所述電壓源(VMT)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，其中，所述隔離變壓器(TRANS)的主 繞組(Ni)用一個(gè)端子連接到所述控制晶體管(Ml)的漏極(D)并且用另一個(gè)端子連接到所 述電壓源(VMT)，所述隔離變壓器(TRANS)的主繞組(Ni)與所述電容器(Cl)并聯(lián)連接。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，其中，所述隔離變壓器 (TRANS)的次級(jí)繞組(N2)用一個(gè)端子連接到所述電容電感共振器(RS2)并且用另一個(gè)端子 連接到地面，所述地面也連接到所述電容電感共振器(RS2)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，包括將所述主繞組(Ni)和 所述次級(jí)繞組(N2)隔開(kāi)的電隔離(IG)，連至一個(gè)繞組的元件和地面與連至另一個(gè)繞組的 元件和地面被所述電隔離(IG)隔開(kāi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，其中，電路中連至所述次級(jí)繞組 (N2)的地面與電路中連至所述主繞組(Ni)的地面不同并且被隔開(kāi)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，其中，所述用于生成控制脈 沖序列的裝置包括固定頻率振蕩器(OSC)。
7.針對(duì)內(nèi)燃機(jī)受控點(diǎn)火而對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備的 使用。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生高電壓的設(shè)備，其包括能夠產(chǎn)生高電壓的電容電感共振器(RS2)、用于產(chǎn)生高頻控制脈沖序列的裝置、電壓源(VMT)、電容器(C1)和包括開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的電壓生成器(GENI)，該開(kāi)關(guān)晶體管的控制電極(G)連接到所述用于產(chǎn)生高頻控制脈沖序列的裝置的輸出端，該開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的源極(S)接地，該開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的漏極(D)能夠響應(yīng)于在該開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的控制電極(G)上接收的控制脈沖序列而將電壓脈沖序列遞送至所述電容電感共振器(RS2)。該開(kāi)關(guān)晶體管(M1)的漏極(D)借助于隔離變壓器(TRANS)連接到所述電容電感共振器(RS2)，所述隔離變壓器(TRANS)與電容器(C1)并聯(lián)連接，該隔離變壓器(TRANS)還連接到所述電壓源(VMT)。
文檔編號(hào)H02M7/523GK101939903SQ200980104169
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者C·努瓦爾, P·巴羅索 申請(qǐng)人:雷諾股份公司