電子線路設(shè)計作業(yè)

1、摘要：電子技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，幾乎涵蓋了各行各業(yè)，下面主要研究在汽車技術(shù)一個小小的領(lǐng)域發(fā)展過程中的應(yīng)用實際例子。隨著對環(huán)保、節(jié)能、安全和舒適性要求的不斷提高，汽車中逐步采用了各種汽車電子裝置，比如說發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、和車身電子控制系統(tǒng)和大大減少傷亡率的車身穩(wěn)定系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的應(yīng)用可使汽車在各種工況下都處于最佳工作狀態(tài)。 在國外，普通轎車中電子控制裝置的成本已經(jīng)占到轎車總成本的20%，在高檔轎車中所占比例還會更高。汽車電子技術(shù)在汽車上作用越來越大，從一開始的轉(zhuǎn)向閃光器、電子發(fā)電機調(diào)節(jié)器到電子儀表以及ECU電子燃油噴射系統(tǒng)無處不在。在安全方面ABS剎車系統(tǒng)和安全氣囊

2、也離不開電子技術(shù)，輔助駕駛方面，倒車雷達、海拔測量、電子指南針、GPS衛(wèi)星定位都離不開電子。 未來的汽車朝低能耗、熱機電動混合動力發(fā)展，這些方案的關(guān)鍵技術(shù)還是電子其中在電子設(shè)計和電子電路中電路基礎(chǔ)理論在電路設(shè)計中是非常重要的。在電路設(shè)計中的故障時經(jīng)常發(fā)生的。對于故障的排除，首先從基礎(chǔ)的理論上考慮是最快捷的解決方法。經(jīng)常從技術(shù)方面去思考故障的原因就會很快的提高自己的技術(shù)水平。本文主要研究汽車的電子點火控制系統(tǒng)。最近一段時間，汽車發(fā)動機向著多缸、高轉(zhuǎn)速、高壓縮比的方向發(fā)展，人們通過改善混合氣體的燃燒狀況達到減少排氣污染和節(jié)約燃油的的目的。這些都對點火系統(tǒng)提出了更高的要求，包括提供足夠高的點火電壓、

3、火花能量和最佳點火時刻。在人們的積極探索與研究中研制了一系列電子點火系統(tǒng)。電子點火系統(tǒng)的要求：能產(chǎn)生足以擊穿火花塞的電壓，點火系統(tǒng)產(chǎn)生的次級電壓必須高于擊穿電壓，才能使火花塞產(chǎn)生火花?？扇蓟旌蠚怏w在氣缸內(nèi)壓縮的時候，火花很難穿越空氣層，因為空氣層有一定的電阻，而且電阻會隨著壓縮不斷增加，所以電壓必須足夠高。擊穿電壓的大小主要受火花塞電極間的形狀、氣缸內(nèi)混合氣體的壓力和溫度、電極的溫度等的影響。其中火花塞電極間的間隙越大，擊穿電壓就越高;電極的尖端菱角分明，所需的擊穿電壓低。產(chǎn)生的火花要有很大的能量發(fā)動機正常工作的時候所需要的能量很小，一般為1到5mJ，但是冷啟動的時候條件惡劣，至少需要100m

4、J的火花能量。點火的時候必須按照發(fā)動機的工作狀態(tài)進行點火，也就是最有利的情況下，只有這樣才能保證發(fā)動機輸出功率最大而且油耗最小。點火線圈點火線圈按照磁路的不同分為開磁路式和閉磁路式兩種。傳統(tǒng)點火線圈主要使用開此路式，高能電子點火系統(tǒng)主要應(yīng)用閉磁路式。高電壓的產(chǎn)生主要是質(zhì)感效應(yīng)和互感效應(yīng)的原理，這里不做重點研究對象。點火器的工作過程是來自斷電器的斷開和閉合。 分電器、斷電器、電容器分電器是點火系統(tǒng)中最重要的總成，主要用于控制點火時?？毯投胃邏弘姷漠a(chǎn)生和分配。但是隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，分電器的形式也不斷發(fā)生變化。在晶體管式的點火系統(tǒng)中，分電器的斷電器部分已經(jīng)由機械式變成了電子式；在電控點火提前

5、系統(tǒng)中，分電器的斷電器部分和電子提前裝置也由機械式變成了電子式；而在無分電器系統(tǒng)中，則徹底取消了分電器，它的功能結(jié)構(gòu)由其他的結(jié)構(gòu)代替和完成。斷電器的作用是周期性的通斷點火線圈的一次回路，一般由觸電和斷電凸輪組成。斷電器觸點副有鎢合金制成，一觸點固定，另一觸點為活動觸點.固定觸點搭鐵是通過緊固螺釘固定在活動底板和下部的固定底板上實現(xiàn)的，可借助轉(zhuǎn)動偏心螺釘調(diào)整觸點間隙;活動觸點固定在觸點臂的一端，觸點臂的另一端套在銷釘上，觸點臂靠彈簧片壓緊在斷電凸輪上，觸點臂經(jīng)彈簧片和導(dǎo)線與殼體外面的絕緣接線柱連接。斷電凸輪的凸角數(shù)和發(fā)動機氣缸數(shù)相同，斷電凸輪于撥板制成一體，裝在分電器軸上，離心提前機構(gòu)的離心重塊

6、由分電器軸驅(qū)動。電容器的一般安裝在分電器殼體的外面，與斷電器的觸點并聯(lián)，由兩條錫箔組成，在兩條錫箔帶子中間夾著絕緣蠟紙，其中一條錫箔帶的底部與外殼緊密接觸，另一條錫箔帶則通過與外殼絕緣的導(dǎo)電片由導(dǎo)線引出?；鸹ㄈ夯鸹ㄈ追Q火嘴，它的作用是把高壓導(dǎo)線送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產(chǎn)生電火花以此引燃氣缸內(nèi)的混合氣體。主要類型有:準型火花塞、緣體突出型火花塞、電極型火花塞、座型火花塞、極型火花塞、面跳火型火花塞等。火花塞的功用是將上萬伏的高壓電引入燃燒室，并產(chǎn)生電火花點燃混合氣，與點火系統(tǒng)和供油系統(tǒng)配合使發(fā)動機作功，在很大程度上共同決定著發(fā)動機的性能。電子點火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理晶體

7、管點火系統(tǒng) 傳統(tǒng)點火系統(tǒng)斷電器觸點需要定期保養(yǎng)，因為使用的過程中會使其氧化。晶體管點火系統(tǒng)又被叫做無觸點電子電子點火系統(tǒng)，減少了這類保養(yǎng)就意味著減少了成本。在晶體管點火系統(tǒng)中，由信號發(fā)生器產(chǎn)生電壓信號，接觸點火器晶體管。因為晶體管點火系統(tǒng)取消了機械觸點，因此徹底解決了斷電器觸點產(chǎn)生的各種的弊端與缺點。晶體管點火系統(tǒng)又稱為電感放電式無觸點電子點火系統(tǒng) 以各種形式的信號發(fā)生器代替觸點來控制點火系統(tǒng).點火信號發(fā)生器按工作原則的不同,可分為磁脈沖式、霍爾式、光電式和電磁振蕩式等.如豐田、切諾基采用磁脈沖式;桑塔納采用霍爾式;日產(chǎn)公爵采用光電式等等。晶體管是通過控制基極的電流來控制半導(dǎo)體中的電子和空穴的

8、流動，是電流控制器件。當(dāng)信號輸入放大器時，無論什么場合，輸入端與地之間都要加電壓。而所獲得的輸出信號，是將輸出端與地之間的電壓作為輸出電壓取出的。總之，輸入和輸出的點位都以地為基準，并且放大器也必須與地作為基準來進行放大。偏置電路：要使晶體管放大工作，首先流經(jīng)集電極要有一定的直流電流，稱為偏置電流。而且基極兩邊的電阻R2、R2要能夠讓晶體管有一定的直流電壓，給電路提供必要的基極電流。推挽電路：是兩個相異極性的晶體管連接的輸出電路，采用兩個參數(shù)相同的功率MOSFET管，以推挽方式存在于電路中，各負責(zé)正負半周的波形放大任務(wù)，電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。推

9、挽輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載輸入拉電流。信號發(fā)生器： 信號發(fā)生器的作用是分電器軸轉(zhuǎn)動時，通過離心式點火提前裝置驅(qū)動遮光轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，遮光轉(zhuǎn)子的缺口周期性地穿過光線，產(chǎn)生與汽缸數(shù)與曲軸數(shù)位置相對應(yīng)的電壓信號，用于觸發(fā)點火器按發(fā)動機各個氣缸的點火需要，及時通斷點火線圈初級回路，使他二次產(chǎn)生高壓。光電式信號發(fā)生器主要由兩只發(fā)光二極管、兩只光敏二極管和電子電路組成,兩只發(fā)光二極管分別正對著光敏二極管，發(fā)光二極管以光敏二極管為照射目標。信號盤位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間，當(dāng)信號盤運轉(zhuǎn)時，因信號盤上有光孔，產(chǎn)生透光和遮光的交替變化，當(dāng)發(fā)光二極管的光束照射到光敏二極管上時，光敏二極管感光而導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)

10、光二極管的光束被遮擋時，光敏二極管截止這樣信號發(fā)生器就能產(chǎn)生出脈沖電壓信號,再送至電子電路放大整形后輸出到控制電路中去. 磁感應(yīng)式信號發(fā)生器由運動轉(zhuǎn)子上的特定凸點,固定的感應(yīng)線圈和電子線路組成.當(dāng)凸點與感應(yīng)線圈接近時,磁場強度增大,產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號,凸點與感應(yīng)線圈遠離時磁場變?nèi)?信號電壓變小的脈沖信號,再送至電子電路放大整形后輸出到控制電路中去. 光電信號的靈敏性好,不易受元件的性能影響,工作的穩(wěn)定性好,成本高. 磁感應(yīng)式信號靈敏性差,成本低、耐用。光電式信號發(fā)生器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，信號電壓不受轉(zhuǎn)速影響。缺點是抗污染能力較差，發(fā)光元件和光敏元件一旦沾上油污就會影響信號電壓的產(chǎn)生。為保證工作的可

11、靠性，光電式信號發(fā)生器對密封性的要求非常高。1.霍爾式點火系統(tǒng)霍力式無觸點電子點火系統(tǒng)，該系統(tǒng)由分電器、信號 發(fā)生器、點火器、高能點火線圈、高壓線、火花塞等組成。 霍爾信號發(fā)生器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的，它裝在分電器內(nèi)?；魻栃盘柊l(fā)生器，它由觸發(fā)葉輪1和霍爾傳感器4組成。 觸發(fā)葉輪像傳統(tǒng)的分電器凸輪一樣，套在分電器軸的上部，它可以隨分電 器軸一起轉(zhuǎn)動，又能相對分電器軸作少量轉(zhuǎn)動，以保證離心調(diào)節(jié)裝置正常工作。實用新型提供了一種電子點火器，其特征在于由左端設(shè)有點火口、上面設(shè)有按鈕口的殼體，與此殼體左端點火口相連接的點火管，與所述按鈕口做固定連接的點火裝置，與此點火裝置相連接的電纜組成，點火裝置由長方

12、形的外殼，與此外殼上端做滑動連接的按鈕，與此按鈕下面相連接的撞針，與所述外殼底部做固定連接的發(fā)電陶瓷塊，與此發(fā)電陶瓷塊的上面相連接的頂針，與所述發(fā)電陶瓷塊相靠接且套在所述頂針外面的彈簧組成.（1） 有分電器的計算機電子點火系統(tǒng)有分電器的計算機電子點火系統(tǒng)主要由各種傳感器，電控單元，分電器，點火線圈等等組成 。在發(fā)動機的電子集中控制系統(tǒng)中，點火系統(tǒng)由計算機控制稱為計算機控制點火系統(tǒng)?，F(xiàn)在生產(chǎn)的大部分汽車都采用計算機控制點火系統(tǒng)。改點火系統(tǒng)主要由傳感器，電子控制器，點火控制器，點火器，點火線圈和火花塞等組成。 傳感器是監(jiān)測發(fā)動機工況信息的裝置。傳感器的結(jié)構(gòu)形式和裝配數(shù)量因車而異，主要有曲軸位置傳感

13、器、空氣流量傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、爆震傳感器、冷卻水溫傳感器、進氣溫度傳感器、氧 傳感器、車速傳感器、空擋啟動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)和蓄電池等等。電子控制器用ECU表示。ECU是發(fā)動機的控制核心。電子控制器的名稱不統(tǒng)一，生產(chǎn)廠家，公司都不一樣，生產(chǎn)時間和控制的內(nèi)容也不一樣。電子控制器主要包括輸入回路，輸出回路，模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器或者是模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器，單片微型計算機(一輛車上有上百片單片機)和和電源電路等等。由于單片微型計算機是電子控制器的核心部件，通常將電子控制器稱為電腦。電子控制器的作用是根據(jù)發(fā)動機各個傳感器輸入的信息和微機內(nèi)存數(shù)據(jù)，通過運算處理和邏輯判斷，然后輸出指令信號，控制相關(guān)的

14、執(zhí)行器(比如點火器)工作。 微機控制點火系統(tǒng)又分為分配式有配電器點火系統(tǒng)和直接式無配電器點火系統(tǒng)。分配式點火系統(tǒng)點火線圈產(chǎn)生的高壓電由配電器按發(fā)動機做功順序分配給各缸火花塞使火花塞打火，此時要產(chǎn)生較多電火花，不僅浪費能量，而且還會產(chǎn)生電磁干擾信號。而直接式點火系統(tǒng)沒有配電器，點火線圈次級繞組的兩端直接與火花塞相連，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，微機根據(jù)傳感器信號，直接控制各個點火線圈產(chǎn)生高壓電，使相應(yīng)火花塞打火。到現(xiàn)在為止，無配電器微機控制點火系統(tǒng)是技術(shù)最先進的點火系統(tǒng)。 （2） 無分電器的電子點火系統(tǒng)無分電器電子點火系統(tǒng)無分電器點火系統(tǒng)是當(dāng)前最先進的點火系統(tǒng)，曲軸傳感器送來的不僅有點火時刻信號，而且還有氣缸

15、識別信號，從而使點火系統(tǒng)能向指定的氣缸在指定的時刻送去點火信號，這就要求每缸配有獨立的點火線圈，但如果是六缸機則1，6缸、2，5缸和3，4缸分別共用一個點火線圈，即共有三個點火線圈，顯然每一個點火線圈點火時，總有一個缸是空點火，檢測時應(yīng)注意到這一點。無觸點點火系統(tǒng)能使用低阻抗電感線圈，從而大幅度提高初級電流，使次級電壓高達30kV以上，增強點火能量以提高點燃稀混合氣的能力，在改善燃料經(jīng)濟性的同時也降低排氣污染。無分電器點火系統(tǒng)完全是電子器件而無機械運動部件，徹底解決了凸輪和軸承磨損以及觸點燒蝕間隙失調(diào)而引起的一系列故障。點火器 點火器電路結(jié)構(gòu)形式多樣，但基本要求都是：對輸入的點火出發(fā)信號進行處

16、理后，能準確、可靠地控制開關(guān)三極管的導(dǎo)通與截止，及時通斷點火線圈的一次電流，使點過線圈適時的產(chǎn)生高壓。為進一步提高點火線圈的工作性能和工作的可靠性，汽車電子點火系統(tǒng)的點火器增加了很多功能，比如閉合角可控功能電路、一次回路電阻控制電路、停車斷電保護電路、過壓斷電保護電路、低速推遲點火功能電路等，下面為分立元件式點火器，所謂分立元件，就是相對于集成電路而言，比如1個獨立的二極管或三極管就稱為分立元件，在應(yīng)用上，用兩個三極管搭配阻容元件組成的張弛振蕩器，就是分立元件完成的。一個三極管的核心其大小比芝麻都小，把幾十上百，甚至幾萬到幾百萬只三極管二極管同時坐在同一芯片上，完成一個或多個特定功能，就是集成

17、電路。比如，一臺便攜收音機，在分立元件時期，比較流行的就是7管機，用7只三極管分別完成高放，混頻，中放，檢波，低放前級，低放?，F(xiàn)在一只集成電路就完成了，外圍元件還少。至于具體應(yīng)用，一是根據(jù)個人習(xí)慣，一是根據(jù)設(shè)計要求，力求簡單，元件越少，故障越，分立元件是與集成電路（就是把電路集成到一個芯片上面）相對而言的，就是指普通的電阻、電容、晶體管等電子元件，統(tǒng)稱分立元件。1-信號發(fā)生器的感應(yīng)線圈；2-點火開關(guān)；3-火花塞；4-點火線圈上圖為日本日立公司E2-50型號點火器，此電路具有發(fā)動機停機自動斷電、一次電流穩(wěn)定控制等功能?；军c火控制（1） 基本點火控制E12-50型配置的是電磁感應(yīng)式信號發(fā)生器：V

18、1為觸發(fā)管；V2起放大作用；復(fù)合管V3為大功率開關(guān)三極管用于通斷初級電流；點火器根據(jù)輸入的點火脈沖信號控制點火過程。當(dāng)輸入負的脈沖信號時，電流信號經(jīng)過VD3-R2-VD2-R1-VD3正向?qū)?，電壓降使V1處于反向偏壓截止；V1截止p點的點位升高，使V2導(dǎo)通；V2導(dǎo)通給V3V提供了正向電壓， V2導(dǎo)通又使V3導(dǎo)通，點火線圈一次回路導(dǎo)通，一次電流增加。當(dāng)輸入正脈沖信號時，V1有正向偏壓而導(dǎo)通，信號電流經(jīng)R1-VD1-R2-V1發(fā)射結(jié)形成通路；V1導(dǎo)通后，P點電位下降，使V2失去正向偏壓而截止，點火線圈一次回路斷流，二次產(chǎn)生高壓。（2）閉合角可控電路閉合角可控電路。閉合角可控電路主要由VD5,C2

19、,R3等組成。用于增大發(fā)動機高速時點火線圈一次回路導(dǎo)通的相對時間，以保證發(fā)動機在高速時點火線圈一次有時間形成足夠大的一次電流。當(dāng)輸入正脈沖信號時，信號電流流經(jīng)發(fā)生器感應(yīng)線圈+-R1-VD1-VD5-C2-V1電路對c2充電。當(dāng)輸入負的脈沖信號時，c2經(jīng)過正c2極-R3-VD2-R1-VD3-C2負極電路放電。c2放電時，V1反向偏壓而截止，V2和V3保持導(dǎo)通，使一次線圈保持通路。發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，信號電壓隨之增大，c2的充電電壓也隨之升高，c2的放電時間也會相應(yīng)的延長，v1的截止時間就會有增加，點火線圈一次回路導(dǎo)通的相對的時間則也會增加。 （3）一次電流的穩(wěn)定控制工作中電壓的波動非常大，如果保

20、證電源電壓在比較低的時候一次回路能有足夠大的一次電流，則在電源電壓較高時，一次電流就會過大，導(dǎo)致點火線圈溫度過高; 若保證電源電壓較高時一次回路有合適的一次電流，則在電源電壓較低時，一次電流就會很小，導(dǎo)致二次感應(yīng)電壓較低。所以點火器中必須有穩(wěn)定的一次電流。一次電流穩(wěn)定控制電路由R8和VD6組成。當(dāng)電源電壓上升時，V3在截止時，他的集點極上的電壓也隨之增加，通過R8,VD6的反饋，使V1的飽和導(dǎo)通深度增加，在負的脈沖信號時，V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止變得緩慢，減少了V1的相對截止時間，也就是減少了V3的相對導(dǎo)通時間，點火線圈一次電流不隨著電源電壓的增加而增加。 （2）集成式點火器 集成式點火器時間將大功

21、率三極管以外的電子電路用集成模塊代替，配以需要的外圍電路組成的點火器，有著功能很全、工作可靠性好、體積小、價格便宜等優(yōu)點。但是需要注意一點:點火器是配合點過線圈的特性制造的，各種型號和功能都有差別，所以不匹配的點火器和線圈如果組合在一起的話很有可能會燒壞點火器和線圈。下面以L497點火集成模塊所組成的點火器為例，介紹集成電路式點火器的結(jié)構(gòu)和工作原理。L497集成模塊的內(nèi)部電路和引腳排列如圖所示，為核心的國產(chǎn)桑塔納轎車電子點火電路。 （1）當(dāng)信號發(fā)生器輸出負脈沖時，集成模塊引腳5為低電位。內(nèi)部電路處理后引腳14輸出低電平，V截止，點火線圈初級回路斷路，次級繞組產(chǎn)生高壓。  &

22、#160;                                                 &

23、#160; （2）閉合角控制電路。閉合角控制電路由兩部分組成，第一部分由L497集成模塊與引腳10電容CT、引腳12偏流電阻R7組成閉合角基準定時電路。當(dāng)霍爾信號為高電平時，CT以恒定的電流I充電，電壓上升，調(diào)節(jié)偏電流組可調(diào)整I值。第二部分由集成模塊與引腳電容、引腳電阻R7組成閉合角控制和調(diào)整電路。當(dāng)霍爾信號為低電平時，CW以恒定的電流IW放電，電壓u下降，而當(dāng)一次電流達到限定值時，則開始充電。當(dāng)T、CW的充、放電達到UT=UW時內(nèi)部控制開關(guān)使驅(qū)動級工作，V導(dǎo)通，接通一次電路。點火線圈一次通路的起始點由CT、CW的充、放電電壓達到一致的時間控制，CW上的電壓取決于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和集成模塊的工作電壓，故在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化和電源電壓波動時，CW對穩(wěn)定一次電流有一定作用。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升時，一次電流達到限定值后的限流時間t2縮短，CW的充電電壓降低，CW放電時達到UT=點提前，使一次回路提前導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降時，則有相反的變化。因此，閉合角控制電路根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化自動調(diào)整下一周期的一次