电子线路设计作业

1、摘要：电子技术在各个领域的应用十分广泛，几乎涵盖了各行各业，下面主要研究在汽车技术一个小小的领域发展过程中的应用实际例子。随着对环保、节能、安全和舒适性要求的不断提高，汽车中逐步采用了各种汽车电子装置，比如说发动机电子控制系统、底盘电子控制系统、和车身电子控制系统和大大减少伤亡率的车身稳定系统等，这些系统的应用可使汽车在各种工况下都处于最佳工作状态。 在国外，普通轿车中电子控制装置的成本已经占到轿车总成本的20%，在高档轿车中所占比例还会更高。汽车电子技术在汽车上作用越来越大，从一开始的转向闪光器、电子发电机调节器到电子仪表以及ECU电子燃油喷射系统无处不在。在安全方面ABS刹车系统和安全气囊

2、也离不开电子技术，辅助驾驶方面，倒车雷达、海拔测量、电子指南针、GPS卫星定位都离不开电子。 未来的汽车朝低能耗、热机电动混合动力发展，这些方案的关键技术还是电子其中在电子设计和电子电路中电路基础理论在电路设计中是非常重要的。在电路设计中的故障时经常发生的。对于故障的排除，首先从基础的理论上考虑是最快捷的解决方法。经常从技术方面去思考故障的原因就会很快的提高自己的技术水平。本文主要研究汽车的电子点火控制系统。最近一段时间，汽车发动机向着多缸、高转速、高压缩比的方向发展，人们通过改善混合气体的燃烧状况达到减少排气污染和节约燃油的的目的。这些都对点火系统提出了更高的要求，包括提供足够高的点火电压、

3、火花能量和最佳点火时刻。在人们的积极探索与研究中研制了一系列电子点火系统。电子点火系统的要求：能产生足以击穿火花塞的电压，点火系统产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞产生火花。可燃混合气体在气缸内压缩的时候，火花很难穿越空气层，因为空气层有一定的电阻，而且电阻会随着压缩不断增加，所以电压必须足够高。击穿电压的大小主要受火花塞电极间的形状、气缸内混合气体的压力和温度、电极的温度等的影响。其中火花塞电极间的间隙越大，击穿电压就越高;电极的尖端菱角分明，所需的击穿电压低。产生的火花要有很大的能量发动机正常工作的时候所需要的能量很小，一般为1到5mJ，但是冷启动的时候条件恶劣，至少需要100m

4、J的火花能量。点火的时候必须按照发动机的工作状态进行点火，也就是最有利的情况下，只有这样才能保证发动机输出功率最大而且油耗最小。点火线圈点火线圈按照磁路的不同分为开磁路式和闭磁路式两种。传统点火线圈主要使用开此路式，高能电子点火系统主要应用闭磁路式。高电压的产生主要是质感效应和互感效应的原理，这里不做重点研究对象。点火器的工作过程是来自断电器的断开和闭合。 分电器、断电器、电容器分电器是点火系统中最重要的总成，主要用于控制点火时。刻和二次高压电的产生和分配。但是随着汽车电子技术的发展，分电器的形式也不断发生变化。在晶体管式的点火系统中，分电器的断电器部分已经由机械式变成了电子式；在电控点火提前

5、系统中，分电器的断电器部分和电子提前装置也由机械式变成了电子式；而在无分电器系统中，则彻底取消了分电器，它的功能结构由其他的结构代替和完成。断电器的作用是周期性的通断点火线圈的一次回路，一般由触电和断电凸轮组成。断电器触点副有钨合金制成，一触点固定，另一触点为活动触点.固定触点搭铁是通过紧固螺钉固定在活动底板和下部的固定底板上实现的，可借助转动偏心螺钉调整触点间隙;活动触点固定在触点臂的一端，触点臂的另一端套在销钉上，触点臂靠弹簧片压紧在断电凸轮上，触点臂经弹簧片和导线与壳体外面的绝缘接线柱连接。断电凸轮的凸角数和发动机气缸数相同，断电凸轮于拨板制成一体，装在分电器轴上，离心提前机构的离心重块

6、由分电器轴驱动。电容器的一般安装在分电器壳体的外面，与断电器的触点并联，由两条锡箔组成，在两条锡箔带子中间夹着绝缘蜡纸，其中一条锡箔带的底部与外壳紧密接触，另一条锡箔带则通过与外壳绝缘的导电片由导线引出。火花塞：火花塞俗称火嘴，它的作用是把高压导线送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间空气，产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。主要类型有:准型火花塞、缘体突出型火花塞、电极型火花塞、座型火花塞、极型火花塞、面跳火型火花塞等。火花塞的功用是将上万伏的高压电引入燃烧室，并产生电火花点燃混合气，与点火系统和供油系统配合使发动机作功，在很大程度上共同决定着发动机的性能。电子点火系统的结构与工作原理晶体

7、管点火系统 传统点火系统断电器触点需要定期保养，因为使用的过程中会使其氧化。晶体管点火系统又被叫做无触点电子电子点火系统，减少了这类保养就意味着减少了成本。在晶体管点火系统中，由信号发生器产生电压信号，接触点火器晶体管。因为晶体管点火系统取消了机械触点，因此彻底解决了断电器触点产生的各种的弊端与缺点。晶体管点火系统又称为电感放电式无触点电子点火系统 以各种形式的信号发生器代替触点来控制点火系统.点火信号发生器按工作原则的不同,可分为磁脉冲式、霍尔式、光电式和电磁振荡式等.如丰田、切诺基采用磁脉冲式;桑塔纳采用霍尔式;日产公爵采用光电式等等。晶体管是通过控制基极的电流来控制半导体中的电子和空穴的

8、流动，是电流控制器件。当信号输入放大器时，无论什么场合，输入端与地之间都要加电压。而所获得的输出信号，是将输出端与地之间的电压作为输出电压取出的。总之，输入和输出的点位都以地为基准，并且放大器也必须与地作为基准来进行放大。偏置电路：要使晶体管放大工作，首先流经集电极要有一定的直流电流，称为偏置电流。而且基极两边的电阻R2、R2要能够让晶体管有一定的直流电压，给电路提供必要的基极电流。推挽电路：是两个相异极性的晶体管连接的输出电路，采用两个参数相同的功率MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推

9、挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载输入拉电流。信号发生器： 信号发生器的作用是分电器轴转动时，通过离心式点火提前装置驱动遮光转子转动，遮光转子的缺口周期性地穿过光线，产生与汽缸数与曲轴数位置相对应的电压信号，用于触发点火器按发动机各个气缸的点火需要，及时通断点火线圈初级回路，使他二次产生高压。光电式信号发生器主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成,两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光而导通；当发

10、光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管截止这样信号发生器就能产生出脉冲电压信号,再送至电子电路放大整形后输出到控制电路中去. 磁感应式信号发生器由运动转子上的特定凸点,固定的感应线圈和电子线路组成.当凸点与感应线圈接近时,磁场强度增大,产生感应电压信号,凸点与感应线圈远离时磁场变弱,信号电压变小的脉冲信号,再送至电子电路放大整形后输出到控制电路中去. 光电信号的灵敏性好,不易受元件的性能影响,工作的稳定性好,成本高. 磁感应式信号灵敏性差,成本低、耐用。光电式信号发生器的优点是结构简单，信号电压不受转速影响。缺点是抗污染能力较差，发光元件和光敏元件一旦沾上油污就会影响信号电压的产生。为保证工作的可

11、靠性，光电式信号发生器对密封性的要求非常高。1.霍尔式点火系统霍力式无触点电子点火系统，该系统由分电器、信号 发生器、点火器、高能点火线圈、高压线、火花塞等组成。 霍尔信号发生器是根据霍尔效应原理制成的，它装在分电器内。霍尔信号发生器，它由触发叶轮1和霍尔传感器4组成。 触发叶轮像传统的分电器凸轮一样，套在分电器轴的上部，它可以随分电 器轴一起转动，又能相对分电器轴作少量转动，以保证离心调节装置正常工作。实用新型提供了一种电子点火器，其特征在于由左端设有点火口、上面设有按钮口的壳体，与此壳体左端点火口相连接的点火管，与所述按钮口做固定连接的点火装置，与此点火装置相连接的电缆组成，点火装置由长方

12、形的外壳，与此外壳上端做滑动连接的按钮，与此按钮下面相连接的撞针，与所述外壳底部做固定连接的发电陶瓷块，与此发电陶瓷块的上面相连接的顶针，与所述发电陶瓷块相靠接且套在所述顶针外面的弹簧组成.（1） 有分电器的计算机电子点火系统有分电器的计算机电子点火系统主要由各种传感器，电控单元，分电器，点火线圈等等组成 。在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由计算机控制称为计算机控制点火系统。现在生产的大部分汽车都采用计算机控制点火系统。改点火系统主要由传感器，电子控制器，点火控制器，点火器，点火线圈和火花塞等组成。 传感器是监测发动机工况信息的装置。传感器的结构形式和装配数量因车而异，主要有曲轴位置传感

13、器、空气流量传感器、节气门位置传感器、爆震传感器、冷却水温传感器、进气温度传感器、氧 传感器、车速传感器、空挡启动开关、空调开关和蓄电池等等。电子控制器用ECU表示。ECU是发动机的控制核心。电子控制器的名称不统一，生产厂家，公司都不一样，生产时间和控制的内容也不一样。电子控制器主要包括输入回路，输出回路，模数A/D转换器或者是模数D/A转换器，单片微型计算机(一辆车上有上百片单片机)和和电源电路等等。由于单片微型计算机是电子控制器的核心部件，通常将电子控制器称为电脑。电子控制器的作用是根据发动机各个传感器输入的信息和微机内存数据，通过运算处理和逻辑判断，然后输出指令信号，控制相关的

14、执行器(比如点火器)工作。 微机控制点火系统又分为分配式有配电器点火系统和直接式无配电器点火系统。分配式点火系统点火线圈产生的高压电由配电器按发动机做功顺序分配给各缸火花塞使火花塞打火，此时要产生较多电火花，不仅浪费能量，而且还会产生电磁干扰信号。而直接式点火系统没有配电器，点火线圈次级绕组的两端直接与火花塞相连，发动机运转时，微机根据传感器信号，直接控制各个点火线圈产生高压电，使相应火花塞打火。到现在为止，无配电器微机控制点火系统是技术最先进的点火系统。 （2） 无分电器的电子点火系统无分电器电子点火系统无分电器点火系统是当前最先进的点火系统，曲轴传感器送来的不仅有点火时刻信号，而且还有气缸

15、识别信号，从而使点火系统能向指定的气缸在指定的时刻送去点火信号，这就要求每缸配有独立的点火线圈，但如果是六缸机则1，6缸、2，5缸和3，4缸分别共用一个点火线圈，即共有三个点火线圈，显然每一个点火线圈点火时，总有一个缸是空点火，检测时应注意到这一点。无触点点火系统能使用低阻抗电感线圈，从而大幅度提高初级电流，使次级电压高达30kV以上，增强点火能量以提高点燃稀混合气的能力，在改善燃料经济性的同时也降低排气污染。无分电器点火系统完全是电子器件而无机械运动部件，彻底解决了凸轮和轴承磨损以及触点烧蚀间隙失调而引起的一系列故障。点火器 点火器电路结构形式多样，但基本要求都是：对输入的点火出发信号进行处

16、理后，能准确、可靠地控制开关三极管的导通与截止，及时通断点火线圈的一次电流，使点过线圈适时的产生高压。为进一步提高点火线圈的工作性能和工作的可靠性，汽车电子点火系统的点火器增加了很多功能，比如闭合角可控功能电路、一次回路电阻控制电路、停车断电保护电路、过压断电保护电路、低速推迟点火功能电路等，下面为分立元件式点火器，所谓分立元件，就是相对于集成电路而言，比如1个独立的二极管或三极管就称为分立元件，在应用上，用两个三极管搭配阻容元件组成的张弛振荡器，就是分立元件完成的。一个三极管的核心其大小比芝麻都小，把几十上百，甚至几万到几百万只三极管二极管同时坐在同一芯片上，完成一个或多个特定功能，就是集成

17、电路。比如，一台便携收音机，在分立元件时期，比较流行的就是7管机，用7只三极管分别完成高放，混频，中放，检波，低放前级，低放。现在一只集成电路就完成了，外围元件还少。至于具体应用，一是根据个人习惯，一是根据设计要求，力求简单，元件越少，故障越，分立元件是与集成电路（就是把电路集成到一个芯片上面）相对而言的，就是指普通的电阻、电容、晶体管等电子元件，统称分立元件。1-信号发生器的感应线圈；2-点火开关；3-火花塞；4-点火线圈上图为日本日立公司E2-50型号点火器，此电路具有发动机停机自动断电、一次电流稳定控制等功能。基本点火控制（1） 基本点火控制E12-50型配置的是电磁感应式信号发生器：V

18、1为触发管；V2起放大作用；复合管V3为大功率开关三极管用于通断初级电流；点火器根据输入的点火脉冲信号控制点火过程。当输入负的脉冲信号时，电流信号经过VD3-R2-VD2-R1-VD3正向导通，电压降使V1处于反向偏压截止；V1截止p点的点位升高，使V2导通；V2导通给V3V提供了正向电压， V2导通又使V3导通，点火线圈一次回路导通，一次电流增加。当输入正脉冲信号时，V1有正向偏压而导通，信号电流经R1-VD1-R2-V1发射结形成通路；V1导通后，P点电位下降，使V2失去正向偏压而截止，点火线圈一次回路断流，二次产生高压。（2）闭合角可控电路闭合角可控电路。闭合角可控电路主要由VD5,C2

19、,R3等组成。用于增大发动机高速时点火线圈一次回路导通的相对时间，以保证发动机在高速时点火线圈一次有时间形成足够大的一次电流。当输入正脉冲信号时，信号电流流经发生器感应线圈+-R1-VD1-VD5-C2-V1电路对c2充电。当输入负的脉冲信号时，c2经过正c2极-R3-VD2-R1-VD3-C2负极电路放电。c2放电时，V1反向偏压而截止，V2和V3保持导通，使一次线圈保持通路。发动机转速升高时，信号电压随之增大，c2的充电电压也随之升高，c2的放电时间也会相应的延长，v1的截止时间就会有增加，点火线圈一次回路导通的相对的时间则也会增加。 （3）一次电流的稳定控制工作中电压的波动非常大，如果保

20、证电源电压在比较低的时候一次回路能有足够大的一次电流，则在电源电压较高时，一次电流就会过大，导致点火线圈温度过高; 若保证电源电压较高时一次回路有合适的一次电流，则在电源电压较低时，一次电流就会很小，导致二次感应电压较低。所以点火器中必须有稳定的一次电流。一次电流稳定控制电路由R8和VD6组成。当电源电压上升时，V3在截止时，他的集点极上的电压也随之增加，通过R8,VD6的反馈，使V1的饱和导通深度增加，在负的脉冲信号时，V1由导通转向截止变得缓慢，减少了V1的相对截止时间，也就是减少了V3的相对导通时间，点火线圈一次电流不随着电源电压的增加而增加。 （2）集成式点火器 集成式点火器时间将大功

21、率三极管以外的电子电路用集成模块代替，配以需要的外围电路组成的点火器，有着功能很全、工作可靠性好、体积小、价格便宜等优点。但是需要注意一点:点火器是配合点过线圈的特性制造的，各种型号和功能都有差别，所以不匹配的点火器和线圈如果组合在一起的话很有可能会烧坏点火器和线圈。下面以L497点火集成模块所组成的点火器为例，介绍集成电路式点火器的结构和工作原理。L497集成模块的内部电路和引脚排列如图所示，为核心的国产桑塔纳轿车电子点火电路。 （1）当信号发生器输出负脉冲时，集成模块引脚5为低电位。内部电路处理后引脚14输出低电平，V截止，点火线圈初级回路断路，次级绕组产生高压。  &

22、#160;                                                 &

23、#160; （2）闭合角控制电路。闭合角控制电路由两部分组成，第一部分由L497集成模块与引脚10电容CT、引脚12偏流电阻R7组成闭合角基准定时电路。当霍尔信号为高电平时，CT以恒定的电流I充电，电压上升，调节偏电流组可调整I值。第二部分由集成模块与引脚电容、引脚电阻R7组成闭合角控制和调整电路。当霍尔信号为低电平时，CW以恒定的电流IW放电，电压u下降，而当一次电流达到限定值时，则开始充电。当T、CW的充、放电达到UT=UW时内部控制开关使驱动级工作，V导通，接通一次电路。点火线圈一次通路的起始点由CT、CW的充、放电电压达到一致的时间控制，CW上的电压取决于发动机的转速和集成模块的工作电压，故在发动机转速变化和电源电压波动时，CW对稳定一次电流有一定作用。当发动机转速上升时，一次电流达到限定值后的限流时间t2缩短，CW的充电电压降低，CW放电时达到UT=点提前，使一次回路提前导通；当发动机转速下降时，则有相反的变化。因此，闭合角控制电路根据发动机转速的变化自动调整下一周期的一次