對電火花點火器進行逆向工程

作者: John Dunn, EDN資深部落客

筆者家中廚房爐具上的電火花點火器「罷工」了。 我買了一個新的替換舊的,一切恢復了正常。 但是,我決定研究舊的點火器,看看它是如何設計的,以下是我的發現…

筆者家中廚房爐具上的電火花點火器「罷工」了。 我買了一個新的替換舊的,一切恢復了正常。但是,我決定研究舊的點火器,看看它是如何設計的,以下是我的發現。

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圖1 廚房爐灶點火器電路板。

我找到了這個小電路板的原理圖。我猜想上頭的氖燈(neon lamp,亦為霓虹燈)是NE-2,因為找不到這個燈的專有名稱,但無論如何,它看起來就像是NE-2。

這個點火器上面還有一個升壓變壓器。它被包裹在一個褐色,且非常堅不可摧,但透明的環氧樹脂中。

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圖2 點火變壓器以環氧樹脂包裹。

變壓器似乎只在環氧樹脂內部。因此當我測量次級繞組的直流電阻為540歐姆(Ω)時,發現次級繞組的匝數非常大,這意味著匝數比確實非常高。

基本操作似乎是弛張振盪器(relaxation oscillator),將脈衝傳送到NPN基極。 每次NPN會向變壓器初級產生脈衝,變壓器次級會產生高壓火花。我不清楚設計人員如何確保NPN始終保持在其安全工作區域(SOA)限制內,因據我所知,並沒有針對變壓器的初級繞組採取瞬態保護措施。

為了確認我對該模組的理解,進行了以下SPICE模擬。

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圖3 模擬結果與點火器的實際操作相符。為方便起見,圖中顯示了電阻R6所處的位置,該模型可以證明NPN電晶體正在被開關。

我最大的模擬問題是針對氖燈建立模型,因為該部分並未包含在SPICE軟體中。然而我知道NE-2型燈泡會在90V的施加電壓下「點燃(strike)」或打開,並且在接近60V時會熄滅或關閉,因此我在圖3中用黃色凸顯了該處模型。不需要模擬電離氣體的導通電組,因為這類型的燈必須始終與安定電阻(ballast resistance,亦稱鎮流電阻)一起使用,且安定電阻將比燈本身的電極間電阻高很多。

當我在廚房使用爐具準備炒些雞蛋時,這模擬每秒大約3個脈衝,與實際操作情況非常相符。

(參考原文: Reverse engineering an electrical spark igniter,by John Dunn,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

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