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一、 CDI点火的原理简述：
早期的CDI点火系统入图1，是由磁电机上的充电线圈L1产生感应电动势，经二极管D整流后，向电容器C充电，但飞轮经过点火触发线圈L2时，电子点火开关（可控硅）SCR将电容器C存储的电能瞬间向闭磁路铁芯点火线圈L3的初级迅速放电，从而从L3的次级上感应出2～3万伏特高压，使火花塞放电产生火花，适时完成对发动机的点火。
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图1 CDI点火电路
该类型CDI的缺点是：点火能量随发动机的转速变化而变化。其原因主要是C每次充电的时间随转速n的上升而减少，电容器端的电压Vc反而降低所致。关系图见图2
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图2 电容器端电压于转速的关系
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图3 点火方式对产生积炭的影响
即使我们不在意上述的缺点，该技术也不能直接应用于模型用汽油机（特别是小排量的汽油机）。主要是：磁电机和闭磁路铁芯点火线圈的重量重、体积大、成本高、耗用铜材多、工艺要求复杂。
二、DC-CDI技术：
到上世纪90年代末期，随着电子技术的快速发展，很多新的电子元器件和新工艺的应用得到了普及。
1. 闭磁路铁芯的点火线圈：开始被体积大大缩小、重量轻、造价低耗铜材少、绕制和绝缘工艺简单数控的开磁路高频铁氧体磁性线圈替代。开磁路高频铁氧体磁性点火线圈采用骨架式槽路结构绕制工艺，便于使用数控绕线机绕制。绝缘也由原理的真空浸漆改为真空环氧树脂浇铸灌封。
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图4 采用平绕制工艺的闭磁路铁芯点火线圈结构图
表1 不同磁性材料结构CDI点火线圈次级峰值电压
转速 闭磁路铁芯结构点火 开磁路铁芯结构点火 开磁路铁氧体磁芯结构点火
(r/min) 线圈次级峰值电压（KV) 线圈次级峰值电压（KV) 线圈次级峰值电压（KV)
500 15.2 13.7 17.5
1000 27.8 25.0 26.5
2000 32.0 30.1 47.5
3000 31.1 29.2 46.4
4000 29.8 27.9 45.0
5000 28.7 26.7 42.3
6000 27.1 25.2 38.6
7000 26.2 24.9 36.2
8000 23.1 22.5 32.6
9000 21.8 20.7 29.1
10000 18.2 17.6 25.2
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图5 采用分槽绕制工艺铁氧体磁芯点火高压线圈
通过上表可以看出:
1. 去掉闭合铁芯，变成开磁路铁芯结构点火线圈的次级峰值电压相比差别不大；采用了开磁路铁氧体磁芯结构点火线圈次级峰值电压比铁芯结构的线圈次级峰值电压上升的快，电压高。
2. 笨重的磁电机也被成熟、小巧直流升压技术所替代。由6V或12V蓄电池供电，经震荡、放大、升压。由于蓄电池的电能基本稳定，解决了发动机低速、高速时磁电机发电不能满足电容器充电的问题，而且点火能量充足。
3.点火触发线圈，被小巧、低廉的霍尔感应器件和电路所替代。通过安装在汽油机输出轴上的磁铁和固定在轴外霍尔器件，对应汽油机活塞的运行位置，“给出”汽油机正确的点火时间。
由蓄电池供电（不用磁电机）的CDI，称为DC－CDI。
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三、DC-CDI方框图和原理图：
通过图6可以看出，4.8V～6V蓄电池电压，首先经二极管（防止电源极性接反）进入震荡电路，将直流“变为”高频“交流电”，经电流放大电路将信号放大，再经过小变压器升压至200V左右（这三部分可共用元器件，简化电路），从而替代原CDI的磁电机部分，后面的部分与前面介绍的CDI工作原理相同。
保护电路是在电容器充满电荷以及触发点火时，控制震荡电路停止工作，防止：1.电容器充电电压过高；2.电容器放电时，放大电路过载；3.降低低转速时DC-CDI的电源消耗。
霍尔器件替代了原来的磁电机触发线圈。霍尔的原理是：当有磁铁经过霍尔“窗口”时，控制脚输出一个脉冲信号，该信号经过整型、放大后，触发可控硅SCR导通，使充满电的电容器，经高压点火线圈次级瞬间放电，在高压点火线圈的次级感应出22KV左右的高压,使火花塞点火。
点火正时电路：自动进角的DC-CDI，霍尔安装的位置向前提“一小段”，设置在汽油机点火最大提前角处，霍尔器件输出的脉冲信号，经整型、放大，在原与触发可控硅SCR之间，插入一个检测、延迟电路。根据霍尔器件输出的脉冲信号，电路判“读”汽油机实时转速的高、低，在霍尔感应到点火信号时，如果是中、低转速，电路根据实时的转速，自动的延时一小段时间点火，从而达到汽油机点火正时。
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图6 DC-CDI工作方框图
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图7 DC-CDI的原理图
图7是一种电路简单高效的DC-CDI的原理图。其该电路由T1、R1、R2、D3、B1组成的自激振荡、电流放大、交流升压电路，R2是该振荡电路的正反馈电阻。通过T1的导通和截至，使变压器B1的初级L1的电流通和断，从而在变压器的次级L2感应出脉动的交流电压，由于变压器L2绕圈与L1的比例是200：24，L2的电压峰值可以达几百伏。其波形入图8。
振荡的频率直接影响到电能的大小和充电次数，由于模型用汽油机的转速远远高于摩托车汽油机的转速，我们取最高不低于10000转∕分，振荡的频率应高于20KHz。B1除了合理的匝数以外，其两磁芯间要垫隔离物，隔离物的厚度直接影响的磁通量的大小，调节振荡频率，影响点火能量的输出。
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图8 振荡输出波形图
图8 是经振荡B1输出端波形图。
L2输出的脉冲交流电压经快速恢复二极管D2的整流成脉动直流后，给电容器C充电。
DW1、DW2、R4是过压检测电路，T2、R3构成了强行停振的保护电路。在振荡、升压、电容C充电的过程中，如果电容器C上的充电电压高于设计值时，稳压管DW1、DW2就会反向击穿，电流通过R3、R4使T2导通，T2饱和导通将T1的基极电位拉下，使T1截至停振，起到保护的作用。
当霍尔器件感应到点火触发信号时，霍尔输出一负电平信号，经C6 R8 T3整型放大后，该信号分两路，一路通过D6触发晶闸管SCR导通，电容器C放电；另一路通过D5使振荡电路停振，在SCR触发导通，电容器C放电后，SCR能迅速截至，保证下一个充电、触发、放电的过程。C5是过滤霍尔输出信号中可能附带的干扰信号，R6是霍尔的保护电阻。
该电路的充电、放电电路的设计非常的高效。与图1的充电回路相比：D2输出的直流充电电流直接通过C而不通过高压点火线圈的初级L3到地（尽管L3的绕圈很少，电感量很低）。触发放电的初始阶段，SCR的导通，使得电容器C上的电荷快速通过L3放电，但C上的电荷瞬间通过L3放完后，根据法拉第电磁感应的定律，L3上会产生一个反电动势，它的极性与电容器C加载在L3的极性正好相反。这个反电动势使D4导通，通过C再次构成回路放电，使能量得到充分高效的利用。
D1构成极性保护，C2、C3系整个电路的滤波、退耦电路。
元器件的选择和计算：
模型DC-CDI选用电池一般都是4～5节镍铬、镍氢电池，工作电压在4V～7V。
CDI点火能量 E= C*Uc2∕2 (推导公式略)
C我们选择1μF（耐压>250V），Uc设计为150V。E=11mJ，这个能量应该能够保证火花塞点火了。DW1＋DW2稳压值可以对Uc进行调整，DW1＋DW2 R4值越高，Uc就大，点火能量就高，输入电流就越大。我们可以将最大电流限制在1A以内。稳压管100V时电流于与转速的关系见表3。
下表是稳压管在100V时电流于与转速的关系图：
转速r/min 1000 1500 2000 2500 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
电 流 mA 140 160 200 250 280 350 420 480 540 620 750 810
高压线圈B2的绕制参数：（计算略）
磁性材料长度取2CM 初级L3：Φ0.5 40T
次级L4： 0.10 6000T
充电电压150V时，峰值输出电压＝150V*6000∕40＝22.5KV
升压线圈B1的参数：
L1为15T，L2 500T 正反馈线圈为4T。磁芯间的隔离物采用普通的电工绝缘胶带效果较为理想。
除D2选择快速恢复二极管FR207外，其他的二极管都是普通的二极管；T1兼顾电流放大作用，除β>200外，应选择**率管；T2 T3用普通的β>100 NPN PNP极性的三极管即可；R1 R2 R3 R4分别1.5K 1K 1K 200K；R5 R6 R7 R8 R9分别47K 100Ω100K 47K 10K；C2 C3 C4 C5 C6为47μF 0.01μF 0.01μF 0.01μF 0.47μF；SCR耐压>300 选择普通的单项可控硅。
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图9 数字门电路（集成电路）做振荡电路的DC-CDI
图9的电路振荡部分采用了数字电路（一块集成电路）加外围的电容电阻构成了方波振荡电路，与图7电路不同是该电路通过改变电阻、电容的值，很容易调整振荡频率。该电路的电流放大使用二个小功率MOS管做推挽放大，每个MOS管只放大半周信号，对放大管个功率要求不高。升压后的整流电路采用桥式整流，T1为整个电路的过流保护，T2系点火触发保护，A点与电路中A点电路工作原理相同，升压输出后面的电路与图7后部接C1相同。整个电路相对图7的电路，调试非常简单（几乎不用调试），电路简洁，工作稳定，只是造价较图7的电路稍高。 |
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发表于 2010-1-13 20:57
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