北京航空航天大學 黃宇嵩

1.緒論

1.1 項目背景

航模運動是集科技、體育與實踐于一體、且綜合性很強的一項活動。實踐證明：開展這項活動是促進理論聯(lián)系實際和有效提高青少年綜合素質(zhì)的一種教育形式。由于航?；顒由婕暗闹R面較寬，入門難度較大，加上油動航空模型又是這類活動最具難度的項目，因而使許多青少年愛好者難于入門，最終望而卻步。

航模電熱式發(fā)動機點火啟動用的點火裝置性能優(yōu)劣與否，直接關系著航模發(fā)動機能否順利地啟動。點火裝置隨著技術的發(fā)展，已歷經(jīng)錳鋅電池、甲電池、單隔鉛酸蓄電池、免維護蓄電池、鎳鎘充電電池和串聯(lián)式穩(wěn)壓電源等多種形式，其性能、技術指標及試驗數(shù)據(jù)見附錄A。

上述在油動模型運動中先后流行過的幾種點火裝置，其中大部分點火裝置(點火器)在支持大電流、連續(xù)放電等方面均存在一定缺陷，而且難于支持工作電流大于4A的日本產(chǎn)OS牌8﹟冷型電熱塞，也不適合在點火電量要求較高的四沖程航模發(fā)動機上使用；且這些點火裝置不具備自動檢測、工作狀態(tài)指示等功能，電熱塞是否工作在正常狀態(tài)無法識別，發(fā)動機不能正常啟動的原因無法準確判斷，因而或多或少的影響電熱塞的正常工作，致使發(fā)動機點火啟動特別困難。有時不清楚故障何在，甚至要把電熱塞從模型發(fā)動機上拆下來，反復檢查、測試電熱塞、點火裝置或供電電源的性能是否正常等煩瑣過程。

1.2 項目的產(chǎn)生

在航模電熱式發(fā)動機點火啟動過程中，發(fā)動機點火啟動困難司空見慣，究其原因：一是由于二沖程發(fā)動機本身結構過于簡單，不像汽油發(fā)動機的點火裝置那么完善；二是點火器根本沒工作或電力不足；三是發(fā)動機的油路與電路有時多種故障交織在一起，故障性質(zhì)很難正確區(qū)分；四是前置化油器發(fā)動機螺旋漿的旋轉面與油針、電熱塞之間距離太近，初學者均存在害怕打傷手指的恐懼心理；五是初學者盲目操作越調(diào)越亂，進而造成點火器中的充電電池電量迅速消耗。這些問題在很大程度上阻礙了這項科技活動的開展與普及。

航模電熱式發(fā)動機啟動困難的原因：

航模電熱式二沖程發(fā)動機難以啟動，往往有幾方面的因素造成，而且有些故障是多種故障組合后的結果。

(1)油路方面

①發(fā)動機上的電熱塞是否擰緊，是否漏氣；

②主油門開啟的大或小是否合適；

③化油器(風門兼油門)開口大小是否合適；

④怠速油針開啟的大小是否合適；

⑤主、副油針貧油或富油判斷是否正確；

⑥電熱塞型號(熱度)的選擇是否合適。

(2)電路部分

①點火裝置供電電源的正負極接法正確與否；

②供電電源的電量是否正常；

③電熱塞工作狀態(tài)是正常、短路，還是開路；

④點火裝置本身的性能是否正常(空載)；

⑤點火裝置工作時，各階段工作狀態(tài)是否正常(滿載)。

(3)其他方面

在外場訓練活動中，因操作者經(jīng)驗不足點火裝置缺電的情況時有發(fā)生，導致從外場無功而返。不僅如此，就是在全國性空模比賽時，也能時?？吹絺€別選手因準備工作不充分，發(fā)生發(fā)動機點火裝置在關鍵時刻不能正常使用。

3A、象真型等模型飛機為了外觀需要，發(fā)動機多采取倒裝或側裝方式。首先是因電熱塞在發(fā)動機下方不便加電點火；二是因電熱塞浸在燃油中致使點火啟動困難；三是發(fā)動機低速運轉時，容易造成富油而熄火。

目前，盡管用于模型發(fā)動機啟動的點火裝置，如：點火器比較流行，但它們均存在程度不同的問題。特別是對那些初涉油動模型的愛好者們，如何順利點火啟動油動航模發(fā)動機已經(jīng)是空模入門成敗之關鍵。在眾多影響因素中，以點火裝置性能欠佳或供電電池容量不足或電池缺電的情況居多。

由此可見：航模電熱式發(fā)動機點火裝置的性能優(yōu)劣與否，直接關系著油動模型發(fā)動機能否順利點火啟動。

2.設計目標

機載型智能點火裝置主要考慮其重量與尺寸方面要有利于微型化、輕量化的要求。

為了方便廣大航模初學者的使用，為了有利于航模這項科技活動的推廣與普及，必須大幅度降低航模電熱式發(fā)動機初學者的入門難度，設法利用電子技術的優(yōu)勢，來彌補發(fā)動機本身結構過于簡單而導致難于點火啟動的缺陷，使原本交叉而又復雜的問題趨于簡單，徹底改變多年來操作者對發(fā)動機憑經(jīng)驗或盲地操作的落后格局。

為解決航模電熱式發(fā)動機點火啟動因傳統(tǒng)點火裝置性能欠佳、功能不全等突出問題，在設計新款點火裝置時，充分考慮適合初學者和外場惡劣環(huán)境下使用等特殊要求，利用電子技術的優(yōu)勢，力爭在電路設計方面有所突破，變過去點火啟動盲目化操作，為簡單化、人性化、智能化地輕松操作。

2.1 目標任務

(1)機載型智能點火裝置在使用方面，應該更方便，更人性化、更加適合廣大航模初學者使用，更加有利于航模這項科技活動的推廣與普及；

圖1 電路工作原理方框圖（注：虛線方框內(nèi)是DC/DC開關電源模塊）

圖2 機載型點火裝置電路工作原理圖

(2)該點火裝置具有智能檢測和檢測結果顯示功能，使模型發(fā)動機、電熱塞在點火啟動過程中，運行狀態(tài)有多重指示效果；

(3)支持大電流、連續(xù)放電，供電電源電壓適應范圍寬；

(4)有多種自動保護等智能功能，增加BEC輸出端口；

(5)利用容量大、重量輕的新型聚合物鋰電池組；

(6)適合于二沖程航模發(fā)動機，也適合在點火電力相對較高的四沖程發(fā)動機上使用；

(7)機載型智能點火裝置成為航模機載電子設備中的一個標準配置(重量≤40g)。

2.2 技術方案

第一階段為在研制過程少走彎路，降低作品研制、制作難度，篩選技術成熟、技術參數(shù)接近設計目標的開關電源模塊，最后確定性能比較好的非隔離型直流轉直流YDS-305開關電源模塊作為制作機載型智能點火裝置的主干器件(篩選過程略)。

第二階段對開關電源模塊輸出電壓、輸出電流等電氣指標進行針對性技術改造。

第三階段開關電源模塊以外的外圍電路采取簡捷有效的非典型接法，其中包括：供電電源極性識別電路、指示電壓提升電路、特殊電路和輸入輸出工作狀態(tài)邏輯指示等電路。

第四階段以工具型點火裝置的原理機和成品作為研究、試驗的基礎，大尺寸工具型點火裝置方便于制作、試驗和技術參數(shù)的提取，為機載型智能點火裝置做技術準備。

第五階段機載型智能點火裝置所有技術參數(shù)來源于工具型點火裝置，逐步在微型化、輕量化方面提出設計方案。機載型點火裝置仿臺式電腦板卡采用裸板以減小重量和體積。

3.工作原理

3.1 機載型智能點火裝置電路工作原理(如圖1)

3.2 DC/DC電源模塊部分電路工作原理

圖2是YDS—305DC/DC開關電源模塊和外圍電路組成的機載型智能點火裝置電路工作原理圖。整個電路以脈沖寬度調(diào)制器MB3759為核心，主要由自激振蕩電路、PWM驅動電路、穩(wěn)壓控制電路、限流控制電路、降壓式變換器輸出電路5個部分組成。

3.2.1 自激振蕩電路

圖3 開關電源模塊的推薦接法

圖4 改進后的接法

圖5 機載型點火裝置電源模塊及外圍電路接線原理圖

由電容C8、電阻R12與脈沖寬度調(diào)制器形成振蕩，C8與R12分別與集成電路IC的5腳和6腳連接后并聯(lián)接地。集成電路IC內(nèi)部電路振蕩頻率fs=1/(0.817R12C8+1.42×10-6)=90kHZ，振蕩周期TS=11μs。集成電路IC的脈沖輸出控制端13腳和4腳、7腳接地，故PWM脈沖設置為并聯(lián)輸出。

3.2.2 PWM驅動電路

由晶體管Q1、Q2、Q4、二極管、D7、D5、電容C10、C11等元件組成。集成電路IC中的調(diào)寬脈沖輸出級兩晶體管接成共射方式，PWM脈沖從集成電路IC中的8腳、11腳并聯(lián)輸出，經(jīng)電阻R13后，在開關管Q1、Q2組成的驅動放大電路中進行放大，并經(jīng)開關管Q2的發(fā)射極送至降壓式變換器電路輸出級。由于降壓式變換器電路中Q3采用增強型場效應管(Q3為增強型場效應管NMOSFET，型號為2SK2018)，為保證場效應管Q3充分導通，必須使VGS≥4V。但是當場效應管Q3導通時，場效應管Q3源極S的電位等于輸入電壓。因此，PWM驅動級的供電電源電壓必須高于輸入電壓，為此要通過輸入電壓建立輔助電源。

所述的輔助電源由二極管D7、D8、電容C10、C11元件構成，該輔助電源可提供10V電源電壓。該輔助電源的工作原理是：當場效應管Q3截止且續(xù)流二極管D9導通時,輸入電壓經(jīng)二極管D8給電容C11快速充電，電容C11充滿電時兩端電壓就等于輸入電壓。該輸入電壓經(jīng)開關管Q4、二極管D7組成的串聯(lián)穩(wěn)壓得到10V輔助電源，與場效應管Q3源極S的電位疊加后作為PWM驅動級的供電電源。這樣就保證了場效應管Q3的柵極G比源極S高10V，從而保證了場效應管Q3充分導通。

需要說明的一點是：雖然輔助電源是10V串聯(lián)穩(wěn)壓電源，但當輸入電壓大于4V而小于10V時，此串聯(lián)穩(wěn)壓電路起電壓跟隨作用，場效應管Q3仍能導通。串聯(lián)穩(wěn)壓電路設定10V輸出的原因，是防止高輸入電壓時，場效應管Q3的柵極G、源極S被擊穿。

3.2.3 降壓式變換器輸出電路

由場效應管Q3、續(xù)流二極管D9、電感L2、濾波電容C2、二極管D6等元件組成。當集成電路IC輸出的PWM脈沖為低電平時，經(jīng)Q1倒相放大變?yōu)楦唠娖?，由開關管Q2發(fā)射極輸出器送到降壓式變換器場效應管Q3的柵極G，使場效應管Q3導通，電感L2充電儲能，此時續(xù)流二極管D9截止。當集成電路IC輸出的PWM脈沖為高電平時，經(jīng)倒相放大管Q1倒相放大變?yōu)榈碗娖?，由開關管Q2射極輸出器送到降壓式變換器場效應管Q3的柵極G，場效應管Q3截止；此時由于電感L2中的感應電壓變?yōu)樯县撓抡?，而使續(xù)流二極管D9導通，電感L2中的儲能泄放給負載R0。當電感L2中的電流iL大于輸出電流I0時，電容C2充電儲能，當電感L2中的電流iL小于輸出電流I0時，電容C2放電給負載。二極管D6是泄放引導二極管，用于泄放場效應管Q3的柵、源結電容電荷，加速場效應管Q3的關斷過程，減小關斷損耗。其工作原理是：當?shù)瓜喾糯蠊躋1的集電極為低電平時，二極管D6導通，場效應管Q3的柵、源結電容電荷迅速放掉，場效應管Q3迅速截止。

圖6

3.2.4 穩(wěn)壓控制電路

由電阻R7、R3、R4、R6、電容C5與集成電路IC內(nèi)部的運放1（脈沖寬度調(diào)制器）組成。電阻R7、R3連接在集成電路IC的2腳和14腳之間，對集成電路IC的5V基準電壓進行分壓，得到1.8V電壓，送到IC內(nèi)部運放1的反向端集成電路2腳作為誤差比較基準電壓。電阻R4、R6對輸出電壓V0進行分壓，得到誤差電壓，送到IC中的運放1的同相端集成電路1腳。將誤差電壓與基準電壓進行比較，控制PWM脈沖的占空比，使輸出電壓保持不變。例如：當輸入電壓升高而使輸出電壓V0升高時，進行以下控制過程：V0↑→V1↑→V3↑→占空比↓→V0↓，從而保持輸出電壓V0不變。電容C5接在電阻R4的兩端，用于控制穩(wěn)壓反應過程，防止瞬間過壓。(注：V0＝Vout，V1、V3指集成電路1腳、3腳的對地電壓，↑表示增加，↓表示降低)

3.2.5 限流控制電路

由電阻R10、R11、R5、R1、R17與集成電路IC內(nèi)部的運放2組成。電阻R17用于對輸出電流進行取樣，取樣電壓以差分方式，然后經(jīng)過電阻R1和電阻R11后送到IC內(nèi)部的運放2的反相端15腳和同相端16腳。例如:當輸出電流對大于額定電流時，進行以下控制過程：V16>V15→V3↑→占空比↓→V0↓→I0↓，從而保持I0限定在額定電流范圍內(nèi)。(注：I0＝Iout)

3.3 改進提高DC/DC開關電源模塊的電氣性能

因為YDS—305 DC/DC開關電源模塊的輸出電壓和輸出電流等關鍵技術指標不符合機載型智能點火裝置的技術要求，所以，必須對電源模塊輸出電壓、輸出電流等電氣指標進行針對性改進。

3.3.1 改進DC/DC開關電源模塊輸出電壓的調(diào)整范圍

表1 機載型智能點火裝置、電熱塞工作狀態(tài)邏輯指示表（括號內(nèi)文字為按下AN開關的結果）

在輸入電壓為7-30V時，YDS-305 DC/DC開關電源模塊標稱輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：1.8-5.0V，而機載型智能點火裝置要求的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍是1.2-1.6V。因此，原有開關電源模塊的輸出電壓區(qū)間值顯然不能直接使用。根據(jù)開關電源模塊電路原理分析，經(jīng)過反復試驗，將DC/DC開關電源模塊輸出電壓調(diào)節(jié)的原有推薦接法(見圖3)，改成如圖4的接法，改進后的接法其輸出電壓固定為：1.8V。

3.3.2 確定DC/DC開關電源模塊輸出電壓調(diào)整范圍

為適合不同熱度、不同型號電熱塞的工作需要，那么輸出電壓應該可調(diào)。在開關電源模塊上電阻R3的非接地端接上1只82-100KΩ電位器W和24-36KΩ固定電阻R2，使DC/DC開關電源模塊輸出電壓調(diào)整范圍為1.4-1.8V，這是非常理想的電壓控制范圍，具體接法見圖5。

3.3.3 加大DC/DC開關電源模塊的輸出電流

DC/DC開關電源模塊標稱輸出電流最大值為3A，機載型智能點火裝置要求輸出電流≥4.1A。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果將1只YDS—305開關電源模塊輸出電流3.0A直接提高到4.1A，電流增加幅度并不算太大。考慮到DC/DC開關電源模塊上的場效應管NMOSFET(2SK2018)其額定功率有較大余量，所以直接采取減少R17限流取樣電阻阻值的辦法，并且保證取樣電阻R17兩端的0.3V動作電壓值，試驗證明效果很好。具體就是在R17(0.1Ω/2W)限流取樣電阻兩端直接并入1只金屬膜電阻R18(0.24Ω/1W)，即可將電源模塊最大輸出電流擴大到4.1A，實際接法見圖5。

3.4 開關電源模塊外圍電路設計

為了實時監(jiān)控發(fā)動機上電熱塞的工作狀態(tài)，要為機載型智能點火裝置增加監(jiān)測、測試、工作狀態(tài)邏輯指示等電路。

3.4.1 供電電源極性識別電路及指示電壓提升電路

為解決機載型智能點火裝置供電電源極性接反的問題，機載型智能點火裝置特別在DC/DC開關電源模塊供電電源回路中的電源負極一側接入一只正向壓降較小的肖特基二極管D1，D1的接入同時還為黃色發(fā)光二極管D3提升0.2V以上的工作電壓，接線圖見圖5。

3.4.2 ab跳線與電容組成的特殊電路

DC/DC開關電源模塊外圍電路中ab跳線與電容C1的特殊作用，不僅有效解決了電熱塞R0正常工作時黃色發(fā)光二級管的指示問題，同時也解決了電熱塞R0短路時的指示難題，而且大大簡化了開關電源模塊的外圍的電路，增加了可靠性。否則，就需要開關電源模塊外圍電路中增加比較復雜的測試電路，或者輔以單片機來完成測試和結果顯示等工作。

PCB電路板中設置的ab跳線與電容C1的特殊作用是通過反復試驗獲得，ab跳線可以是一段導線，也可以是一段制作在PCB板中的一段印刷線路。目前，通過試驗知道ab跳線的特殊作用與其長度、粗細及ab跳線布線的接入位置密切相關，與ab跳線的幾何形狀無關(如：“U”、“C”、“L”、“Ω”、環(huán)形或直線等)。ab跳線具體選擇什么形狀，可根據(jù)機載型智能點火裝置PCB板的外形和尺寸來確定，ab跳線可以采用圖6-1或圖6-2或圖6-3所示的形狀，工具型、機載型最終分別采用是圖6-1、圖6-4所示的形狀。試驗表明，如果用同樣阻值的電阻取代ab跳線，那么其特殊作用將無法體現(xiàn)。ab跳線與電容C1的使用不僅大大簡化了外圍電路外，而且試驗證明在負載正常工作或電熱塞R0短路時效果均特別好。另外，在輸出端短路或輸出電壓大小變化時黃色指示燈的亮度基本上不發(fā)生變化，而且這種特殊作用特別可靠(暫無理論支持)。

3.4.3 在線監(jiān)視、測試機載型智能點火裝置和電熱塞的性能及工作狀態(tài)邏輯顯示

機載型智能點火裝置上選用2只顏色不同的超高亮度發(fā)光二極管，根據(jù)供電電源極性及電熱塞狀態(tài)正常與否，機載型智能點火裝置的運行情況和電熱塞工作狀態(tài)正常與否，能干脆利落地進行邏輯顯示。

電熱塞工作狀態(tài)包括：電熱塞工作正常，電熱塞短路和斷路(開路)。

機載型智能點火裝置空載最高輸出電壓為1.8V，而普通LED發(fā)光二極管工作電壓要≥1.96V才能被點亮。所以，設計上選用工作電壓為1.30-3.0V的超高亮度發(fā)光二極管作為機載型智能點火裝置的監(jiān)視、測試指示燈。當引線輸出端電壓調(diào)低至1.2V時，在機載型智能點火裝置接上電熱塞R0后，那么接在PCB板上輸出端的紅色發(fā)光二極管D4將不能被點亮。為解決引線輸出端接上電熱塞R0有大電流通過時，接電熱塞R0的兩根輸出引線產(chǎn)生約0.2V壓降這個現(xiàn)象，則預先在PCB板輸出端電壓提高0.2V，用于抵消電熱塞R0輸出引線損失的0.2V壓降，這樣可使PCB板輸出端的紅色發(fā)光二極管D4得到≥1.4V的正常工作電壓。

當引線輸出端空載時，PCB板輸出端的電壓范圍是1.4-1.8V，紅色發(fā)光二極管D4點亮，判斷機載型智能點火裝置性能和工作狀態(tài)正常。

在黃色超高亮度發(fā)光二極管D3負極一側，串入一只普通硅整流二極管D2，D2和D3的接法見圖5、圖6。在機載型智能點火裝置引線輸出端空載或電熱塞R0斷路時(電熱塞R0燒斷)，盡管肖特基二極管D1為D3和D2提升了0.2V，但硅整流二極管D2有0.75V壓降，黃色發(fā)光二極管D3因得不到正常的工作電壓而截止。

當正常的電熱塞R0接入并按下AN按鍵開關后，因肖特基二極管D1上的壓降隨著通過其電流的大幅度增加而進一步加大(肖特基二極管上的壓降≥0.35V)，再加上ab跳線和C1的特殊作用使黃色發(fā)光二極管D3兩端的電壓迅速上升(D3兩端電壓＞1.4V)，黃色發(fā)光二極管D3導通點亮。

當機載型智能點火裝置引線輸出端或電熱塞R0短路時（如：電熱塞R0碰極），監(jiān)測機載型智能點火裝置和電熱塞R0工作狀態(tài)的紅色發(fā)光二極管D4兩端因缺電而熄滅。此時按下AN開關時，因PCB板上的ab跳線和C1的特殊作用，黃色發(fā)光二極管D3兩端的電壓迅速升高而被點亮，而此時紅色發(fā)光二極管D4兩端因缺電而熄滅。與此同時，電流取樣電阻R17兩端電壓達到或超過0.3V，進而控制DC/DC開關電源模塊中的相應電路實施過流保護。

4.機載型智能點火裝置主要功能

機載型智能點火裝置的電路除具有開關電源固有的耗電小、輸入電壓范圍寬、轉化效率高等優(yōu)點外，還有著目前面市多種點火器不具備的許多特殊功能。

4.1 保護電路

①有供電電源極性識別電路。因而機載型智能點火裝置不怕供電電源的正、負極性接反；

②輸出端不怕過載、不怕短路。當輸出端故障解除后，電路將自動恢復正常工作；

③當電源輸入電壓低于閾值時，電路自動鎖定，有效地保護了開關電源和機載型智能點火裝置的安全。

4.2 在線自動監(jiān)測

機載型智能點火裝置可以在線自動監(jiān)測電熱塞和裝置本身的性能，即：自動鑒別出電熱塞性能是正常、是斷路、還是短路，同時也可以真實反映機載型智能點火裝置的工作狀態(tài)，不需要借助儀表進行檢測。解決了航模發(fā)動機無法啟動時，往往要反復檢查電熱塞、機載型智能點火裝置或供電電源的性能，有時甚至還要將電熱塞從發(fā)動機上拆下來檢查其性能等問題。

4.3 監(jiān)測結果顯示

機載型智能點火裝置上特別設計有2只顏色不同的超高亮度發(fā)光二極管，它可根據(jù)電源極性及負載正常與否，干脆利落地邏輯指示機載型智能點火裝置的運行情況和電熱塞性能及工作狀態(tài)。

5.元器件選擇、制作與調(diào)試

5.1 元器件的選擇

選擇元器件時，考慮到機載型智能點火裝置多在外場使用，因此元器件要適合于在夏季高溫和外場的惡劣環(huán)境中工作。元器件的選擇力求以工作穩(wěn)定、可靠為原則。盡可能篩選溫度適應寬且耐高溫的元器件，功率元件安全系數(shù)選擇極限工作參數(shù)的3-4倍。為縮小機載型智能點火裝置的體積，在不影響電路電氣性能和使用的前提下，盡量選用尺寸較小的元器件?？紤]到外場高亮環(huán)境，機載型智能點火裝置上的LED顯示元件選用超高亮發(fā)光二極管。

5.2 從原理機到作品各階段的制作過程

5.2.1 各階段的制作過程

在萬能板上經(jīng)過反復試驗，分別通過原理機、驗證機試驗，大塑料外殼整機全重為151g。機載型在不改變電氣指標和性能的基礎上，逐步通過改進，使整機重量減輕70%以上，實現(xiàn)機載型全重＜35.0g的目標。最大的難度是：每一步瘦身均必須以保證其電氣性能為前提，研制過程大體分為以下兩個階段。

第一階段：原理機先在尺寸較大的矩形萬能板上，按照電路和元器件的電氣要求，并結合元器件幾何尺寸進行手工布線。選用2只參數(shù)基本一致的YDS—305 DC/DC開關電源模塊進行各項試驗，主要是驗證機載型智能點火裝置電路設計的可行性。

第二階段：項目研制的最終目標。機載型點火裝置以工具型正樣為研究基礎，仿照臺式電腦擴展板卡采用裸板方式，進一步減輕重量、縮小體積，整機全重≤35g(正樣)。PCB板外觀及作品各研制階段的PCB元器件接線圖見附錄C。

5.2.2 減輕重量、縮小體積的具體措施

①在保證元器件電氣性能的前提下，盡量選用微小型元器件，為縮小體積元器件采取立體多層布局。

②在保證功率元件可靠散熱與結構美觀的基礎上，使元器件的布局緊湊，最大限度地縮小機載型PCB板尺寸，選用厚度為0.8mm的單面環(huán)氧銅箔板。

③因為供電電源有極性識別插頭，為了提高空模機載電池電量的利用率，肖特基二極管D1可以省去不用。

④將重量為17g“工”字型電感調(diào)換為重量僅有11g的具有相同電感量的環(huán)型電感，并且把環(huán)型電感嵌在電源模塊的下方。

⑤考慮到機載型點火裝置是間歇性工作，在保證電氣性能的基礎上，盡量減輕、縮小YDS—305開關電源模塊散熱體自身的重量和體積。

⑥機載型點火裝置使用裸板方式，使整機重量進一步減輕。

在各研制階段的實際操作中，PCB板根據(jù)試驗過程中出現(xiàn)的各種問題，及時進行分析和調(diào)整，不斷優(yōu)化PCB板的布線。

5.3 測試

5.3.1 測試條件

①12V、7AH免維護蓄電池1塊

②零伏起調(diào)AC/DC開關電源(0-30V/6.5A)

③數(shù)字萬用表1塊（有10A電流檔位）

④深圳三葉公司產(chǎn)3#、4#和日本產(chǎn)OS牌8#二沖程電熱塞各2枚，四沖程電熱塞1枚

5.3.2 電路調(diào)試

在機載型智能點火裝置通電、調(diào)試前，仔細核對焊接的元件、接線與電路原理圖是否相符，要特別注意檢查二極管、電解電容等有極性的元件，逐個檢查元件的焊接質(zhì)量，排除虛焊、假焊。待檢查全部無誤后，即可通電進行調(diào)試。輸出電壓的調(diào)整：W與R2阻值之和確定最高輸出電壓值，R2的阻值確定最低輸出電壓值。

輸出電壓調(diào)整范圍的確定，需要通過多次分別調(diào)整W與R2數(shù)值來實現(xiàn)。

5.3.3 調(diào)試參數(shù)

①電源輸入電壓：5.0-30V

②空載輸出電壓：1.2-1.8V

③輸出電壓調(diào)整：1.2-1.6V(帶負載時)

④整機輸入電流：0.48-1.15A

⑤整機輸出電流：0-4.2A

⑥待機電流：≤9mA

⑦輸出電壓調(diào)整：確定電位器的阻值和相應電阻的阻值

6.技術指標

⑴輸入電壓：7.4V(推薦使用7.4V聚合物鋰電池組)

⑵輸入電流：0.48-1.08A(注：供電電源電壓越高，其輸入電流越小)

⑶待機電流：≤8mA(不含顯示部分耗電)

⑷輸出電壓：1.2-1.6V(滿負載時輸出電壓范圍)

⑸輸出電流：0-4.1A

⑹轉換效率：≥84%/12V（注：機載型智能點火裝置的供電電源電壓越高，其轉換效率越高）

⑺BEC輸出端口(5.2～6.2V/3.0A)

⑻工作方式：慢速、連續(xù)點火

⑼25級以上航空模型電熱式二沖程、四沖程發(fā)動機通用

⑽外緣尺寸：47mm×36mm×17mm

⑾整機重量：≤35.0g(不含線組)

7.使用說明

⑴將機載型智能點火裝置固定在空模機艙內(nèi)適當位置，要求在確保機載型智能點火裝置防油污染的基礎上距離發(fā)動機越近越好；

⑵機載型智能點火裝置的插座、插頭線組與鋰電池組的小田宮插頭、電源開關、點火按鈕正確連接，線組多余的部分線纜最好減去，接線圖見附錄E；

⑶將機載型智能點火裝置正極性輸出引線上的火嘴緊扣在航模發(fā)動機的電熱塞上，輸出引線的另一端接發(fā)動機殼體(將線組中的焊片接在發(fā)動機機座的固定螺絲上)；

⑷根據(jù)電熱塞不同熱度或個人使用習慣調(diào)節(jié)機載型智能點火裝置的輸出電壓。建議將機載型智能點火裝置輸出電壓的調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至最大位置或置于中間位置；

⑸機載型智能點火裝置上的紅色指示燈顯示裝置輸出電壓的工作狀態(tài)。當按下AN開關時，黃色和紅色發(fā)光二極管同時點亮表明電熱塞開始工作，當引線輸出端或電熱塞短路時，黃色指示燈點亮，紅色指示燈熄滅。

8.尚待研究的問題

開關電源模塊外圍電路中ab跳線與C1的特殊作用是通過反復試驗獲得，ab跳線與C1的使用大大簡化了開關電源模塊的外圍電路，不僅效果好，而且作用大。目前，只知道其作用與ab跳線的長度、粗細密切相關，與ab跳線的形狀等無關，其作用機理暫時還不清楚在理論方面應該如何解釋。

9.結論

現(xiàn)在航模電熱式發(fā)動機的點火啟動普遍使用點火器，使用它存在著諸多不便。機載型智能點火裝置的項目研究，旨在從根本上解決油動空模實踐中存在的眾多問題。為使其真正成為航空模型的一個標準配置，首先必須最大限度地減輕機載型智能點火裝置本身的重量，縮小機載型智能點火裝置的幾何尺寸；其次是徹底解決了航模發(fā)動機油路與電路之間的相互牽扯、相互交叉的頑癥；三是采取優(yōu)化設計實現(xiàn)了自動檢測和狀態(tài)顯示等智能化功能及相關電路的保護功能；四是提高供電電源的轉換效率，有效減少機載電池的電量消耗。

機載型智能點火裝置均具有點火有勁、可靠，且智能化程度高的特點。這一創(chuàng)新作品的研制成功，它實現(xiàn)了兩個飛躍，一是徹底擺脫長期使用傳統(tǒng)點火器問題多多的困繞；二是將機載型智能點火裝置進行全面優(yōu)化設計后成為機載型。它不僅大幅度降低了航空模型初學者的入門門檻，而且也大大方便了航模高手們的使用，它的使用必將有力地推動航空模型活動的開展與普及。

本款機載型智能點火裝置的許多特點是早期功能相近產(chǎn)品不具備的。項目在分析了各個時期國內(nèi)、外各種航模發(fā)動機點火裝置性能的優(yōu)缺點，按照油動模型發(fā)動機在外場工作的特殊要求，經(jīng)過反反復復的試驗、改進與完善，終于將構想變成現(xiàn)實。這款機載型智能點火裝置可進行慢速、連續(xù)點火，因而使油動模型發(fā)動機啟動點火不再困難。使用它能使各級別電熱式發(fā)動機在整個點火啟動過程中電熱塞始終處于最佳工作狀態(tài)，且不需人為干預，操縱者可以集中精力、從容地調(diào)整航模發(fā)動機，不必再為電熱塞工作或點火裝置運行正常與否而分心。

⑴由于該裝置具有自動檢測、檢測結果指示和自動保護等智能化功能，完全可以取代各類傳統(tǒng)的點火器；

⑵機載型智能點火裝置既適合于二沖程航模發(fā)動機，也要適合在點火電力相對要求較高的四沖程航模發(fā)動機上使用；

⑶機載型智能點火裝置具有體積小、重量輕的特點，可成為25級別以上油動航模的一個標準配置，項目預期的設計目標全部實現(xiàn)。

機載型智能點火裝置特別請國內(nèi)航模界非常有影響的河南安陽高安模型公司和安徽蚌埠航空航海模型協(xié)會等單位進行專業(yè)技術測試，上述的結論意見得到了充分的肯定。

附錄A 不同時期航模點火裝置技術指標及部分試驗數(shù)據(jù)

附錄B 機載型智能點火裝置元器件名稱及技術參數(shù)

附錄C 各階段的PCB板及元器件接線圖

附錄D 機載型智能點火裝置接線示意圖

附錄F 機載型智能點火裝置演示模板

附錄E 機載型智能點火裝置實物圖

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