燃氣爐火焰檢測電路分析

李德輝 周 亮 鄧天軍

（廣東美的暖通設備有限公司，廣東 佛山 528311）

1 火焰檢測原理圖

在燃氣爐控制上，采用離子火焰檢測方法檢測火焰，要求整機必須可靠良好地接地，這樣電路板通過傳感器對整機地線之間有泄露電流產生。 其中 C1，C2，R1，R2，R7，D1，R4，R5 組成鉗位電路；C3的作用是隔直通交，得到直流分量。如圖1所示。

圖1

2 鉗位電路分析

二極管假如為理想二級管(ON/OFF)模型分析：

2.1 當輸入電為正1/4周期內：二極管順偏導通(ON)，以短路取代，電源通過電阻R1電容器開始充電至輸入電壓峰值VC＝Vm,當輸入電壓為正峰值時得到輸出電壓最大值為VC-Vm＝0。

2.2 電源電壓在1/4周期后開始下降VI＜VC，二極管逆偏截止(OFF)，以開路取代,電容器如同串聯的直流負偏壓，使得輸入信號加入了直流成分而下移,同時電容器通過電阻R1和R進行放電。如果放電電阻R足夠大時，電容器上電壓幾乎保持不變，仍然為VC＝Vm。這樣當VI降到負的峰值Vm時，輸出電壓最低為-2Vm。

2.3 電源再轉入正半周時，由于電容上已經有電壓，所以二極管不能導通，只有當輸入電壓大于電容上的電壓時，二極管才導通。但是由于電阻R1的大小影響充電時間，電容R1+R的大小影響放電時間，所以電容器的電壓VC不可能達到或接近Vm。充電時間和放電時間與電容C有很大關系。

3 響應時間

火焰檢測建立檢測時間和火焰熄滅檢測時間要求比較嚴格，但是由于電容的充電和放電過程需要時間，所以需要調節電容的大小達到要求，火焰建立在1秒之內檢測到，火焰熄滅時間在2秒內檢測到。

4 器件失效分析

4.1 如果電容C3失效，失效可能的結果是電容短路或開路；如果C3短路，則輸出信號為5V；如果C3開路，則輸出信號為脈沖波形。這樣需要軟件進行處理，可以通過軟件在檢測的時候，對60Hz的內AD值進行一次取平均，如果平均在2-3V之內則認為器件電路板故障。

4.2 火焰探測針碰鈑金波形。此時輸出電壓約2V，這種情況需要區別沒有火焰4V以上和有火焰0V，同時需要給出故障提示。

4.3 火焰偏低檢測要求。在火焰偏低的情況下,由于在實際操作中很難通過調節火焰來實現火焰偏低的檢測，所以目前檢測火焰大小測試是根據WHITE-RODGERS控制板的要求，檢測有效的最小電流：1ua DC*，檢測無效的最大電流：0.1uA DC*，最大允許的泄露電阻為100M ohms。我們仿真可知有效電流為1uA DC，輸入端電壓在1V之內，同時泄露電阻為50M ohms，故初步采用檢測到電壓高于1V則認為火焰偏小或無火焰的方式來解決火焰偏低問題。

4.4 電容C1，C2失效。電容C1或C2斷路，此時輸出為5V；如果C1和C2其中1個，整個回路基本不受影響，只是輸出波形紋波偏大，保護功能正常；如果C1和C2兩個都短路，在沒有火焰的時候輸出1-3V的波形，可以判斷出來。

4.5 鉗位二極管D1失效。如果對地鉗位二極管短路，二極管輸出為0V,這需要測試在沒有火焰或待機狀態下的輸入電壓，如果為0V需要報故障，在有火焰期間如果二極管對地短路，就會存在由于中途燃氣閥燃氣的原因導致火焰熄滅。由于輸出對5V也有鉗位，而且前面的限流電阻為M歐級別，使用過程中基本上不會產生擊穿二極管的電流，為安全起見采用反相電壓為400VDC正向電流為1A的FM404是不錯的選擇。

如果對+5V的鉗位二極管短路，則輸出為5V。如果此二極管開路，則可能產生一個高于5V的電壓，系統報故障的同時可能燒毀器件，所以需要串接一個100K的限流電阻。最嚴重的時候電源通過C1和C2和地鉗位的二極管構成正向鉗位，在輸入端的最大交流電流峰值：（120*1.414*2-5）/100k＝3.3mA。

5 總結

5.1 圖1所示的原理圖可以實現火焰檢測的判定。

5.2 火焰檢測利用火焰的等效于二極管單向導通的特點，采用把交流信號通過負鉗位產生一個負的直流分量，實現把小電流信號轉換為電壓信號，通過電容濾波和隔直通交的特性把直流成分提取出來供芯片檢測。

5.3 LM358起電壓跟隨的作用，避免由于芯片的輸入阻抗影響檢測，同時方便在測試的時候可以利用萬用表和示波器觀察芯片輸入電壓，不致影響輸入。