内燃机中的电容放电点火(CDI)系统可以在单一轮廓点火拾取(PIP)系统上实现，使用8位微控制器的标准外设，但这种设计面临着一些挑战。

　　在内燃机中，空气和燃料的化学混合物被燃烧，产生极高的热量，使废气膨胀，从而迫使气缸活塞移动，导致凸轮轴旋转并产生动能。这种动能通过齿轮传动与车辆的车轮相耦合，将角动量转换为线性运动。

　　四冲程发动机使用四个不同的活塞冲程——进气、压缩、做功和排气——来完成一个工作循环，如图1所示。

　　上止点(TDC)是靠近火花塞的活塞最高位置，而下止点(BDC)是靠近凸轮轴的最低位置。在火花塞点燃做功冲程后，空气燃料混合物需要一定时间才能完全燃烧;这个燃烧过程是渐进的，即顶部的混合物先燃烧，并迅速向下移动。

　　因此，为了完全燃烧空气燃料混合物并产生最大压力波，火花塞应该在活塞到达上止点之前的瞬间以适当的角度点火，这个角度由发动机活塞速度决定。还有其他因素，如温度和油门位置，也会影响点火角度。为了正确且精确地点火，需要一个称为点火控制机制的单独模块。

　　IDI与CDI点火系统

　　点火系统有两种类型：感应放电点火(IDI)或晶体管控制点火(TCI);以及CDI。CDI系统使用高压电容放电电流输出点燃火花塞(见图2)。它可以利用Microchip PIC微控制器上找到的核心独立外设(CIPs)来实现。这些外设包括角度定时器(AT)、信号测量定时器(SMT)、数学加速器和可配置逻辑单元(CLC)。

　　CDI系统的类型

　　CDI系统有两种类型：交流电容放电点火(AC-CDI)和直流电容放电点火(DC-CDI)。

　　交流CDI系统

　　在AC-CDI系统中，发电机或定子(磁电机)为包括CDI在内的所有电子系统提供足够的电力。电容通过磁电机交流供电的整流输出充电，电压范围为200V-400V的直流电。当发动机冷却(未运行)时，需要通过踢启动来旋转发动机和磁电机。这不会从磁电机产生足够的电力来完全充电电容，从而产生高压火花，作为电容的一部分。对于非常低的转速，点火角度始终是固定的。因此，在负PIP输出从磁电机-飞轮脉冲线圈发出时，使用模拟点火，无需计算转速。

　　直流CDI系统

　　在DC-CDI系统中，电池始终提供恒定的12V直流电源。它需要一个额外的DC-DC转换器将12V直流电升高到200-400V直流电。这一额外电路使得CDI模块相比于AC-CDI系统稍大。当发动机未运行时，可以在一个精确计算的点火角度下轻松启动，因为输入的直流电源始终可用。

　　为了在火花塞中产生高压火花，使用具有高充电容量的高压电容，通过DC-DC转换器的输出(DC-CDI)或磁电机的输出，交流发电机(AC-CDI)进行充电，作为电容功能的一部分。电容被充电到高压电源，通常为200到400V。

　　设计CDI系统

　　电容连接到点火线圈或升压脉冲变压器，这产生范围为40kV或更高的非常高的电压。

　　开关将电容连接到点火线圈的初级。当微控制器在开关的门控端发出脉冲时，开关被触发。线圈初级中的突然电流激增在次级产生了非常高的电压，从而产生点燃空气燃料混合物的火花。因此，微控制器控制开关的点火角度，以生成火花。

　　硅控整流器(SCR)通常用作CDI中的高功率开关。由于其较高的工作电压和电流范围，以及中等频率响应，它具有很高的耐用性。SCR的缺点是作为单向开关，它只能是开启状态。当输入小于最低工作阈值时，它会自动关闭。

　　现代CDI设计中使用IGBT和mosfet，因为它们能够开关开启和关闭，并且在更高的工作范围内具有更好的频率响应。

　　脉冲线圈或拾取和定时线圈负责向点火控制系统提供定时信号。

　　一个磁铁安装在飞轮上，飞轮则安装在磁电机轴上。当飞轮旋转时，磁铁靠近脉冲线圈产生一个定时脉冲。每个极有一个脉冲，因此每个磁铁有两个输出，一个正脉冲后跟一个负脉冲，生成一对交替脉冲。对于单一的PIP系统，只有一对脉冲。对于多脉冲系统，脉冲对的数量根据飞轮上的磁铁数量而定。这些交替脉冲相对于发动机中每次旋转的TDC活塞位置是固定角度的。脉冲的周期触发发动机的旋转。

　　根据每次发动机旋转时从拾取线圈获得的交替脉冲数量，脉冲线圈系统可以是单一或多重PIP系统。

　　在单一PIP系统中，脉冲线圈提供一个正脉冲后跟一个负参考脉冲。脉冲之间的角度和负脉冲与TDC之间的角度是固定的。火花的点火应该在基于发动机工作温度、油门位置和转速的特定角度上。这个角度通常位于正脉冲和负脉冲之间。

　　负脉冲是非常低转速下点火的参考点。对于较高转速，点火角度会变为脉冲之间的角度。

　　在多PIP系统中，脉冲线圈提供多个交替脉冲。第二个负脉冲是TDC之前的参考点。这是火花应该产生的最低点火角度，以适应低于某一速度阈值的发动机转速。

　　第一个正脉冲和负脉冲可以用于计算发动机的转速。第二个正脉冲可以作为确定更高速度点火角度的参考点。

　　脉冲线圈产生包含正脉冲和负脉冲的定时信号。这些脉冲的范围为±3到±90V，具体取决于安装在飞轮上的磁铁的磁场强度。

　　信号调理电路反转负脉冲并将脉冲限制在0到5V。它还用于过滤杂噪声。信号调理电路将提供两个正输出，一个对应于正脉冲，另一个对应于负脉冲。信号调理电路的输出连接到微控制器。

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