CN101469657A - 点火*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种点火***。线圈故障检测电路检测IGBT的集电极电流的上升，并且定时器电路测量上升周期的长度。如果该上升不是正常的上升，则ECU就判断出已出现线圈故障。ECU关闭IGBT以防止不点火，并且使燃料气体停止流向燃烧室以防止催化剂的熔化或恶化。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用包括垂直功率半导体器件的功率IC的点火***。
背景技术
图12是常规点火***的电路框图。标号1表示作为开关元件的IGBT(绝缘栅极双极晶体管)；标号3表示电流检测电阻器，它连接到IGBT 1的电流检测发射端(检测发射端)；标号4表示IGBT 1的栅极电阻器；标号31表示限流电路；标号32表示过热检测电路；以及标号33表示自切断电路。下文将描述限流电路31、过热检测电路32和自切断电路33的操作过程。IGBT 1和保护电路(比如限流电路31、过热检测电路32和自切断电路33)都形成于同一半导体基板上，并且构成功率IC 101。
功率IC 101与点火线圈103相结合，并且它们构成了用于内燃机的点火设备100。点火设备100、燃烧室300(它具有火花塞18)以及引擎控制单元(在下文中被称为ECU，它包括用于IGBT 1的栅极驱动电流201)构成了点火***。
点火线圈103由主线圈14(它连接到IGBT 1)、副线圈15(它连接到火花塞18)和芯16组成。IGBT 1对流过主线圈14的电流进行开关控制。
ECU 200由各种控制电路组成，以便控制包括点火***在内的整个内燃机***，并且还配有IGBT栅极驱动电路201，栅极驱动电路201向功率IC 101输出一种用于对IGBT 1进行开关控制的栅极信号。
ECU 200也配有一种用于控制从燃料罐400经过阀门500而发送到燃烧室300的燃料流或燃料气体的控制电路。此外，根据功率IC 101中所形成的每个保护电路所提供的信号，ECU 200向功率IC 101输出用于关闭IGBT 1的栅极信号。
接下来，将描述点火***的操作过程。当打开IGBT 1时，主电流开始流过主线圈14。主电流是流过IGBT 1的电流，即IGBT 1的集电极电流。
主电流i按照斜率di/dt＝VB/Lc增大，其中VB是电源电压，Lc是点火线圈103的电感。当主电流已在规定时间内流动时，从ECU 200的栅极驱动电路201向IGBT 1的栅极提供了“关”信号，由此使IGBT 1关闭。根据引擎旋转速度，预先在ECU中设置上述规定时间。
当IGBT 1被关闭时，主线圈14中所存储的能量就被发送到副线圈15，由此，燃烧室300的火花塞18上的电压增大了并且火花塞18发生放电。
在放电时，已流入引擎(燃烧室300)的未燃烧的气体在催化剂的帮助下发生***性燃烧，由此向下推动活塞并使引擎旋转。通过改变放电频率，进而改变活塞往复运动的频率，从而改变引擎旋转速度。
下文将描述在功率IC 101中所形成的保护电路。IGBT 1被用作对点火线圈103的主电流进行开/关(赋能/关闭)控制的开关元件。
在功率IC 101(它是内燃机的点火设备100的一部分)中，提供了下列用于防止过电流、过热和异常赋能(浪涌电流)的保护电路。
(1)关于过电流，通过检测主电流进而控制栅极电压，限流电路31就将点火线圈103的主电流限制到预设的值。该电路防止因过电流而导致的破坏。
(2)关于过热，过热检测电路32检测芯片温度，如果它变得高于规定的温度，则通过使栅极短路到接地来强制性地关闭主电流。该电路防止IGBT 1的异常加热，由此防止其热破坏。芯片温度由该芯片中所形成的二极管来检测。更具体地讲，利用了二极管的正向电压降的温度依赖性。
(3)关于异常赋能，当点火信号处于“开”状态且持续时间大于规定时间时，定时器类型的自切断电路33(它配有用于测量点火信号的“开”时间的定时器)通过使栅极短路到接地而强制性地关闭主电流。
与限流电路31、过热检测电路32和自切断电路33相关联的细线箭头表示了信号的交换。
上述保护电路的使用确保了点火***具有必需的可靠性等级，因为当出现异常时，相应的保护电路就会关闭IGBT 1，并且阀门500根据ECU 200的输出信号就停止向燃烧室300提供燃料(未燃烧的气体)。
JP-A-9-42129揭示了一种单芯片设备，用于可靠地检测点火控制信号线路的断开或短路，还用于防止在点火控制信号的“开”周期内重复赋能。该单芯片设备由下列组成：IGBT，用于控制点火电路的主电流的赋能/关闭；限流电路，用于限制流过IGBT的电流；热关闭电路，用于在出现异常时强制性地关闭主电流的赋能操作；以及锁存电路，用于锁存热关闭电路的输出。
近年来，越来越要求进一步增大点火***的可靠性，不仅要检测上述各种异常状况，还要检测线圈故障。
如果出现线圈故障，则点火过程可能失败从而导致不点火(misfire)。如果出现不点火，则燃烧室300内充满了未燃烧的气体，并且燃烧室300中存在的催化剂(比如钯或铂等贵金属)被暴露于未燃烧的气体中并由此被氧化。催化剂的温度迅速地增大，其结果是催化剂被熔化或性能恶化。一旦催化剂被熔化或性能恶化，则无法成功进行点火。由此，点火***的可靠性就降低了。
线圈故障的示例有：主线圈层短路，副线圈层短路，以及副线圈断开连接。线圈层短路是这样一种现象，多层缠绕的线圈引线的涂层被局部地破坏，从而使线圈引线的多个部分之间出现接触。如果出现这种现象，则点火线圈的电感就会发生变化。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，由此，提供一种点火***，通过防止因线圈故障而导致的不点火以及催化剂的熔化或恶化来进一步提高可靠性。
为了实现上述目的，本发明第一方面的点火***包括：
点火线圈；
开关元件，用于打开和关闭流过点火线圈的电流；以及
用于开关元件的控制电路，该控制电路包括：
电流检测装置，用于检测流过开关元件的电流；
测量装置，用于测量从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到比第一电流设定值大的第二电流设定值时的时间点的周期的长度；
判断电路，用于判断测得的周期的长度是否比预设的下限参考长度要短或者比预设的上限参考长度要长；以及
输出装置，如果判断电路判断出测得的周期的长度比下限参考长度要短或者比上限参考长度要长，则输出装置就输出用于关闭开关元件的信号。
本发明第二方面的点火***包括：
功率IC，其中点火线圈以及用于打开和关闭流过点火线圈的电流的开关元件被集成到一起；
引擎控制单元，用于控制开关元件并执行引擎控制；以及
燃烧室，
其中，功率IC包括：
电流检测装置，用于检测流过开关元件的电流；以及
输出装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到比第一电流设定值大的第二电流设定值时的时间点的周期内，输出装置向引擎控制单元输出故障检测信号；以及
其中，引擎控制单元包括：
定时器电路，用于测量上述故障检测信号的持续时间；
判断电路，用于判断测得的持续时间是否比预设的下限参考长度要短或者比预设的上限参考长度要长；以及
停止信号输出装置，如果判断电路判断出测得的持续时间比下限参考长度要短或者比上限参考长度要长，则所述停止信号输出装置就判断出点火线圈已发生故障并输出用于使点火***停止的停止信号。
本发明第二方面的点火***可以使得：
输出装置包括切换装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到第二电流设定值时的时间点的周期内，所述切换装置拉低开关元件的栅极电压；以及
定时器电路测量栅极电压被拉低时的周期的长度。
本发明第二方面的点火***可以使得：
功率IC包括用于连接到外部电源的Vcc端子；
输出装置包括切换装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到第二电流设定值时的时间点的周期内，所述切换装置拉低Vcc端子的电压；以及
定时器电路测量当Vcc端子的电压被拉低时的周期的长度。
本发明第二方面的点火***可以使得：
功率IC包括ST端子，通过ST端子接收引擎控制单元的参考电位；
输出装置包括切换装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到第二电流设定值时的时间点的周期内，所述切换装置拉高或拉低ST端子的电压；以及
定时器电路测量当ST端子的电压被拉高或拉低时的周期的长度。
电流检测装置可以包括：L电流检测电路，它输出用于表示流过开关元件的电流已达到第一电流设定值的信息；以及H电流检测电路，它输出用于表示流过开关元件的电流已达到第二电流设定值的信息；并且
L电流检测电路的输出信号可以设置所述开关装置，并且H电流检测电路的输出信号可以重新设置所述开关装置。
本发明第三方面的点火***包括：
功率IC，其中点火线圈以及用于打开和关闭流过点火线圈的电流的开关元件被集成到一起；
引擎控制单元，用于控制开关元件并执行引擎控制；以及
燃烧室，其中，引擎控制单元包括：
dv/dt检测电路，用于检测开关元件的关闭电压的斜率；
斜率判断电路，用于判断开关元件的关闭电压的斜率是否比预设的下限参考斜率要小或者比预设的上限参考斜率要大；以及
停止信号输出装置，如果斜率判断电路判断出开关元件的关闭电压的斜率比下限参考斜率要小或者比上限参考斜率要大，则所述停止信号输出装置就判断出点火线圈已发生故障并输出用于使点火***停止的停止信号。
本发明第四方面的点火***包括：
功率IC，其中点火线圈以及用于打开和关闭流过点火线圈的电流的开关元件被集成到一起；
引擎控制单元，用于控制开关元件并执行引擎控制；以及
燃烧室，
其中，功率IC包括：
关闭电压检测装置，用于检测当开关元件的关闭电压比预定的电压要高时的周期；以及
输出装置，在开关元件的关闭电压比预定的电压要高时的周期内，所述输出装置向引擎控制单元输出故障检测信号；以及
其中，引擎控制单元包括：
定时器电路，用于测量上述故障检测信号的持续时间；
判断电路，用于判断测得的持续时间是否比预设的参考长度要短；以及
停止信号输出装置，如果判断电路判断出测得的持续时间比预设的参考长度要短，则所述停止信号输出装置就判断出点火线圈已发生故障并输出用于使点火***停止的停止信号。
本发明第四方面的点火***可以使得：
输出装置包括切换装置，在开关元件的关闭电压高于预定的电压时的周期内，所述切换装置拉高开关元件的栅极电压；以及
定时器电路测量当栅极电压被拉高时的周期的长度。
本发明第四方面的点火***可以使得：
功率IC包括用于连接到外部电源的Vcc端子；
输出装置包括切换装置，在开关元件的关闭电压高于预定的电压时的周期内，所述切换装置拉低Vcc端子的电压；以及
定时器电路测量当Vcc端子的电压被拉低时的周期的长度。
本发明第四方面的点火***可以使得：
功率IC包括ST端子，通过ST端子接收引擎控制单元的参考电位；
输出装置包括切换装置，在开关元件的关闭电压高于预定的电压时的周期内，所述切换装置拉低或拉高ST端子的电压；以及
定时器电路测量当ST端子的电压被拉高或拉低时的周期的长度。
停止信号可以是下列中的至少一个：用于关闭开关元件的信号；以及用于切断向燃烧室提供的燃料的信号。
低压电路可以被集成在功率IC中，并且用于操作点火线圈的主电源的电压在通过电压减小电路而被减小之后，可以提供给低压电路作为电源电压。
根据本发明，功率IC中还另外提供了线圈故障检测电路，由此，线圈故障被检测，故障信号被发送到ECU，并且IGBT被关闭以切断线圈电流并防止不点火。同时，未燃烧的气体(燃料)的流动被切断，由此，催化剂暴露于未燃烧的气体的时间就缩短了，并且催化剂的熔化或恶化被抑制。结果，可以增大点火***的可靠性。
在ECU中还提供了用于检测IGBT的关闭电压的斜率的dv/dt检测电路，由此，线圈故障被检测，并且IGBT被关闭以切断线圈电流并防止不点火。同时，未燃烧的气体的流动被切断，由此，催化剂暴露于未燃烧的气体的时间就缩短了，并且催化剂的熔化或恶化被抑制。结果，可以增大点火***的可靠性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的点火***的电路框图；
图2(a)和2(b)分别是电路框图和时序图，示出了图1所示的IGBT1和线圈故障检测电路2；
图3(a)-3(c)分别是电路框图、时序图和波形比较图，示出了本发明第二实施例的点火***；
图4(a)和4(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图以及时序图，示出了本发明第三实施例的点火***；
图5(a)和5(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图以及时序图，示出了本发明第四实施例的点火***；
图6(a)和6(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图以及时序图，示出了本发明第五实施例的点火***；
图7(a)和7(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路25的电路框图以及时序图，示出了本发明第六实施例的点火***；
图8(a)和8(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路25的电路框图以及时序图，示出了本发明第七实施例的点火***；
图9(a)和9(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路25的电路框图以及时序图，示出了本发明第八实施例的点火***；
图10(a)和10(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图以及时序图，示出了本发明第九实施例的点火***；
图11(a)和11(b)分别是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图以及时序图，示出了本发明第十实施例的点火***；
图12是常规点火***的电路框图。
具体实施例
下文将描述本发明的各实施例。与常规配置相同的组件将使用相同的标号。
实施例1
图1是本发明第一实施例的点火***的电路框图。第一实施例的点火***由下列组成：用于内燃机的点火设备100，它由功率IC 101和点火线圈103构成；具有火花塞18的燃烧室300；以及ECU 200。
功率IC 101是以这样一种方式配置的，使得IGBT 1、各种保护电路(限流电路31、过热保护电路32和自切断电路33)以及线圈故障检测电路2都形成于同一半导体基板上。
栅极驱动电路201和定时器电路12都形成于ECU 200中。线圈故障检测电路2和定时器电路12构成了线圈故障判断电路102。过电压防止电路等(未示出)也形成于功率IC 101中。功率IC 101与点火线圈103集成在一起，并且它们构成了用于内燃机的点火设备100。功率IC 101是单个半导体芯片。
如果点火***是以这样一种方式配置使得当线圈故障判断电路102检测到点火线圈103中的故障时就基于线圈故障判断电路102的输出来关闭IGBT1，则没有必要再使用ECU 200。然而，为了执行保护性操作(比如同时切断燃料的供应，随后会描述)，线圈故障判断电路102的输出应该被发送给ECU200以使ECU 200执行保护性操作。下面将描述一个使用ECU 200的示例。
图2(a)和2(b)分别是电路框图和时序图，示出了图1所示的IGBT 1和线圈故障检测电路2。图2(a)的电路框图仅示出了图1所示的IGBT 1和线圈故障检测电路2(保护电路31-33没有被示出)。
如图2(a)所示，电阻器3的一端被连接成检测IGBT 1的发射极，这一端也连接到L电流检测电路8和H电流检测电路9。L电流检测电路8的输出被连接到NMOS 11的栅极，H电流检测电路9的输出被连接到NMOS 10的栅极。L电流检测电路8和H电流检测电路9构成了集电极电流上升检测电路。
NMOS 10的漏极被连接到NMOS 11的栅极，NMOS 11的漏极通过电阻器4而被连接到IGBT 1的栅极。IGBT 1的主发射极、电阻器3的其它末端以及NMOS 10和11的源极都接地GND。从栅极端子6，向L电流检测电路8和H电流检测电路9提供电能。
集电极端子5是用于内燃机的点火设备100的内部端子，并且栅极端子6和发射极端子7是点火设备100的连接到外部电路的端子。点火线圈103的VB端子17也是点火设备100的端子。
图2(b)显示出正常的栅极电压波形和集电极电流波形以及不正常的栅极电压波形和集电极电流波形(两个示例)。首先，将参照左侧的波形，来描述点火线圈103处于正常时的示例。
当“开”信号栅极电压被输入到IGBT 1的栅极时，集电极电流i开始流动并且以恒定的斜率di/dt上升。连接到IGBT 1的检测发射极的电阻器3上的电压与集电极电流的大小成正比地增大。即，集电极电流受到电阻器3的监控。当集电极电流(实际上是电阻器3上的电压)已达到L电平(L电流检测电路8中所设定的电平)时，就从L电流检测电路8向NMOS 11的栅极提供“开”信号，由此，NMOS 11的漏极电压减小了0.5V并且IGBT 1的栅极电压(即栅极端子6的电压)被拉低了0.5V。用于栅极电压的拉低电压被设置在这样一个范围中，以便不影响IGBT 1的“开”特征。即，上述拉低电压应该使得即使栅极电压被拉低也能使IGBT 1处于“开”状态，并且允许ECU 200检测栅极电压的减小。
当集电极电流(实际上是电阻器3上的电压)已达到H电平(H电流检测电路9中所设置的电平)时，就从H电流检测电路9向NMOS 10的栅极提供“开”信号，由此，NMOS 10被打开并且其漏极电压变得等于接地电位。NMOS 11由此被关闭，此时IGBT 1的栅极电压返回到原始值并且栅极端子6的拉低状态被消除。
集电极电流进一步增大。当从集电极电流开始流动时起过了规定的时间之后，使IGBT 1的栅极电压低于阈值电压(比如0V)并且关闭IGBT 1，此时火花塞18(参照图1)被点火。在过了规定的时间之后，再次打开IGBT 1。重复执行上述一系列操作。
用于表示栅极电压处于拉低状态的信息作为故障检测信号被发送给ECU 200的定时器电路12(参照图1)，并且定时器电路12测量拉低周期的长度。ECU 200将拉低周期的长度与参考长度进行比较，并且判断是否已出现线圈异常。
在正常的状态中(即没有出现线圈异常的状态)，拉低周期的长度L0几乎是恒定的。ECU 200将长度L0与参考长度LrefL和LrefH进行比较。LrefL和LrefH是用于判断拉低周期的长度是否正常的下限参考值和上限参考值。
如果已出现线圈异常，则线圈电感会有变化，并且由此关闭集电极电压也会有变化。
图2(b)中心处所示的波形对应于集电极电流因线圈异常而更陡地上升的情况。如果因线圈故障而使集电极电流i的上升斜率di/dt更陡，则从集电极电流达到L电平时的时间点到它达到H电平时的时间点的时间就变得更短。因此，栅极电压的拉低周期的长度变得更短，即，定时器电路12所测量的拉低周期的长度L1比正常状态的长度L0要短。
ECU 200将拉低周期的长度L1与LrefL和LrefH进行比较。如果L1<LrefL，则ECU 200判断出已出现线圈异常并且输出一个用于使点火***停止的信号。
在图1的示例中，从ECU 200的栅极驱动电路201向栅极端子6提供“关”信号，由此，IGBT1被关闭且防止不点火。同时，从ECU 200向阀门500提供一个用于关闭阀门500的信号，由此，从燃料罐400到燃烧室300的燃料供应就停止了。因为未燃烧的气流停止了，所以燃烧室300中的催化剂暴露于未燃烧的气体的时间就缩短了，并且由此防止催化剂熔化或恶化。由此，点火***的可靠性就增大了。
关于燃料切断，可以停止从燃料罐400输出燃料。作为备选方案，可以切断向燃烧室300提供蒸发的燃料和空气的混合气体。
图2(b)中左侧的波形对应于集电极电流因线圈异常而更平缓地上升的情况。如果使集电极电流i的上升斜率di/dt更平缓，则栅极电压的拉低周期的长度L2就变得更长。
ECU200将拉低周期的长度L2与LrefL和LrefH进行比较。如果L2>LrefH，则ECU 200判断出已出现线圈异常，并且从ECU 200的栅极驱动电路201通过端子13向栅极端子6提供了“关”信号，由此，IGBT 1被关闭并且防止不点火。同时，从ECU 200向阀门500提供一个用于关闭阀门500的信号，由此，从燃料罐400到燃烧室300的燃料供应就停止了。因为未燃烧的气流停止了，所以燃烧室300中的催化剂暴露于未燃烧的气体的时间就缩短了，并且由此防止催化剂熔化或恶化。由此，点火***的可靠性就增大了。
如上所述，第一实施例是电流检测类型的，因为L电流检测电路8和H电流检测电路9监控集电极电流的上升。第一实施例是这样一种类型：根据集电极电流以及电流检测电路8和9的阈值(L电平和H电平)之间的关系，拉低IGBT 1的栅极电压。
例如，如图2(b)的时序图所示，针对时间长度L0、L1或L2，集电极电流的上升被检测到，并且栅极电压被拉低约0.5V。更具体地讲，当集电极电流达到较低的规定电平(L电平)时，L电流检测电路8就将栅极电压拉低约0.5V。当集电极电流之后达到较高的规定电平(H电平)时，H电流检测电路9就消除栅极电压的拉低，并且使栅极电压返回到原始值。如果集电极电流以异常的方式上升，则栅极电压的拉低周期的长度就不同于正常状态的长度。
如上所述，如果因线圈故障而使集电极电流的上升变得更陡，则拉低周期的长度就变得比正常状态的长度L0要短。相反，如果使集电极电流的上升更平缓，则拉低周期的长度就变得比正常状态的长度L0更长。
使用ECU 200中所提供的定时器电路12，来测量拉低周期的长度L0、L1或L2，从而判断是否已出现异常。
在上述方案中，功率IC 101具有三个端子，即，集电极端子5、栅极端子6和发射极端子7。用于含功率IC 101的内燃机的点火设备100具有三个端子，即VB端子17(它是缓冲端子(buttery terminal))、栅极端子6和发射极端子7。栅极端子6和发射极端子7是功率IC 101和点火设备100所共有的，并且集电极端子5是内部连接端子。端子的数目与常规***相同。用于内燃机的点火设备100可以使用这些端子来检测线圈故障。
实施例2
图3(a)-3(c)示出了本发明第二实施例的点火***。图3(a)是点火***的电路框图，图3(b)是时序图，图3(c)是波形比较图。第三实施例涉及到在ECU200中提供了用于检测线圈故障的功能的情况。
第二实施例是电压检测类型的，并且是一种将关闭集电极电压输出给ECU 200的类型的。ECU 200以集电极电压上升的方式直接地检测异常状况，如果异常状况真的出现的话。ECU 200中提供了：dv/dt检测电路19，用于检测集电极电压v的增大速率dv/dt；以及定时器电路12，它根据dv/dt检测电路所提供的信号来判断是否出现了线圈异常。
当已出现线圈异常时，线圈电感会有变化，并且由此关闭集电极电压的增大速率dv/dt也会有变化。
在图3(b)中，左侧的波形对应于dv/dt呈现出正常值(dv/dt)0的情况。中间的波形对应于因线圈异常而使dv/dt呈现出较大的值(dv/dt)1的情况。右侧的波形对应于因线圈异常而使dv/dt呈现出较小的值(dv/dt)2的情况。
图3(c)将图3(b)所示的集电极电压的正常上升和异常上升进行比较。通过用定时器电路检测集电极电压和时间测量，来检测增大速率dv/dt。低电压电平VL和高电压电平VH被预先设定。将集电极电压检测值与低电压电平和高电压电平进行比较，并且将比较结果发送给图3(a)所示的ECU 200的定时器电路。定时器电路测量从集电极电压达到低电压电平VL时的时间点到它达到高电压电平VH时的时间点的时间T(T0，T1，或T2)。测得的时间T对应于故障检测信号。
通过将定时器电路12所测得的时间T与参考时间长度进行比较，从而判断dv/dt的大小(斜率)，ECU 200就可以判断是否已出现线圈异常。
在正常的状态中(即没有出现线圈异常的状态)，定时器电路所测得的时间T0几乎是恒定的。ECU 200将长度T0与参考时间长度TrefL和TrefH进行比较。TrefL和TrefH是用于判断dv/dt的大小(斜率)是否正常的下限参考值和上限参考值。
图3(b)中心处所示的波形对应于集电极电流因线圈异常而更陡地上升((dv/dt)1)的情况。如果因线圈故障而使集电极电压v的上升斜率dv/dt更高，则从集电极电压达到VL电平时的时间点到它达到VH电平时的时间点的时间就变得更短。因此，ECU 200的定时器电路12所测得的时间长度T1比正常状态的时间长度T0要短。
将时间长度T1与TrefL和TrefH进行比较。如果T1<TrefL，则ECU 200判断出已出现线圈异常并且输出一个用于使点火***停止的信号。点火***之后就按照与第一实施例相同的方式运行。
图3(b)中右侧的波形对应于集电极电压因线圈异常而更平缓地上升的情况。如果使集电极电压v的上升速率dv/dt变为较低的((dv/dt)2)，则时间长度T2就变得较长。
将时间长度T2与TrefL和TrefH进行比较。如果T2>TrefH，则ECU 200判断出已出现线圈异常并且输出一个用于使点火***停止的信号。点火***之后就按照与第一实施例相同的方式运行。
该方案对栅极电压波形没有任何影响，因此，有可能以很高的准确度来检测线圈故障。
在该方案中，功率IC 101需要集电极端子20以便于连接到ECU 200。因此，功率IC 101具有四个端子，即集电极端子5、栅极端子6、发射极端子7和新提供的集电极端子20。含功率IC 101的点火设备100具有四个端子，即VB端子17、栅极端子6、发射极端子7和新提供的集电极端子20。
实施例3
图4(a)和4(b)示出了本发明第三实施例的点火***。图4(a)是IGBT1和线圈故障检测电路2的电路框图，图4(b)是时序图。
图4(b)的电路与图2(a)的电路相比，其不同之处在于，加到L电流检测电路8和H电流检测电路9上的电压是从作为电源端子的Vcc端子21提供的，而非从栅极端子6提供的。将不再描述图4(b)的时序图，因为它与图1B相同。在本方案中，因为Vcc端子21是必需的，所以功率IC 101具有四个端子，即集电极端子5、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。含功率IC 101的点火设备100具有四个端子，即VB端子17、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。
实施例4
图5(a)和5(b)示出了本发明第四实施例的点火***。图5(a)是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图，图5(b)是时序图。
第四实施例是电流检测类型的，因为L电流检测电路8和H电流检测电路9监控集电极电流的上升。第四实施例是这样一种类型：根据集电极电流以及电流检测电路8和9的阈值(L电平和H电平)之间的关系，拉低Vcc端子21的电压(Vcc电压)，而非IGBT 1的栅极电压。连接到Vcc端子21的Vcc电源(未示出)是一个低电压源，它与主电源VB(也被称为VB电源)是分开的。Vcc端子21连接到ECU 200的定时器电路12。通过将拉低的Vcc电压输入到定时器电路12并且测量拉低周期的长度，来判断是否已出现线圈故障。
ECU 200中所使用的线圈故障判断方法与第一实施例中的一样。
因为拉低信号是通过Vcc端子21而被发送到ECU 200的定时器电路12的(参照图1)，所以该方案对栅极电压波形没有影响，因此，有可能以很高的准确度来检测线圈故障。
在本方案中，功率IC 101具有四个端子，即集电极端子5、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。含功率IC 101的点火设备100具有四个端子，即VB端子17、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。
实施例5
图6(a)和6(b)示出了本发明第五实施例的点火***。图6(a)是IGBT 1和线圈故障检测电路2的电路框图，图6(b)是时序图。
第五实施例是电流检测类型的，因为L电流检测电路8和H电流检测电路9监控集电极电流的上升。第五实施例是这样一种类型：根据集电极电流以及电流检测电路8和9的阈值(L电平和H电平)之间的关系，拉低IGBT 1的栅极电压。
在本方案中，因为使用了图1所示的VB端子17，所以功率IC 101具有三个端子，即集电极端子5、栅极端子6和发射极端子7。含功率IC 101的点火设备100具有三个端子，即VB端子17、栅极端子6和发射极端子7。
实施例6
图7(a)和7(b)示出了本发明第六实施例的点火***。图7(a)是IGBT 1和线圈故障检测电路25的电路框图，图7(b)是时序图。
线圈故障检测电路25是电压检测类型的，并且由电压电平检测电路23和NMOS 24组成。用于拉高栅极电压的NMOS 24被***栅极端子6和Vcc端子21之间，并且加到电压电平检测电路23上的电压是从Vcc端子21中提供的。此处，使用了术语“拉高”，因为在栅极电压处于L电平的周期内IGBT1的栅极电压稍微增大。
ECU 200中所使用的线圈故障判断方法与第一实施例中的一样。
对栅极电压进行拉高的电压被设置在这样一个范围中，以便不影响IGBT 1的“开”特征。即，即使栅极电压被拉高，IGBT 1也不应该被错误地打开。在本实施例中，拉高电压被设为约0.5V。
第六实施例是电压检测类型的，因为关闭集电极电压(关闭电压)是受到电压电平检测电路23监控的，其中设置了规定的电压电平E。第六实施例是这样一种类型：如果关闭电压高于规定的电压(电压电平检测电路23的阈值：电压电平E)，则拉高栅极电压。
在本方案中，因为使用了Vcc端子21，所以功率IC 101具有四个端子，即集电极端子5、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。含功率IC 101的点火设备100具有四个端子，即VB端子17、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。
实施例7
图8(a)和8(b)示出了本发明第七实施例的点火***。图8(a)是IGBT 1和线圈故障检测电路25的电路框图，图8(b)是时序图。
用于拉低Vcc电压的NMOS 24被***Vcc端子21和接地之间，并且加到电压电平检测电路23上的电压是从Vcc端子21提供的。拉低Vcc电压被发送到定时器电路21，并且被用于线圈故障判断。
ECU 200中所使用的线圈故障判断方法与第一实施例中的一样。
第七实施例是电压检测类型的，因为关闭电压是受到电压电平检测电路23监控的，其中设置了规定的电压电平。第七实施例是这样一种类型的，如果关闭电压高于预设的电压，则通过打开NMOS 24来拉低Vcc电压。
在本方案中，如同在第六实施例中那样，因为使用了Vcc端子21，所以功率IC 101具有四个端子，即集电极端子5、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。含功率IC 101的点火设备100具有四个端子，即VB端子17、栅极端子6、发射极端子7和Vcc端子21。
该方案对栅极电压波形没有任何影响，因此，有可能以高准确率来检测线圈故障。
实施例8
图9(a)和9(b)示出了本发明第八实施例的点火***。图9(a)是IGBT 1和线圈故障检测电路25的电路框图，图9(b)是时序图。
图9(a)的电路与图7(a)的电路相比，其不同之处在于，使用了VB电源来替代了Vcc电源，并且VB电源的电压在经过电压减小电路22被降低之后再被使用。
第八实施例是电压检测类型的，因为关闭集电极电压是受到电压电平检测电路23监控的，其中设置了规定的电压电平E。第八实施例是这样一种类型的，如果集电极电压高于规定的电压，则拉低栅极电压。
ECU 200中所使用的线圈故障判断方法与第一实施例中的一样。
在本方案中，因为使用了VB端子17，所以功率IC 101具有三个端子，即集电极端子5、栅极端子6和发射极端子7。含功率IC 101的点火设备100具有三个端子，即VB端子17、栅极端子6和发射极端子7。
实施例9
图10(a)和10(b)示出了本发明第九实施例的点火***。图10(a)是IGBT1和线圈故障检测电路2的电路框图，图10(b)是时序图。
在图10(a)中，标号26表示ST端子，通过ST端子将ECU 200内部所提供的参考电位输入到功率IC 101。
第九实施例是电流检测类型的，因为L电流检测电路8和H电流检测电路9监控集电极电流的上升。第九实施例是这样一种类型：根据集电极电流以及电流检测电路8和9的阈值(L电平和H电平)之间的关系，拉低ST电压。一信号通过ST端子26而被发送到ECU200的定时器电路12，并且被用于线圈故障判断。
ECU 200中所使用的线圈故障判断方法与第一实施例中的一样。
ST端子26连接到形成于ECU 200中的电阻器27。通过使用ST端子26电压，该方案对栅极电压波形没有影响，因此，有可能以很高的准确度来检测线圈故障。
在本方案中，因为使用了ST端子26，所以功率IC 101具有四个端子，即集电极端子5、栅极端子6、发射极端子7和ST端子26。含功率IC101的点火设备100具有四个端子，即VB端子17、栅极端子6、发射极端子7和ST端子26。
实施例10
图11(a)和11(b)示出了本发明第十实施例的点火***。图11(a)是IGBT1和线圈故障检测电路2的电路框图，图11(b)是时序图。
第十实施例是电流检测类型的，因为L电流检测电路8和H电流检测电路9监控集电极电流的上升。第十实施例是这样一种类型：根据集电极电流以及电流检测电路8和9的阈值(L电平和H电平)之间的关系，拉高ST电压。一信号通过ST端子26而被发送到ECU 200的定时器电路12，并且被用于线圈故障判断。ST端子26连接到ECU 200内所设置的电阻器27和电源28。
ECU 200中所使用的线圈故障判断方法与第一实施例中的一样。
通过使用ST端子26电压，该方案对栅极电压波形没有影响，因此，有可能以很高的准确度检测线圈故障。
在本方案中，如同在第九实施例中那样，因为使用了ST端子26，所以功率IC 101具有四个端子，并且含功率IC 101的点火设备100也具有四个端子。
Claims (13)
1.一种点火***，包括：
点火线圈；
开关元件，用于打开和关闭流过点火线圈的电流；以及
用于开关元件的控制电路，该控制电路包括：
电流检测装置，用于检测流过开关元件的电流；
测量装置，用于测量从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到比第一电流设定值大的第二电流设定值时的时间点的周期的长度；
判断电路，用于判断测得的周期的长度是否比预设的下限参考长度要短或者比预设的上限参考长度要长；以及
输出装置，如果判断电路判断出测得的周期的长度比下限参考长度要短或者比上限参考长度要长，则输出装置就输出用于关闭开关元件的信号。
2.一种点火***，包括：
功率IC，其中点火线圈以及用于打开和关闭流过点火线圈的电流的开关元件被集成到一起；
引擎控制单元，用于控制开关元件并执行引擎控制；以及
燃烧室，其中
功率IC包括：
电流检测装置，用于检测流过开关元件的电流；以及
输出装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到比第一电流设定值大的第二电流设定值时的时间点的周期内，该输出装置向引擎控制单元输出故障检测信号；以及
引擎控制单元包括：
定时器电路，用于测量上述故障检测信号的持续时间；
判断电路，用于判断测得的持续时间是否比预设的下限参考长度要短或者比预设的上限参考长度要长；以及
停止信号输出装置，如果判断电路判断出测得的持续时间比下限参考长度要短或者比上限参考长度要长，则所述停止信号输出装置就判断出点火线圈已发生故障并输出一种用于使点火***停止的停止信号。
3.如权利要求2所述的点火***，其特征在于：
输出装置包括切换装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到第二电流设定值时的时间点的周期内，所述切换装置拉低开关元件的栅极电压；以及
定时器电路测量当栅极电压被拉低时的周期的长度。
4.如权利要求2所述的点火***，其特征在于：
功率IC包括用于连接到外部电源的Vcc端子；
输出装置包括切换装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到第二电流设定值时的时间点的周期内，所述切换装置拉低Vcc端子的电压；以及
定时器电路测量当Vcc端子的电压被拉低时的周期的长度。
5.如权利要求2所述的点火***，其特征在于：
功率IC包括ST端子，通过ST端子接收引擎控制单元的参考电位；
输出装置包括切换装置，在从流过开关元件且不断增大的电流超过第一电流设定值时的时间点到它达到第二电流设定值时的时间点的周期内，所述切换装置拉高或拉低ST端子的电压；以及
定时器电路测量当ST端子的电压被拉高或拉低时的周期的长度。
6.如权利要求3到5中任一项所述的点火***，其特征在于：
电流检测装置包括：L电流检测电路，它输出用于表示流过开关元件的电流已达到第一电流设定值的信息；以及H电流检测电路，它输出用于表示流过开关元件的电流已达到第二电流设定值的信息；并且
用L电流检测电路的输出信号来设置所述切换装置，并且用H电流检测电路的输出信号来重新设置所述切换装置。
7.一种点火***，包括：
功率IC，其中点火线圈以及用于打开和关闭流过点火线圈的电流的开关元件被集成到一起；
引擎控制单元，用于控制开关元件并执行引擎控制；以及
燃烧室，其中，引擎控制单元包括：
dv/dt检测电路，用于检测开关元件的关闭电压的斜率；
斜率判断电路，用于判断开关元件的关闭电压的斜率是否小于预设的下限参考斜率或者大于预设的上限参考斜率；以及
停止信号输出装置，如果斜率判断电路判断出开关元件的关闭电压的斜率小于预设的下限参考斜率或者大于预设的上限参考斜率，则所述停止信号输出装置就判断出点火线圈已发生故障并输出用于使点火***停止的停止信号。
8.一种点火***，包括：
功率IC，其中点火线圈以及用于打开和关闭流过点火线圈的电流的开关元件被集成到一起；
引擎控制单元，用于控制开关元件并执行引擎控制；以及
燃烧室，其中
功率IC包括：
关闭电压检测装置，用于检测当开关元件的关闭电压比预定的电压要高时的周期；以及
输出装置，在开关元件的关闭电压比预定的电压要高时的周期内，所述输出装置向引擎控制单元输出故障检测信号；以及
引擎控制单元包括：
定时器电路，用于测量所述故障检测信号的持续时间；
判断电路，用于判断测得的持续时间是否比预设的参考长度要短；以及
停止信号输出装置，如果判断电路判断出测得的持续时间比预设的参考长度要短，则所述停止信号输出装置就判断出点火线圈已发生故障并输出用于使点火***停止的停止信号。
9.如权利要求8所述的点火***，其特征在于：
输出装置包括切换装置，在开关元件的关闭电压高于预定的电压时的周期内，所述切换装置拉高开关元件的栅极电压；以及
定时器电路测量当栅极电压被拉高时的周期的长度。
10.如权利要求8所述的点火***，其特征在于：
功率IC包括用于连接到外部电源的Vcc端子；
输出装置包括切换装置，在开关元件的关闭电压高于预定的电压时的周期内，所述切换装置拉低Vcc端子的电压；以及
定时器电路测量当Vcc端子的电压被拉低时的周期的长度。
11.如权利要求8所述的点火***，其特征在于：
功率IC包括ST端子，通过ST端子接收引擎控制单元的参考电位；
输出装置包括切换装置，在开关元件的关闭电压高于预定的电压时的周期内，所述切换装置拉高或拉低ST端子的电压；以及
定时器电路测量当ST端子的电压被拉高或拉低时的周期的长度。
12.如权利要求2或8所述的点火***，其特征在于：
停止信号是下列之中的至少一个：用于关闭开关元件的信号；以及用于切断向燃烧室供应燃料的信号。
13.如权利要求2到12中任一项所述的点火***，其特征在于：
低压电路被集成在功率IC中，并且用于操作点火线圈的主电源的电压作为电源电压在通过电压减小电路而被降低之后就被提供给低压电路。
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