CN110778437A - 用于线圈的软关断的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于线圈的软关断的电路和方法。本发明公开了一种用于在关断周期期间逐渐地减小线圈电流的电路和方法。所述电路和方法包括控制器，所述控制器被配置在具有电流传感器和晶体管的控制回路中，所述电流传感器测量线圈中的电流，所述晶体管可以是用以限制所述线圈中的所述电流的控制器。所述控制器的开环增益由可变反馈电阻器的电阻确定，并且随着所述线圈电流变小，所述可变反馈电阻器的所述电阻在所述关断周期期间减小。所述电阻的所述减小通过为低线圈电流而降低所述电路的所述开环增益来保持合适的相位裕度。因此，在关断期间，所述电路提供针对高线圈电流的控制准确度并控制针对低线圈电流的稳定性。

Description

用于线圈的软关断的电路和方法
技术领域
本公开整体涉及点火***，并且更具体地涉及用于逐渐地(即，轻缓地)使点火线圈关断(即，放电)以防止不期望的火花的电路和方法。
背景技术
发动机(例如，车辆发动机)可以具有用于起动的点火***。一般来讲，点火***包括连接到升压变压器的初级线圈、以及点火开关的电池。当点火开关闭合时，电流从电池流动到初级线圈。在一段时间之后，开关打开，并且从电池到初级线圈的电流突然停止。通过初级线圈的电流的突然变化导致跨初级线圈的大的瞬时电压。瞬时电压通过变压器升压，并且由于次级线圈与火花隙串联，在次级线圈处的电压在火花隙处产生火花。然而，在一些情况下，希望断开初级线圈中的电流(即，关断、断电)而不在火花隙处产生火花。
发明内容
在一方面，本公开描述了用于线圈的软关断的电流限制器电路。该电流限制器电路包括晶体管(例如，绝缘栅双极晶体管)，该晶体管耦接到线圈并被配置为允许线圈电流以基于晶体管的端子(例如，栅极)处的电压的电流水平流过开关。该电流限制器电路还包括电流传感器，该电流传感器耦接到晶体管，该电流传感器感测线圈电流的电流水平。该电流限制器电路还包括控制器，该控制器被配置在具有电流传感器和晶体管的控制回路中。控制器被配置为调整在晶体管的端子处的电压以减小感测到的电流水平与参考电平之间的差值。控制器的开环增益由可变反馈电阻器的电阻确定。该电流限制器电路还包括信号发生器，该信号发生器耦接到控制器并生成斜坡信号。斜坡信号控制控制器的参考电平，因此线圈电流在关断周期内逐渐地减小。斜坡信号还控制可变反馈电阻器的电阻，使得控制器的开环增益在关断周期内减小。
在一个可能实施方案中，电流限制器电路用于点火线圈，并且线圈电流的逐渐减小是为了防止点火线圈中的不期望的火花。
在另一方面，本公开描述了用于在放电期间防止点火线圈中的不期望的火花的方法。该方法包括感测点火线圈中的线圈电流水平并将感测到的线圈电流水平与参考电平进行比较以确定差值。然后，使用具有由可变反馈电阻器确定的负反馈的反相放大器来放大该差值。该方法还包括控制晶体管的栅极以基于放大的差值而限制点火线圈中的电流水平。当根据斜坡信号减小参考电平时，重复该过程，以便逐渐地减小线圈电流水平。另外，随着线圈电流水平逐渐地降低，反馈电阻减小，并且反馈电阻的减小改进(即，增大)负反馈***的相位裕度(即，稳定性)。
在一个可能实施方案中，通过根据斜坡信号使可变反馈电阻器中的一组电阻器相继地短路来实现电阻的减小。
在以下详细描述及其附图内进一步解释了前述说明性概述，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。
附图说明
图1是根据本公开的实施方案的包括点火线圈的火花点火器电路的简化示意图。
图2A是线圈电流相对于时间的图，示出了硬关断曲线。
图2B是线圈电流相对于时间的图，示出了软关断曲线。
图3是根据本公开的实施方案的用于控制线圈中的电流的电流限制器的框图。
图4是根据本公开的实施方案的具有用于线圈的软关断的可变反馈电阻的电流限制器电路的示意图。
图5是图4的电流限制器电路在软关断周期期间的反馈电阻(Rfb)、开环增益、参考电压(Vref)、感测到的电压(Vsns)和线圈电流的图。
图6是根据本公开的可能实施方案的具有可变反馈电阻的电流限制器电路的详细示意图。
图7是图6的示意图的截面，示出了根据本公开的可能实施方案的可变反馈电阻器。
图8是根据本公开的另一个可能实施方案的具有可变反馈电阻的电流限制器电路的详细示意图。
图9是示出具有图8的可变反馈电阻的电流限制器电路的区段的可能变化的示意图。
图10A是随着软关断电流增大在关断周期期间由图7的可变反馈电阻器提供的反馈电阻的图。
图10B是随着软关断控制电流增大在关断周期期间控制图7的可变反馈电阻器中的电阻器的每个晶体管处的栅极电压的图。
图11是具有固定反馈电阻的电流限制器电路和具有可变反馈电阻的电流限制器电路在软关断期间的线圈电流相对于控制电流的图。
图12是增益和相位相对于频率的曲线图，示出了固定反馈电阻实施方案和可变反馈电阻实施方案两者的软关断的高电流区域(12A)中的等同相位裕度。
图13是增益和相位相对于频率的曲线图，示出了固定反馈电阻实施方案和可变反馈电阻实施方案的软关断的低电流区域(1A)中的不同相位裕度。
图14是电路的示意图，其中回路增益可在操作条件下控制，以调整输出的准确度和稳定性。
具体实施方式
本公开描述了用于点火电路(即，点火器电路)的软关断的电路和方法，其利用具有受控开环增益的负反馈回路来在线圈电流减小时增大相位裕度，这确保了在线圈电流减小时的稳定性。虽然可能存在变化，但是点火电路可以在车辆环境中操作(即，起动发动机)。图1中示出了可在本文所述的实施方式中使用的示例性点火电路。
图1示出了点火电路100，其包括电池130，当开关140闭合(例如，接通)时，该电池将线圈电流提供给变压器110的初级绕组(即，初级线圈)。当开关140打开(例如，断开)时，线圈电流突然停止，并且因初级线圈的电感而产生跨初级线圈的大电压(例如，400伏(V))(即，V＝L di/dt)。由于大绕组比N2/N1(例如，50至100)，在初级线圈处的该电压由变压器110变换到在次级线圈处的较高电压(例如，30千伏(KV))。大电压出现在火花隙(例如，火花塞间隙)120处并足够大以克服间隙的电阻来产生火花。
在一些情况下，线圈电流达到高电平一段时间，该时间段大于预期或期望的时间。例如，如果高线圈电流长时间地得以保持(例如，大于超时周期Ton)而没有火花，那么可能导致点火***的损坏(例如，过热)。因此，应当在损坏发生之前切断线圈电流。在实践中，可以限定超时周期，并且如果线圈电流在大于超时周期Ton的周期内保持高电平，那么就将线圈电流切断。
如图2A和图2B所示，有两种方式来在超时周期Ton之后切断线圈电流。图2A中所示的第一种方式是在超时周期Ton之后突然切断线圈电流(例如，通过打开开关)的硬关断。如上所述，该方法会产生火花。然而，超时周期Ton的截止可能不与发动机的操作/状态相关。因此，不管气缸位置如何都可能会发生因硬关断而造成的火花，并且可能因异常火花而发生不期望的燃烧。
为了使线圈断电并在没有火花的情况下切断点火***，可以逐渐地减小线圈电流。图2B是与简单的软关断相关联的线圈电流的图。在超时周期Ton的截止之后，线圈电流在某个关断(即，切断)周期Toff内逐渐地变为零。由于线圈电流逐渐地关断，因此跨初级线圈产生的电压永远不会大到足以克服火花隙处的电阻。因此，不会产生火花。用于Ton和Toff的时间可基于应用和使用的设备而选择。另外，初级线圈斜升(即充电)到稳态的时间未必与Toff有关。本公开描述了一般可适应图2A的硬关断或图2B的软关断的电路和方法，但是如将描述，也能够以在线圈电流水平减小时平衡控制准确度和控制稳定性的方式在关断期间控制线圈电流。
图3中示出了用于在关断期间控制线圈电流的所公开的电流限制器电路300的框图。在该电路中，线圈电流水平由分流电阻器310感测并由电流感测电路320测量。然后，将测量到的电流(即，感测到的电流水平)与电流极限控制器330(即，控制器)处的参考电流水平(即，电流极限电平)315进行比较。基于该比较，获得、放大差分信号(即误差信号)并使其反相以产生IGBT栅极控制信号。IGBT栅极控制信号借助于IGBT栅极驱动器340控制IGBT350的操作点，以根据误差信号升高/降低线圈电流。栅极驱动器340基于栅极电压而放大提供给晶体管的栅极的电流，以对栅极电容进行快速地充电/放电。IGBT上的栅极电压控制线圈电流，使得其不超过参考电流极限电平(Icl)315。该控制可以用于执行线圈电流的软关断。例如，如果控制电路300(即，电流限制器电路)的参考电流极限电平(Icl)315在一段时间Toff内逐渐地减小，那么线圈电流也将逐渐地减小，并且线圈的软关断放电将被实现。
图4中示出了根据本公开的实施方案的电流限制器电路400的示意图。电流限制器电路400耦接到点火线圈401。在操作中，由跨分流电阻器(Rsns)310的线圈电流(Icl)产生的反馈电压(Vsns)415通过差分放大器420与参考电压Vref425进行比较。参考电压Vref425由可变电压源405产生，该可变电压源通过由信号发生器410产生的斜坡信号403控制。所得的差分信号435由反相放大器440放大，其中增益由可变反馈电阻器(Rfb)450控制。反相放大器440的输出被馈送到IGBT栅极驱动器340以控制IGBT 350的栅极，这调整点火线圈电路401中的初级线圈的电流极限(即，线圈电流)以减小(例如，最小化)差分信号435。
换句话说，该电路包括控制器430，该控制器被配置在具有电流传感器310和晶体管350的控制回路中。控制器430被配置为调整在晶体管350的栅极处的电压以减小感测到的电压电平(Vsns)与参考电压电平(Vref)之间的差值。在该配置中，控制器430具有由包括可变反馈电阻器450的电阻的参数确定的开环增益。
可以重复(实时)所述的反馈过程，直到线圈电流(即，Vref)变为零为止。图5包括在软关断周期515期间的感测到的电压Vsns 415(虚线)和参考电压Vref 425(实线)的图。可以看出，线圈电流(Icl)在其在软关断周期515期间斜降时大体遵循参考电压。
如前所述，电流限制器电路400依赖于负反馈控制***。随着受控线圈电流改变，控制***的稳定性也可能会改变。本公开的一个方面是认识到，为了防止在线圈电流(Icl)减小时的不稳定性，还可以减小电流限制器电路400的开环增益以增大电流限制器电路400的相位裕度(即，稳定性)。本公开的另一方面是认识到，增加的稳定性以控制准确度为代价产生，并且为稳定性而折衷准确度最适合于软关断曲线的低电流区域，在该区域，控制准确度不太重要。
减小反馈电阻(Rfb)450可以减小开环增益，这可以改进电流限制器电路400的相位裕度(即，稳定性)。如上所述，开环增益减小可能因各种误差源(例如，温度、工艺，IGBT栅极-发射极电压等)而造成控制准确度损失。换句话说，减小反馈电阻(Rfb)450可能导致线圈电流偏离由Vref规定的软关断曲线。这种偏离可能导致高电流区域505中的不期望的火花。因此，所公开的电流限制器电路控制反馈电阻(即，开环增益)以在低电流区域500中的稳定性与高电流区域500中的准确度之间取得平衡。完全平衡可以基于应用和操作点而变化。
本文所述的电路和方法提供在低电流区域500中改进相位裕度(即，稳定性)(即，在稳定性可能有问题的情况下)而在高电流区域505中保持电流极限准确度(即，在遵循软关断曲线很重要的情况下)的优点。
在电流限制器电路400中，控制器430产生差值信号435(即，误差信号)，该差值信号由反相放大器440放大，其中增益由可变反馈电阻器(Rfb)450控制。可变反馈电阻器450的值(即，电阻)由信号发生器410根据斜坡信号控制。反相放大器440的输出被馈送到IGBT栅极驱动器，该IGBT栅极驱动器驱动IGBT的栅极以调整点火线圈电路401中的初级线圈的电流极限来减小差值信号。
图5中绘出了电流限制器电路400中的测量到的参数的各种曲线(即，软关断曲线)。如图所示，Vref 425可以在软关断周期515内从某个电压线性地斜降到零电压。在软关断周期515期间Vref 425的精确幅值和时序曲线由来自信号发生器410的斜坡信号403确定，并且可以基于应用(例如，点火线圈参数)进行选择。除了控制Vref之外，来自信号发生器410的斜坡信号403还控制可变反馈电阻器450的电阻(Rfb)。如图5所示，电阻Rfb基于在关断周期515期间而逐渐地减小。如Vref所做的那样，Rfb的减小可以线性地减小或可以不线性地减小。Rfb的准确曲线可以经选择以在软关断周期的低电流区域500中的相位裕度(即，稳定性)与其中准确度更重要的一个区域(或多个区域)(诸如软关断周期的高电流区域505和/或在软关断周期之前的电流极限周期)中的准确度之间实现期望平衡。另外，最大反馈电阻Rfb值和最小反馈电阻Rfb值也可以在考虑到这种平衡的情况下进行调整。
电路400的开环增益与反相放大器440的反馈电阻(Rfb)有关，并且因此基于Rfb的减小值而减小。如前所述，低电流区域500中的开环增益的减小以线圈电流的控制准确度为代价来维持相位裕度(即，稳定性)。随着开环增益减小，线圈电流(以及因此Vsns)遵循软关断曲线，其在软关断周期的低电流区域500中没有在软关断周期的高电流区域505中那么准确地对应于Vref。
图6示意性地描绘了耦接到点火线圈的可变反馈电阻电流限制器电路的可能实施方案的电路细节。在该电路中，信号发生器610包括电压斜波，该电压斜波被馈送到电压到电流转换器615以产生对应软关断控制电流Issd。使用电流镜将电流Issd耦接出信号发生器。
在差分放大器620的第一输入端处，电流(Io-Issd)通过电阻器Rref流到接地，以在差分放大器的第一输入端处产生电压Vref。参考电压Vref遵循软关断曲线。换句话说，电压Vref从高电压(即，Io-Issd大)斜降到低电压(即，Io-Issd小)。在差分放大器620的第二输入端处，线圈电流(Icl)通过感测电阻器(Rsns)310流到接地，从而产生对应于线圈电流的感测到的电压(Vsns)。差分放大器620的输出对应于差值电压(Vsns-Vref)。
差值电压(Vsns-Vref)耦接到反相放大器640的输入。反相放大器能够以各种方式体现。图6中所示的反相放大器是晶体管(例如，n型MOSFET)，其中增益由晶体管的漏极和栅极之间的反馈电阻(Rfb)确定。高反馈电阻对应于高增益，并且低反馈电阻对应于低增益(例如，零电阻对应于零增益-二极管)。
在反相放大器640之后，反相并放大的输出电压施加在IGBT 350的栅极处，并且有效地下拉或上拉IGBT驱动器的输出，以根据放大并反相的电压差值控制线圈电流。例如，如果差值Vsns-Vref为正，那么线圈电流减小。因此，如果Vref是减小到周期(Toff)的零的斜坡电压，那么线圈电流将理想地在相同的关断周期(Toff)内遵循相同的斜坡曲线到零。应当注意，本公开设想的是，可以使用除斜波之外的信号来控制线圈的关断。
本公开的一个方面是当线圈电流达到软关断曲线的低电流区域时，控制回路的开环增益(即，反相放大器的增益)较低。通过减小可变反馈电阻器450的反馈电阻值Rfb来减小开环增益。可变反馈电阻器450能够以各种方式体现和控制，并且虽然本公开提出了若干可能实施方案，但是变化(例如，电阻器的数量、每个电阻器的值等)被理解为在本公开的范围内。图7是图6的电流限制器电路中所示的可变反馈电阻器630的详细示意图。
如图7所示，图6的可变反馈电阻器630由一组串联连接的电阻器(R1-R8)710组成，每个电阻器与一组晶体管(M11-M18)720中的一个晶体管并联连接。当一组晶体管中的特定晶体管导通时，与特定晶体管并联的电阻器短路以减小可变反馈电阻器的总串联电阻。例如，R1连接在M11的源极和漏极之间。如果在M11的栅极处电压使晶体管导通，那么M11的源极和漏极之间的阻抗远小于R1的电阻。因此，R1短路，并且总反馈电阻变为R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9。可以包括附加的电阻器R9而没有任何对应的晶体管来设置放大器的最小反馈电阻(即，开环增益)。
为了逐渐地减小反馈电阻Rfb，晶体管可以在软关断周期内相继地导通。有多种方法来根据软关断曲线控制晶体管720。虽然本公开提出了晶体管控制电路的若干可能实施方案，但是这些实施方案不包括穷举列表，并且其他可能实施方案或变型(例如，晶体管类型、连接配置等)被认为是在本公开的范围内。
图7中示出了晶体管控制电路730的一个可能实施方案。如图所示，电路从信号发生器接收斜坡软关断控制电流Issd(例如，经由信号发生器中的电流镜)。晶体管控制电路730包括分压器(R11-R18)，该分压器通过一组晶体管720中的每个晶体管(M11-M18)的端子(例如，栅极、基极等)以不同的电压进行抽头。抽头点提供随跨分压器中的每个电阻器的电压降而增大的电压。栅极-漏极连接的晶体管(M1、M2和M3)在串联连接的二极管用作电路的一部分时操作，因为在分压器处接收电流Issd而不是电压。
图8示意性地描绘了耦接到点火线圈的可变反馈电阻电流限制器电路的另一个可能实施方案的电路细节。在该电路中，来自信号发生器830的电压斜波经由缓冲放大器810耦接到晶体管控制电路。晶体管控制电路820包括一组串联连接的电阻器，以用作分压器来产生电压抽头，该电压抽头控制晶体管在斜波信号从低进展为高时顺序地导通。与前一个实施方案一样，分压器由一组晶体管中的每个晶体管的栅极以不同的电压进行抽头。抽头点提供随跨分压器中的每个电阻器的电压降而增大的电压。因此，随着斜波电压增大，晶体管可以相继地导通。
图9中示出了图8的电路的可能变化。这里，电压斜波是从信号发生器电路中的节点获得，但是附加的变化是可能的。例如，因此，目前为止，已经假设信号发生器提供斜坡信号，以用于将参考电压(Vref)和反馈电阻(Rfb)一起控制。然而，可以单独地控制反馈电阻的控制。例如，可以使用专用控制器以提供在软关断期间独立于线圈电流的控制来控制可变反馈电阻器中的晶体管所必需的信号。一般来讲，可以在不脱离本公开的范围和实质的情况下配置上述可变反馈电阻电流限制器电路的各种改编和修改。换句话说，只要在Toff期间Rfb减小，就可以维持低线圈电流的相位裕度。电阻减小的特定形状和时间可以在本公开的范围内以各种方式实践。
图10A中示出了在关断转换期间(即，随着软关断电流Issd增大)的图7的可变反馈电阻器的电阻的特定减小。如图所示，反馈电阻作为一组电阻器710中的所有电阻的总和开始，但是随着每个晶体管的栅极电压升高以相继地导通每个晶体管而稳定地下降。当每个晶体管导通时，一组电阻器中的电阻器短路，直到只剩R9为止。
图10B是图7的一组晶体管720的在关断转换期间(即，随着软关断电流Issd增大)的栅极电压相对于时间的曲线图。在这种情况下(如图10A所示)，Issd与时间成线性关系(即，基于线性斜波)，因此曲线图的x轴也可以被认为是时间。可观察到，晶体管各自达到阈值电压以在不同的时间导通。导通时间由分压器电路和施加到其的斜坡信号确定。
图10A中所示的电阻转换可以由分压器电路的分压比和晶体管的数量来控制。换句话说，可变电阻器可以具有任何数量的电阻器和晶体管，并且一组电阻器中的电阻器可以具有相同或不同的值，以便控制图10A中的反馈电阻曲线。可以在没有对应晶体管的情况下基于电阻(例如，R9)来设置最小电阻，并且晶体管(M11-18)用作模拟开关并比逻辑开关更平滑地响应Rfb的转换。
图11示出了(i)当在软关断周期期间反馈电阻发生变化时(例如，通过施加到可变反馈电阻器的斜坡信号)的电流限制器电路的线圈电流和(ii)当反馈电阻不变时(例如，在没有施加到可变反馈电阻器的斜坡信号或恒定信号的情况下)的电流限制器电路的线圈电流之间的比较。如图所示，对于高线圈电流(例如，约12安培)和低电流(例如，约1安培)两者，线圈电流(即，虚线)线性地对应于来自信号发生器的用于固定反馈电阻情况的控制电流(Issd)。然而，用于可变反馈电阻情况的线圈电流(即，实线)线性地对应于用于高电流(例如，约12安培)的控制电流，但是不线性地对应于低电流的控制电流(例如，约1安培)。换句话说，在低电流时不能维持控制准确度，因为降低的反馈电阻会降低控制器的开环增益。这种控制准确度低损失具有在低电流下改善相位裕度的优点，并且只要关断曲线的斜率不太陡就是可接受的。高线圈电流和低线圈电流的特定值可以基于本公开的实施方式而变化。一般来讲，低线圈电流可以表示为高线圈电流的百分比。例如，低线圈电流可以是高线圈电流的约10％。
图12中示出了在高线圈电流(12安培(A))下的增益和相位相对于频率(例如，根据对数标度绘制的从1Hz至1MHz的范围)的曲线图。这些曲线适用于固定反馈电阻情况和可变反馈电阻情况，因为对于高线圈电流(例如，12A)，它们可以是相同的。如图所示，用于12A时的固定反馈电阻情况和可变反馈电阻情况两者的相位裕度(即，在零dB增益下的增益与相位曲线之间的差值)为约50度(例如，54.6度)。
图13示出了低线圈电流(例如，1A)下的固定电阻情况和可变电阻情况。如可看出(虚线)，用于固定电阻情况的相位裕度从12A时的约50度(参见图12)减小到1A时的约25度(例如，24.8度)。相位裕度的减小是部分地因在线圈电流减小时带宽加宽造成的。带宽加宽可能是因电路中的元件(诸如IBGT和电感器(即，线圈))的操作特性。然而，用于可变电阻情况的相位裕度几乎没有减小太多。用于可变电阻情况的相位裕度从12A时的约50度(参见图12)减小到1A时的约44度(例如，44.3度)。因此，该电路在软关断期间对所有线圈电流都具有良好的相位裕度。从另一方面看，减小的增益使1A时的相位裕度从约25度增大到约44度。
可从图12和图13看出，电路的DC增益可以取决于线圈电流和反馈电阻而改变。例如，在高电流下的高DC增益(例如，在12A时的20.7分贝(dB))可以在低电流下减小到较低的DC增益(例如，在1A时的14.2dB)。通过改变反馈电阻，DC增益可以在低电流下进一步减小(例如，在1A时的5.6dB)。图12和图13中所示的结果作为示例呈现以帮助理解。在实践中，线圈电流、相位、增益和相位裕度的特定值可以变化。
减小回路增益优于用于确保相位裕度的其他方法。例如，由于点火所需的低频率(几KHz)，内部相位补偿不适合确保相位裕度。在这种低频率方案中，补偿将会需要非常大的电阻器和/或电容器，这是不实际的。
目前为止，已经针对与点火***有关的应用而讨论了对提供用于负反馈控制回路但在不同的电流水平下既有准确度又有稳定性的可变反馈电阻器的论述。然而，一般来讲，本文公开的原理、技术和电路可以应用于需要负反馈回路以限制在某个范围内的电流的其他应用。可以设想，由可变反馈电阻电流限制器电路提供的稳定性和准确度适用于所有这些应用。更一般地，本公开的原理可以应用于其中回路增益可在操作条件下控制以调整输出的准确度和稳定性的电路。该电路的示意图示出于图14中，其中回路增益可控制以调整输出的准确度和稳定性。
本公开可以被实施为点火***。该点火***具有点火线圈，该点火线圈包括初级线圈、次级线圈和火花隙。该点火***还包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该IGBT耦接到初级线圈并被配置为允许线圈电流以基于IGBT的栅极处的电压的线圈电流水平流过IGBT。该点火***包括电流传感器，该电流传感器耦接到IGBT以感测线圈电流的电流水平，并且还包括控制器，该控制器被配置在具有电流传感器和IGBT的控制回路中。控制器被配置为调整IGBT的栅极处的电压以减小感测到的电流水平与参考电平之间的差值。控制器的开环增益由可变反馈电阻器的电阻确定。该点火***包括信号发生器，该信号发生器耦接到控制器并产生斜坡信号。斜坡信号控制控制器的参考电平，使得线圈电流水平在关断周期内逐渐地减小。斜坡信号还控制可变反馈电阻器的电阻，使得控制器的开环增益在关断周期内减小。
在该点火***的一种可能的实施方式中，可变反馈电阻器是一组串联连接的电阻器，该组串联连接的电阻器各自与一组晶体管中的一个晶体管并联连接，使得当该组晶体管中的特定晶体管导通时，与特定晶体管并联的电阻器短路以减小可变反馈电阻器的电阻。在这样的实施方式中，该点火***还可以包括晶体管控制电路，该晶体管控制电路耦接到信号发生器。晶体管控制电路可以包括分压器，该分压器由一组晶体管中的晶体管中的每个的栅极以不同的电压抽头，使得晶体管根据斜坡信号相继地导通，并且可变反馈电阻器的电阻在关断周期内减小。
在该点火***的另一个可能的实施方式中，控制器包括差分放大器，该差分放大器耦接到反相放大器。反相放大器具有通过可变反馈电阻器的负反馈。
在该点火***的又一个可能实施方案中，控制器的开环增益在关断周期内减小，以增大在软关断曲线的低线圈电流区域中的相位裕度。
在说明书和/或附图中，已公开了典型的实施方式。本公开不限于此类示例性实施方案。术语“和/或”的使用包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。附图是示意图，并且因此未必按比例绘制。除非另外指出，否则特定术语已经用于一般和描述意义，而非用于限制目的。
除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。与本文所述的那些类似或等同的方法和材料可以用于本公开的实践或测试。除非在上下文另外明确地说明，否则如说明书中和所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括多个指代物。本文所用的术语“包含”及其变型与术语“包括”及其变型同义地使用，并且是开放性的非限制性术语。本文所用的术语“任选的”或“任选地”表示后续描述的特征、事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括其中所述特征、事件或情况发生的实例和其中所述特征、事件或情况不发生的实例。范围在本文中可以表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，一个方面包括从一个特定值和/或到其他特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表达为近似值时，应当理解，该特定值形成另一方面。应当进一步理解，每个范围的端点无论是与另一个端点相关还是独立于另一个端点都是有意义的。

Claims (12)

1.一种电路，包括：
晶体管，所述晶体管耦接到线圈并被配置为允许线圈电流以基于所述晶体管的端子处的电压的电流水平流过所述晶体管；
电流传感器，所述电流传感器耦接到所述晶体管，所述电流传感器感测所述线圈电流的所述电流水平；
控制器，所述控制器被配置在具有所述电流传感器和所述晶体管的控制回路中，所述控制器被配置为调整在所述晶体管的所述端子处的所述电压以减小感测到的电流水平与参考电平之间的差，其中所述控制器具有由可变反馈电阻器的电阻确定的开环增益；和
信号发生器，所述信号发生器耦接到所述控制器，所述信号发生器生成斜坡信号以控制所述控制器的所述参考电平，使得所述线圈电流在关断周期内逐渐地减小，以及控制所述可变反馈电阻器的所述电阻，使得在所述关断周期内，所述控制器的所述开环增益减小。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述晶体管是绝缘栅双极晶体管IGBT，其在栅极处耦接到栅极驱动器，并且在漏极处耦接到用于车辆的点火线圈的线圈。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述线圈电流在所述关断周期内逐渐地减小以防止在所述关断周期期间所述点火线圈中的不期望的火花。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述斜坡信号产生在所述关断周期期间线性地斜降的参考电压，并且当所述线圈电流在高电流区域中时，所述线圈电流根据所述参考电压线性地斜降，当所述线圈电流在低电流区域中时，所述线圈电流偏离所述参考电压。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流传感器是与所述晶体管串联的电阻器，使得流过所述晶体管的所述电流在所述电阻器上产生感测电压。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述可变反馈电阻器是一组串联连接的电阻器，所述一组串联连接的电阻器中的每个电阻器与一组晶体管中的一个晶体管并联连接，使得当所述一组晶体管中的特定晶体管导通时，与所述特定晶体管并联的电阻器被短接，以减小所述可变反馈电阻器的电阻。
7.根据权利要求6所述的电路，还包括晶体管控制电路，所述晶体管控制电路耦接到所述信号发生器，其中所述晶体管控制电路包括分压器，所述分压器由所述一组晶体管中的每个晶体管的栅极以不同的电压抽头，使得所述晶体管根据所述斜坡信号来相继地导通，以减小在所述关断周期内所述可变反馈电阻器的所述电阻。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制器包括差分放大器，所述差分放大器耦接到反相放大器，所述反相放大器具有通过所述可变反馈电阻器的负反馈。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制器的开环增益在所述关断周期内减小，以增大在软关断曲线的低线圈电流区域中的相位裕度。
10.一种点火***，包括：
点火线圈，所述点火线圈包括初级线圈、次级线圈和火花隙；
绝缘栅双极晶体管IGBT，所述IGBT耦接到所述初级线圈并被配置为允许线圈电流以基于所述IGBT的栅极处的电压的线圈电流水平流过所述IGBT；
电流传感器，所述电流传感器耦接到所述IGBT，所述电流传感器感测所述线圈电流的电流水平；
控制器，所述控制器被配置在具有所述电流传感器和所述IGBT的控制回路中，所述控制器被配置为调整在所述IGBT的所述栅极处的所述电压以减小所感测到的电流水平与参考电平之间的差，其中所述控制器具有由可变反馈电阻器的电阻确定的开环增益；和
信号发生器，所述信号发生器耦接到所述控制器，所述信号发生器生成斜坡信号以控制所述控制器的所述参考电平，使得所述线圈电流水平在关断周期内逐渐地减小，以及控制所述可变反馈电阻器的所述电阻，使得在所述关断周期内，所述控制器的所述开环增益减小。
11.根据权利要求10所述的点火***，其中所述控制器的所述开环增益在所述关断周期内减小以增大在软关断曲线的低线圈电流区域中的相位裕度。
12.一种用于在放电期间防止点火线圈中的不期望的火花的方法，包括：
感测所述点火线圈中的线圈电流水平；
将感测到的线圈电流水平与参考电平进行比较以确定差值；
使用具有由可变反馈电阻器确定的负反馈的反相放大器来放大所述差值；
控制晶体管的栅极，所述栅极基于所放大的差值来限制所述点火线圈中的所述电流水平；
随着所述参考电平根据斜坡信号减小，重复所述感测、所述比较、所述放大和所述控制，使得所述线圈电流水平逐渐地减小；以及
通过根据所述斜坡信号使一组电阻器相继地短路来使所述反馈电阻随着所述线圈电流水平逐渐地减小而减小，以增大相位裕度。
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