CN1423729A - 内燃机点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供能得到稳定的点火线圈的电流遮断动作的内燃机点火装置。主IGBT(110)根据输入的点火控制信号对流入点火线圈的初级电流进行通电/遮断控制后在点火线圈的次级一侧产生高电压。主IGBT(110)和电流限制电路(150)被集成在绝缘栅极型双极功率晶体管的单片硅基片上。主IGBT的集电极和栅极通过构成恒流电路的耗尽型IGBT(152)、以及电阻(R4)被连接。当在电阻(R4)中产生的电压变成大于齐纳电压时,齐纳二极管(ZD2)将使该电流流入主IGBT的发射极。

Description

内燃机点火装置
技术领域
本发明涉及内燃机用的点火装置，尤其涉及适合于在集成化的控制电路中使用的内燃机用的点火装置。
背景技术
最近，作为内燃机点火装置，正在开发将功率IGBT(绝缘栅型双极晶体管)、电流限制电路和输入级保护电路制作在单片基片上的1芯片点火电极(chip ignitor)。作为现有的1芯片点火电极认为是这样构成的，例如，象在特开平9-280147公报中记载的那样，通过高压恒电流元件使微小恒定电流从集电极流向栅极，在集电极电压比栅极电压高时，在栅极上增加电压，通过电流限制开始后不久的集电极电压的上升提高栅极电压后抑制电流限制开始后不久的集电极电压的波动。而且，人们知道，为了不会因该微小恒定电流的影响而在电流遮断(断开)时栅极电位上升，在没有栅极电压的场合解除了提高栅极电压的动作，从而，能抑制电流限制时的集电极电压波动。
但是，在特开平9-280147号公报记载的内燃机点火装置中，在实际的基片中会产生寄生电流，在恒流电路中大于设定值的大电流流入该路径，因此存在着栅极电位上升的问题。尤其是，在用自隔离型元件构成的场合，在恒流电路中使用纵向的耗尽型IGBT，在IGBT基片上用自隔离构成的纵向耗尽型IGBT的恒流电路中存在PNP寄生晶体管，在该晶体管中有寄生电流流入，在用微小恒电流控制栅极电压的目标电路中流入过大的电流，结果就会使栅极电压上升到必要值以上。按照受这一影响的点火电极的驱动方式，存在着点火线圈的电流遮断动作变成不稳定的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供能得到稳定的点火线圈的电流遮断动作的内燃机点火装装置。
(1)为达到上述目的，本发明的内燃机点火装置，它具有根据输入的点火控制信号对流入点火线圈的初级电流进行通电/遮断控制后在点火线圈的次级一侧产生高电压的电源转换部分、限制上述初级电流的电流限制电路、以及连接上述电源转换部分的集电极和栅极的连接电路，并将上述电源转换部分以及上述电流限制电路集成在绝缘型双极功率晶体管的单片硅基片上，其特征在于，具备使在上述单片硅基片内部产生的寄生电流流入上述电源转换部分的发射极的路径。通过这样的构成，就能够使不需要的寄生电流流入发射极，减小对栅极的影响，使点火线圈的电流遮断动作稳定化。
(2)在上述(1)中，上述连接电路最好具备阻抗元件，上述路径具备根据上述阻抗元件的电压降进行工作的齐纳二极管。
(3)在上述(1)中，上述连接电路最好由构成在上述单片硅基片上形成的恒流电路的耗尽绝缘栅极型双极功率晶体管、以及连接该耗尽绝缘栅极型双极功率晶体管的电阻构成，上述路径由连接在上述耗尽绝缘栅极型双极功率晶体管和上述电阻之间的同时，在上述电阻中产生的电压大于齐纳电压时使该电流流入上述电源转换部分的发射极的齐纳二极管构成。
附图说明
图1是本发明的一个实施形态的内燃机点火装置的内燃机点火***的***构成图。
图2是表示本发明的一个实施形态的内燃机点火装置的安装构造的平面图。
图3是说明在本发明的一个实施形态的点火装置100中的IGBT内部产生的寄生电流的影响及其降低效果的电路图。
图4是在本发明的一个实施形态的点火装置100中的IGBT内部产生的寄生电流的影响及其降低效果的说明图。
图5是说明在IGBT内部产生的寄生电流的电路图。
图6是IGBT内部产生的寄生电流的说明图。
具体实施方式
下面，使用图1～图6说明本发明的一个实施形态的内燃机点火装置的构成和动作。
首先，使用图1说明本实施形态的内燃机点火装置的内燃机点火***的***构成。
图1是本发明的一个实施形态的内燃机点火装置的内燃机点火***的***构成图。
本实施形态的内燃机点火***由点火装置100、ECU(引擎控制单元)10、点火线圈20、以及点火火花塞30构成。
ECU10由CPU12、PNP晶体管14、电容器16、以及电阻18构成。PNP晶体管14、电容器16和电阻18构成ECU10的输出级。CPU12用算出的适当的点火定时使晶体管14接通、关闭，并将由高电平、低电平的脉冲组成的点火控制信号输出到点火装置100的输入端子100in。
关于点火装置100的详细构成将在后面叙述，但点火装置100的主IGBT110通过ECU10的输出信号在低电平→高电平时开始通电、在高电平→低电平时进行遮断(断路)，从而在主IGBT110的集电极端子110c上产生电压。
点火线圈20具有初级线圈22、以及次级线圈24。在主IGBT110的集电极端子110c上产生的电压供给点火线圈20的初级线圈22，在次级线圈24上感应相当于点火线圈20的初级线圈22和次级线圈24的匝数比倍数的高电压。在点火线圈20的次级线圈中产生的电压(以下，称做“次级电压”)供给点火火花塞30。另外，由于次级电压根据引擎的运转条件不同而变化，因此在集电极端子100c上产生的电压也起变化，例如，在匝数比为100的点火线圈的次级电压为15kV的场合，在集电极端子110c一侧将产生大约150V的电压。
下面，说明关于点火装置100的构成。
本实施形态的点火装置100是将电流限制电路和输入级保护电路等控制电路集成在单片基片上的1芯片IGBT点火装置。
点火装置100具备主IGBT110，读出(sense)IGBT120，输入级保护电路130，电流限制电路140，反馈电路150，齐纳二极管ZD1、ZD2，以及电阻R1、R2、R3。
设置在点火装置100的输入级的电阻R1是下拉电阻，通过使对应于输入电压的电流流过，确保输入端子100in的接触电流。在下拉电阻R1的次级连接着输入保护电路130。输入级保护电路130是使齐纳二极管ZD3，ZD4，和电阻R4，R5形成网络形而构成，并作为汽车用的电子部件对假定的外部电涌等确保具有充分富裕的容量。
输入级保护电路的输出经由电阻R2，R3，输入到主IGBT110的栅极。主IGBT110构成使初级电流通电、遮断的主电路。主IGBT110的集电极与点火装置100的集电极端子100c连接，而且与点火线圈20的初级线圈22连接。主IGBT110的发射极与点火装置100的发射极端子100e连接，而且接地。在主IGBT110的集电极-栅极之间连接着以初级电压箝位电路为目的的齐纳二极管ZD1。
读出IGBT120构成用于检测流入主IGBT110的电流的分流(shunt)电路。读出IGBT120的栅极连接主IGBT110的栅极，它的集电极连接主IGBT110的集电极。读出IGBT120的发射极经由电流检测电阻Rs连接主IGBT110的发射极。
电流限制电路由电流检测电阻Rs、基准电压电路14、电压比较器144、以及NMOS晶体管146构成。基准电压电路144产生基准电压Vref。电压比较器144将基准电压电路142产生的基准电压Vref和在电流检测电阻Rs中产生的电压进行比较。若电流检测电阻Rs的电压变成大于基准电压Vref，那么，电压比较器144就使NMOS晶体管146接通，通过降低外加的主IGBT110的栅极上的电压，使主IGBT110变成不饱和状态，从而对集电极电流加以电流限制。
反馈电路150连接在主IGBT110的集电极和栅极之间。反馈电路150是使反馈电流从主IGBT110的集电极流入主IGBT110的栅极的电路。IGBT110，由于其元件的特征，负反馈功能非常微弱，因此，在电流限制开始时集电极电压波动大。为了抑制这种波动，在集电极电压比栅极电压高的场合，反馈电路150将工作、以便使微小电流从集电极流入栅极后提高栅极电位。
而且，在反馈电路150中具备构成使不需要的电流(在IGBT内部产生的寄生电流)流入主IGBT110的发射极的漏泄通路的齐纳二极管ZD2。此外，关于反馈电路150的详细构成将使用图3后述。
在这里，使用图3说明本实施形态的点火装置100的安装构造。
图2是表示本发明的一个实施形态的内燃机点火装置的安装构造的平面图。
IGBT单片基片100’是将由图1所示的IGBT110、电流限制电路140和输入级保护电路130等组成的点火装置100集成在1芯片上形成的单片基片。IGBT单片基片100’使用焊剂等连接固定在兼作集电极端子200c的板极200上。图1所示的点火装置100的集电极端子100c与板极200连接。输入端子200in使用焊接线BW焊接在点火装置100的输入端子100in上。发射极端子200e使用焊接线BW焊接在点火装置100的发射极100e上。IGBT单片基片100’、板极200、发射极端子200e、以及输入端子200in使用传送模(transfer mold)树脂210在1芯片封装体上形成。
接着，使用图3和图4说明本实施形态的点火装置100中的IGBT内部产生的寄生电流的影响及其降低效果。
图3是说明在本发明的一个实施形态的点火装置100中的IGBT内部产生的寄生电流的影响及其降低效果的电路图，图4是在本发明的一个实施形态的点火装置100中的IGBT内部产生的寄生电流的影响及其降低效果的说明图。此外，与图1相同的符号表示相同部分。
如图3所示那样，反馈电路150由构成恒流电路的耗尽型IGBT152、以及电阻R4构成。耗尽型IGBT152的集电极与主IGBT110的集电极连接。耗尽型IGBT152的基极和发射极相互连接，而且被连接到电阻R4的一端。电阻R4的另一端与主IGBT110的基极连接。在主IGBT110的集电极电位上升的状态下，耗尽型IGBT152通过向栅极供给恒电流而控制IGBT54，从而即使在电流限制开始时集电极电压有大的波动，也能使微小电流从集电极流入栅极，提高栅极电位，抑制这种波动。
在这里，在IGBT单片基片100’上的用自隔离型构成的纵向耗尽型IGBT152中，如图3和图4所示那样，存在形成进入寄生PNP晶体管Tr、IGBT芯片侧面的寄生电阻Rp。结果，寄生PNP晶体管Tr在主IGBT110的电流遮断时，通过由于在IGBT单片基片内的N+缓冲层的电位梯度上产生的电子电流而驱动基极，并使放大的寄生电流流入该集电极。另外，由于在芯片侧面存在的寄生电阻Rp的大小使寄生PNP晶体管Tr的外观上的Hfe分散，因此，不能限定寄生电流、成为过大电流流过的主要原因。
因此，在本实施形态中，如图3所示那样，在耗尽型IGBT152和串联电阻R4之间连接着齐纳二极管ZD2。齐纳二极管ZD2的阳极与主IGBT110的发射极连接。通过在IGBT单片基片内的N+缓冲层中产生的电子电流驱动寄生PNP晶体管Tr的基极，并使放大的电流流入集电极。但是，若在串联电阻R4中产生的电压降变成大于齐纳二极管ZD2的齐纳电压，那么，由于电流作为不需要的电流Ir全部流入IGBT110的发射极，因此，降低这种不需要的电流对IGBT110的栅极的影响。
此处，使用图5和图6说明在没有设置齐纳二极管ZD2的场合的寄生电流。
图5是说明在IGBT内部产生的寄生电流的电路图，图6是在IGBT内部产生的寄生电流的说明图。此外，与图3、图4相同的符号表示相同部分。
寄生PNP晶体管Tr的基极通过在主IGBT110的电流遮断时用在IGBT基片内的N+缓冲层的电位梯度产生的电子电流被驱动，结果，被寄生PNP晶体管Tr的集电极放大的寄生电流Ir’流入主IGBT110的栅极，不必要地使栅极的电位上升。尤其是，通过电流遮断时的集电极电压上升，有可能产生过大的寄生电流Ir’，因此，栅极电位升高，遮断动作变得不稳定。
象以上所说明的那样，若依据本实施形态，通过设置使来自主IGBT110的集电极的寄生电流的影响引起的不需要的电流流入象齐纳二极管ZD2那样的发射极的路径，就能得到稳定的点火线圈的电流遮断动作。因此，就能够用在自隔离层中制作的晶体管构成象电流限制电路和输入级保护电路那样的控制电路。因此，就有可能用最少的工序集成在IGBT的单片硅基片上，能够制成动作稳定、可靠性高的1芯片点火电极。
若依据本发明，就能够使内燃机点火装置中的点火线圈的电流遮断动作稳定化。

Claims (3)

1.一种内燃机点火装置，它具有根据输入的点火控制信号对流入点火线圈的初级电流进行通电/遮断控制后在点火线圈的次级产生高电压的电源转换部分(110)、限制上述初级电流的电流限制电路(140)、以及连接上述电源转换部分的集电极和栅极的连接电路(150)，并将上述电源转换部分和上述电流限制电路集成在绝缘栅极型双极功率晶体管的单片硅基片上，其特征在于，
具备使在上述单片硅基片内部产生的寄生电流流入上述电源转换部分的发射极的路径(ZD2)。
2.如权利要求1所述的内燃机点火装置，其特征在于，
上述连接电路具备阻抗元件，
上述路径具备根据上述阻抗元件的电压降进行动作的齐纳二极管(ZD2)。
3.如权利要求1所述的内燃机点火装置，其特征在于，
上述连接电路由构成在上述单片硅基片上形成的恒流电路的耗尽绝缘栅极型双极功率晶体管(152)、以及与该耗尽绝缘栅极型双极功率晶体管连接的电阻(R4)构成，
上述路径由连接在上述耗尽绝缘栅极型双极功率晶体管和上述电阻之间的同时，在上述电阻中产生的电压变成大于齐纳电压的场合，使该电流流入上述电源转换部分的发射极的齐纳二极管构成。
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