DE112019001263T5 - Schaltsteuerschaltung und zündvorrichtung - Google Patents

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Rohm Co Ltd
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Abstract

Eine Schaltsteuerschaltung steuert ein Schaltelement, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und zwar gemäß einem Zündsignal. Das Schaltelement beinhaltet einen Transistor und ein Schutzelement, das zwischen einem Kollektor und einem Gate des Transistors verbunden ist. Die Schaltsteuerschaltung verwendet eine Spannung an einem Gate-Terminal, das bzw. die den Transistor steuert, oder eine Spannung entsprechend einem Kollektor-Strom des Transistors als eine Erfassungsspannung und erzeugt ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das technische Gebiet bezieht sich auf eine Schaltsteuerschaltung und eine Zündvorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine herkömmliche Zündanlage eines mit Kraftstoff betriebenen Fahrzeugs beinhaltet eine Zündvorrichtung, die eine Zündspule steuert, die mit einer Zündkerze verbunden ist. Die Zündvorrichtung beinhaltet ein Schaltelement, das mit der Zündspule verbunden ist, und eine Steuerschaltung, die das Schaltelement ein-aus-steuert, und zwar gemäß einem Zündbefehlssignal, das von einer Motorsteuereinheit („engine control unit“, ECU) bereitgestellt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Das Schaltelement wird derart ein-aus-gesteuert, dass die Zündvorrichtung eine hohe Spannung, die der Zündkerze zugeführt wird, mit der Zündspule erzeugt.
  • DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2016-098776
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Probleme, die die Erfindung lösen soll
  • Die Zündkerze erzeugt möglicherweise keinen Zündfunken („spark“) , in welchen Fall eine Fehlzündung („misfire“) auftritt. Eine Fehlzündung kann eine Motorrotation oder dergleichen beeinflussen. Demzufolge besteht eine Notwendigkeit danach, einen Status einer Fehlzündung zu erfassen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltsteuerschaltung und eine Zündvorrichtung anzugeben, die eine Fehlzündungs-Statuserfassung ermöglichen.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Eine Schaltsteuerschaltung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Schaltsteuerschaltung, die ein Schaltelement steuert, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und zwar gemäß einem Zündsignal („ignition signal“). Das Schaltelement beinhaltet einen Transistor und ein Schutzelement, das zwischen einem Kollektor und einem Gate des Transistors verbunden ist. Die Schaltsteuerschaltung beinhaltet eine Statuserfassungsschaltung, die eine Spannung an einem Gate-Terminal, die bzw. das den Transistor steuert, oder eine Spannung, die einem Kollektor-Strom des Transistors entspricht, als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  • Eine Zündvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Schaltelement, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und eine Schaltsteuerschaltung, die das Schaltelement gemäß einem Zündsignal steuert. Das Schaltelement beinhaltet einen Transistor und ein Schutzelement, das zwischen einem Kollektor und einem Gate des Transistors verbunden bzw. angeschlossen ist. Die Schaltsteuerschaltung beinhaltet eine Statuserfassungsschaltung, die eine Spannung an einem Gate-Terminal, die bzw. das den Transistor steuert, oder eine Spannung, die einem Kollektor-Strom des Transistors entspricht, als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  • Eine Schaltsteuerschaltung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Schaltsteuerschaltung, die ein Schaltelement steuert, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und zwar gemäß einem Zündsignal. Das Schaltelement beinhaltet einen Transistor und ein Schutzelement, das zwischen einem Terminal, das mit der primären Spule verbunden ist, und einem Steuerterminal des Transistors verbunden ist. Eine Statuserfassungsschaltung verwendet eine Kollektor-Spannung des Transistors als eine Erfassungsspannung und erzeugt ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung.
  • Eine Zündvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Schaltelement, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und eine Schaltsteuerschaltung, die das Schaltelement gemäß einem Zündsignal steuert. Das Schaltelement beinhaltet einen Transistor und ein Schutzelement, das zwischen einem Terminal, das mit der primären Spule verbunden ist, und einem Steuerterminal des Transistors verbunden ist. Die Schaltsteuerschaltung beinhaltet eine Statuserfassungsschaltung, die eine Kollektor-Spannung des Transistors als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Die Aspekte der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine Fehlzündungs-Statuserfassung.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2A ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2B ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb einer Fehlzündungs-Erfassungsschaltung darstellt.
    • 3A ist ein Signalverlauf-Schaubild, das die Spannung an jedem Teil einer Zündvorrichtung während einer normalen Zündung darstellt.
    • 3B ist ein Signalverlauf-Schaubild, das die Spannung an jedem Teil einer Zündvorrichtung während einer Fehlzündung darstellt.
    • 4 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb der Schaltsteuerschaltung darstellt.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm einer Zündanlage.
    • 6 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel des äußeren Erscheinungsbildes der Zündvorrichtung zeigt.
    • 7 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Beispiel des äußeren Erscheinungsbildes der Zündvorrichtung zeigt.
    • 8 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der inneren Konfiguration der Zündvorrichtung zeigt.
    • 9 ist eine schematische Draufsicht eines Schaltelementes.
    • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltelementes.
    • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht des Schaltelementes.
    • 12 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 13 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb einer Schaltsteuerschaltung des modifizierten Beispiels darstellt.
    • 14 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 15 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb der Schaltsteuerschaltung des modifizierten Beispiels darstellt.
    • 16 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 17 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, da eine Zündanlage einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 18 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage einer zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 19 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 20A ist ein Signalverlauf-Schaubild, das die Spannung an jedem Teil der Zündvorrichtung („igniter“) während einer normalen Zündung darstellt.
    • 20B ist ein Signalverlauf-Schaubild, das die Spannung an jedem Teil der Zündvorrichtung während einer Fehlzündung darstellt.
    • 21 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 22 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 23 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage („ignition device“) eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 24 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 25 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung der dritten Ausführungsform zeigt.
    • 26A ist ein Signalverlauf-Schaubild, das die Spannung an jedem Teil der Zündvorrichtung („igniter“) während einer normalen Zündung bzw. Zündfolge darstellt.
    • 26B ist ein Signalverlauf-Schaubild, das die Spannung an jedem Teil der Zündvorrichtung während einer Fehlzündung darstellt.
    • 27 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb der Schaltsteuerschaltung darstellt.
    • 28 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der inneren Konfiguration der Zündvorrichtung zeigt.
    • 29 ist ein Erläuterungsdiagramm eines Widerstandselementes.
    • 30 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der inneren Konfiguration der Zündvorrichtung zeigt.
    • 31 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 32 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb der Schaltsteuerschaltung des modifizierten Beispiels zeigt.
    • 33 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 34 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das den Betrieb der Schaltsteuerschaltung des modifizierten Beispiels darstellt.
    • 35 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Schaltsteuerschaltung eines modifizierten Beispiels darstellt.
    • 36 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage eines modifizierten Beispiels zeigt.
    • 37 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage einer vierten Ausführungsform zeigt.
    • 38 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der inneren Konfiguration der Zündvorrichtung zeigt.
    • 39 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel des Layouts von funktionalen integrierten Schaltungen („ICs“) einer Schaltsteuerschaltung darstellt.
    • 40 ist eine schematische Draufsicht eines Schutzelementes.
    • 41 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Schutzschaltung darstellt.
    • 42 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm der Schutzschaltung.
    • 43A ist eine schematische Querschnittsansicht eines NMOSFET.
    • 43B ist eine schematische Querschnittsansicht eines NMOSFET, bei dem eine Verschiebung („displacement“) aufgetreten ist.
    • 44A ist ein Erläuterungsdiagramm, das zeigt, wie das Schutzelement mit einem NMOSFET gebildet wird.
    • 44B ist ein Erläuterungsdiagramm, das zeigt, wie das Schutzelement mit einem PMOSFET gebildet wird.
    • 45 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage eines modifizierten Beispiels der vierten Ausführungsform zeigt.
    • 46 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Schutzelement einer Schutzschaltung zeigt.
    • 47 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm der Schutzschaltung.
    • 48 ist ein schematisches Blockschaltungsdiagramm, das eine Zündanlage eines modifizierten Beispiels zeigt.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen und modifizierte Beispiele werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsformen und die modifizierten Beispiele, die nachstehend beschrieben werden, stellen Beispiele von Konfigurationen und Verfahren zum Ausführen eines technischen Konzeptes dar und sollen das Material, die Form, die Struktur, die Anordnung, die Abmessungen und dergleichen von jeder Komponente, die beschrieben wird, nicht einschränken. Die Ausführungsformen und modifizierten Beispiele, die nachstehend beschrieben sind, können verschiedene Modifikationen erfahren.
  • In der vorliegenden Beschreibung beinhaltet „ein Zustand, bei dem Element A mit Element B verbunden ist“ einen Fall, bei dem Element A und Element B physisch direkt miteinander verbunden sind, und einen Fall, bei dem Element A und Element B indirekt verbunden sind, und zwar mittels eines anderen Elementes, das den elektrischen Verbindungszustand nicht beeinträchtigt.
  • In ähnlicher Weise beinhaltet „ein Zustand, bei dem Element C zwischen Element A und Element B angeordnet ist“ einen Fall, bei dem Element A direkt mit Element C verbunden ist oder Element B direkt mit Element C verbunden ist, sowie einen Fall, bei dem Element A indirekt mit Element C verbunden ist, und zwar mittels eines anderen Elementes, das den elektrischen Verbindungszustand nicht beeinträchtigt bzw. beeinflusst, oder bei dem Element B indirekt mit Element C verbunden ist, und zwar mittels eines anderen Elementes, das den elektrischen Verbindungszustand nicht beeinflusst.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine erste Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
  • Wie es in 1 und 5 gezeigt ist, beinhaltet die Zündanlage („ignition device“) 1 eine Zündspule 2, eine Diode 3 (siehe 1) und eine Zündvorrichtung („igniter“) 4. Die Zündspule 2 beinhaltet eine primäre Spule 2a und eine sekundäre Spule 2b. Ein erstes Terminal der primären Spule 2a ist mit einer Batterie 5 und mit der Kathode der Diode 3 verbunden, und ein zweites Terminal der primären Spule 2a ist mit einem Ausgangsterminal der Zündvorrichtung 4 verbunden. Ein erstes Terminal der sekundären Spule 2b ist mit der Anode der Diode 3 verbunden und ein zweites Terminal der sekundären Spule 2b ist mit einer Zündkerze 6 verbunden.
  • Die Zündvorrichtung 4, die eine Schaltsteuerschaltung 11 und ein Schaltelement 12 beinhaltet, führt an einem Schaltelement 12 eine Ein-Aus-Steuerung durch, und zwar auf der Grundlage eine Zündbefehlssignal IGT, das von einer ECU 7 bereitgestellt wird. Wenn das Schaltelement 12 mittels des Zündbefehlssignal IGT eingeschaltet ist, wird eine Batteriespannung VBAT an die primäre Spule 2a der Zündspule 2 angelegt, und ein Strom 11, der zu der primären Spule 2a fließt, nimmt der Zeit zu. Wenn das Schaltelement 12 mittels des Zündbefehlssignal IGT ausgeschaltet wird, wird der Strom I1 zu der primären Spule 2a unterbrochen. In diesem Fall wird eine primäre Spannung V1, die proportional ist zu der zeitlichen Ableitung („time derivative“) des Stromes I1, an der primären Spule 2a erzeugt. Ferner wird eine sekundäre Spannung V2, bei der es sich um das Produkt der primären Spannung V1 und dem Wicklungsverhältnis handelt, an der sekundären Spule 2b erzeugt. Wenn die sekundäre Spannung V2 auf diese Art und Weise generiert wird, erzeugt die Zündkerze 6 einen Zündfunken.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Zündvorrichtung 4 ein Hochpotential-Leistungsterminal T1, das mit der Batteriespannung VBAT aus der Batterie 5 versorgt wird, und ein Ausgangsterminal T6, das mit der primären Spule 2a der Zündspule 2 verbunden ist. Ferner beinhaltet die Zündvorrichtung 4 ein Eingangsterminal T5, das mit der ECU 7 verbunden ist, ein Signalausgangsterminal T4 und ein Niedrigpotential-Leistungsterminal T2.
  • Das Zündbefehlssignal IGT von der ECU 7 wird in das Signaleingangsterminal T5 eingegeben. Die Zündvorrichtung 4 gibt ein Zündbestätigungssignal IGF über das Signalausgangsterminal T4 aus.
  • Die Zündvorrichtung 4 beinhaltet die Schaltsteuerschaltung 11, das Schaltelement 12, einen Widerstand R1, Kondensatoren C1 und C2 und einen Widerstand R2, und ist modularisiert und in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen.
  • Ein erstes Terminal des Widerstands R1 ist mit dem Hochpotential-Leistungsterminal T1 verbunden, und ein zweites Terminal des Widerstands R1 ist mit einem Hochpotential-Leistungsterminal P1 der Schaltsteuerschaltung 11 verbunden. Ein erstes Terminal des Kondensators C1 ist zwischen dem Hochpotential-Leistungsterminal T1 und dem Niedrigpotential-Leistungsterminal T2 verbunden bzw. angeschlossen. Der Kondensator C2 ist zwischen einem zweiten Terminal des Widerstands R1 und dem Niedrigpotential-Leistungsterminal T2 verbunden. Die Batteriespannung VBAT wird der Schaltsteuerschaltung 11 über den Widerstand R1 als eine Hochpotential-Leistungsspannung VDD zugeführt. Die Schaltsteuerschaltung 11 wird durch die Hochpotential-Leistungsspannung VDD betätigt. Der Widerstand R1 reduziert beispielsweise eine Stoßspannung („surge voltage“), die der Batteriespannung VBAT überlagert ist, und lindert Belastungen („mitigates stress“), die auf die Schaltsteuerschaltung 11 wirken. Der Kondensators C1 beispielsweise reduziert ein Rauschen (z.B. ein Spike- bzw. Impulsspitzen-Rauschen), das der Batteriespannung VBAT überlagert ist, und stabilisiert die Hochpotential-Leistungsspannung VDD. Der Kondensators C2 beispielsweise funktioniert als ein Bypass-Kondensator, der die Hochpotential-Leistungsspannung VDD stabilisiert.
  • Die Schaltsteuerschaltung 11 beinhaltet ein Eingangsterminal P5, das das Zündbefehlssignal IGT über das Eingangsterminal T5 empfängt, und ein Signalausgangsterminal P4, das das Zündbestätigungssignal IGF ausgibt. Ferner beinhaltet die Schaltsteuerschaltung 11 ein Ausgangsterminal P6, das mit dem Schaltelement 12 verbunden ist, Eingangsterminals P7 und P8, die mit den zwei Terminals des Widerstands R2 verbunden sind, und ein Niedrigpotential-Leistungsterminal P2, das mit dem Niedrigpotential-Leistungsterminal T2 verbunden ist.
  • Die Schaltsteuerschaltung 11 beinhaltet eine Unterspannung-Schutzschaltung 21, eine Überspannung-Schutzschaltung 22, eine Signalerfassungsschaltung 23, eine Über-Betrieb-Schutzschaltung („over duty protection circuit“) 24, einen Gate-Treiber 25, eine Statuserfassungsschaltung 26, eine Überstrom-Schutzschaltung (Stromerfassungsschaltung) 27 und eine Signalausgangsschaltung 28.
  • Die Unterspannung-Schutzschaltung (BUVP: „battery under voltage protection“) 21 vergleicht eine Ansteuerspannung VDD mit einem vorbestimmten Schwellenwert und gibt ein Erfassungssignal K1 aus, das einen Pegel bzw. ein Niveau entsprechend dem Vergleichsergebnis hat. Der Schwellenwert der Unterspannung-Schutzschaltung 21 ist beispielswese in Übereinstimmung mit einer unteren Grenzspannung eines Betriebsspannungsbereiches der Schaltsteuerschaltung 11 eingestellt. Die Überspannung-Schutzschaltung (BOVP: „battery over voltage protection“) 22 vergleicht die Ansteuerspannung mit einer vorbestimmten Schwellenspannung und gibt ein Erfassungssignal K2 aus, das einen Pegel entsprechend dem Vergleichsergebnis hat. Die Schwellenspannung der Überspannung-Schutzschaltung 22 ist beispielsweise in Übereinstimmung mit einer oberen Grenzspannung des Betriebsspannungsbereiches der Schaltsteuerschaltung 11 eingestellt.
  • Die Signalerfassungsschaltung (Signaldetektor) 23 beinhaltet eine Filterschaltung und einen Komparator. Die Signalerfassungsschaltung 23 erfasst das Zündbefehlssignal IGT von der ECU 7 und gibt ein empfangenes Signal Sdet aus. Die Über-Betrieb-Schutzschaltung („over duty protection circuit“) 24 erzeugt ein Steuersignal S1, das dem Gate-Treiber 25 bereitgestellt wird, und zwar aus dem empfangenen Signal Sdet der Signalerfassungsschaltung 23, dem Erfassungssignal K1 der Unterspannung-Schutzschaltung 21 und dem Erfassungssignal K2 der Überspannung-Schutzschaltung 22. Ferner erzeugt die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24 das Steuersignal S1 aus dem empfangenen Signal Sdet, so dass das Schaltelement 12 nicht über eine vorbestimmte Betrieb-Schutzzeit bzw. Abtast-Schutzzeit („duty protection time“) eingeschaltet wird.
  • Der Gate-Treiber („Gate Drive“) 25 gibt aus dem Steuersignal S1 ein Gate-Signal Sg aus, das das Schaltelement 12 ein- und ausschaltet. Das Schaltelement 12 ist durch einen einzelnen Halbleiterchip gebildet, der einen Transistor 31 beinhaltet. Der Transistor 31 ist beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). Terminals (C, G und E) des Transistors 31 können als Terminals des Halbleiterchips oder des Schaltelementes 12 bezeichnet werden.
  • Das Gate-Signal Sg, das von dem Gate-Treiber 25 ausgegeben wird, wird über das Ausgangsterminal P6 an das Gate-Terminal G des Schaltelementes 12 bereitgestellt. Die Überstrom-Schutzschaltung 27 erfasst den Zustand des Kollektor-Stromes Ic (Emitter-Stromes Ie) des Schaltelementes 12, und zwar aus einer Erfassungsspannung (Emitter-Spannung Ve) an einem Knoten zwischen dem Emitter-Terminal E des Schaltelementes 12 und dem Widerstand R2, und erzeugt ein Erfassungssignal CE, das dem Erfassungsergebnis entspricht. Der Gate-Treiber 25 verringert den Pegel einer Spannung Vsg des Gate-Signals Sg, und zwar basierend auf dem Erfassungssignal CE. Dies begrenzt den Kollektor-Strom Ic auf weniger als oder einen Wert gleich der oberen Grenze.
  • Die Statuserfassungsschaltung (Zündstatuserfassungseinrichtung) 26 verwendet die Spannung an dem Gate-Terminal G, das den Transistor 31 des Schaltelementes 12 steuert, als eine Erfassungsspannung und gibt ein Erfassungssignal FE entsprechend der Erfassungsspannung aus. Das Gate-Terminal G wird mit einem Gate-Signal Sg von dem Gate-Treiber 25 versorgt. Demgemäß verwendet die Statuserfassungsschaltung 26 die Spannung des Gate-Signals Sg (Gate-Spannung Vsg) als die Erfassungsspannung, erfasst den Zündstatus der Zündkerze 6 aus der Erfassungsspannung und gibt das Erfassungssignal FE aus. Beispielsweise gibt die Statuserfassungsschaltung 26 das Erfassungssignal FE mit einem hohen Pegel für einen Fall aus, dass die Zündkerze 6 einen Zündfunken erzeugt, d.h. in einem normalen Zustand, bei dem eine normale Zündung stattfindet, und gibt das Erfassungssignal FE mit einem niedrigen Pegel für einen Fall aus, dass die Zündkerze 6 keinen Zündfunken erzeugt, d.h. in einem Fehlzündungszustand, bei dem eine normale Zündung nicht auftritt.
  • Die Signalausgangsschaltung („Ausgangs-Logik“) 28 kombiniert verschiedene Arten von Signalen, einschließlich des Erfassungssignals CE der Überstrom-Schutzschaltung 27, mit dem Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen und das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben. Das Zündbestätigungssignal IGF wird über das Signalausgangsterminal P4 der Schaltsteuerschaltung 11 und das Signalausgangsterminal T4 der Zündvorrichtung 4 an die ECU 7 bereitgestellt.
  • Das Schaltelement 12 beinhaltet den Transistor 31 und ein Schutzelement 32 und ist auf einem einzelnen Halbleitersubstrat integriert, das durch einen Hochspannungsprozess hergestellt ist.
  • Das Schutzelement 32 ist zwischen dem Gate und dem Kollektor eines Leistungstransistors angeordnet, und zwar zum Zwecke des Schutzes gegenüber einer Überspannung. Das Schutzelement 32 beinhaltet beispielsweise eine Diode, die anti-seriell bzw. seriell und gegensinnig zwischen dem Gate und dem Kollektor des Transistors 31 verbunden („anti-series-connected“) ist. Die Diode ist beispielsweise eine Zener-Diode. Wenn der Transistor 31 ausgeschaltet wird und der primäre Strom 11, der zu der primären Spule 2a der Zündspule 2 fließt, unterbrochen wird, erzeugt eine elektromotorische Gegenkraft („back electromotive force“) der primären Spule 2a eine hohe Spannung an dem Kollektor Terminal C des Schaltelementes 12. Wenn eine Spannung, die größer ist als die Klemmenspannung („clamp voltage“) oder die gleich der Klemmenspannung des Schutzelementes 32 ist, zwischen dem Gate und dem Kollektor des Transistors 31 angelegt wird, schaltet das Schutzelement 32 den Transistor 31 ein und gibt die in der primären Spule 2a der Zündspule 2 akkumulierte Energie frei, um den Transistor 31 zu schützen. Das Schutzelement 32 verbessert die Avalanche-Toleranz des Transistors 31.
  • Das Schaltelement 12 kann ein Schutzelement beinhalten, das zwischen dem Gate und einem Emitter des Transistors 31 verbunden ist. Das Schutzelement enthält eine Diode (z.B. Zener-Diode), die anti-seriell zwischen dem Gate und dem Emitter des Transistors 31 verbunden ist und klemmt eine Überspannung (z.B. stoßartiges Rauschen oder dergleichen) zwischen dem Gate und dem Emitter auf eine vorbestimmte Spannung, und zwar zum Zwecke des Schutzes gegenüber einer Überspannung.
  • Das Emitter-Terminal E des Schaltelementes 12 ist über den Widerstand R2 mit dem Niedrigpotential-Leistungsterminal T2 verbunden.
  • Wie es in 2A gezeigt ist, beinhaltet der Gate-Treiber 25 Transistoren M1 und M2, die in Reihe zwischen einem Draht bzw. einer Leitung, der bzw. die die Ansteuerspannung VDD überträgt (nachstehend als die Leistungsleitung VDD bezeichnet), und einem Draht bzw. einer Leitung, der bzw. die eine Niedrigpotentialspannung AGND überträgt (nachstehend als die Masseleitung AGND bezeichnet), seriell verbunden bzw. angeschlossen sind. Der Transistor M1 ist beispielsweise ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor vom P-Kanaltyp (PMOSFET), und der Transistor M2 ist beispielsweise ein MOSFET vom N-Kanaltyp (NMOSFET). Ein Knoten N1 zwischen dem Transistor M1 und dem Transistor M2 ist über einen Widerstand R11 mit dem Ausgangsterminal P6 verbunden.
  • Die Statuserfassungsschaltung 26 beinhaltet Komparatoren 41 und 42, Stromquellen 43 und 44, einen Kondensator C11 und einen Komparator 45.
  • Die invertierenden Eingangsterminals der Komparatoren 41 und 42 werden mit dem Gate-Signal Sg (Gate-Spannung Vsg) versorgt. Das nicht-invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 wird mit der Referenzspannung Vref1 versorgt, und das nicht-invertierende Eingangsterminal des Komparators 42 wird mit einer Referenzspannung Vref2 versorgt. Die Referenzspannungen Vref1 und Vref2 werden in Übereinstimmung mit einer Änderung in der Spannung Vsg eingestellt. Der Komparator 41 vergleicht die Gate-Spannung Vsg und die Referenzspannung Vref1 und gibt ein Signal S11 aus, das einen Pegel hat, der dem Vergleichsergebnis entspricht. Der Komparator 42 vergleicht die Gate-Spannung Vsg und die Referenzspannung Vref2 und gibt ein Signal S12 aus, das einen Pegel hat, der dem Vergleichsergebnis entspricht.
  • Ein erstes Terminal der Stromquelle 43 ist mit der Leistungsleitung VDD verbunden und wird mit der Ansteuerspannung VDD versorgt. Die Stromquelle 43 entspricht einer „ersten Stromquelle.“ Ein zweites Terminal der Stromquelle 43 ist mit einem ersten Terminal des Kondensators C11 verbunden, und ein zweites Terminal des Kondensators C11 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Die Stromquelle 44 ist parallel zu dem Kondensator C11 angeschlossen. Die Stromquelle 43 wird in Antwort auf das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 aktiviert oder inaktiviert. Die aktivierte Stromquelle 43 erzeugt einen Fluss eines vorbestimmten Stromes I11. Der Strom I11 lädt den Kondensator C11 und erhöht eine Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11.
  • Die Stromquelle 44 wird in Antwort auf das Ausgangssignal S12 des Komparators 42 aktiviert oder inaktiviert. Die Stromquelle 44 entspricht einer „zweiten Stromquelle“. Die aktivierte Stromquelle 44 erzeugt einen Fluss eines vorbestimmten Stromes 112. Der Strom 112 entlädt den Kondensator C11 und verringert die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11. Das erste Terminal des Kondensators C11 ist mit dem nicht-invertierenden Terminal des Komparators 45 verbunden, und das invertierende Terminal des Komparators 45 wird mit einer Referenzspannung Vref3 versorgt. Der Komparator 45 vergleicht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11 mit der Referenzspannung Vref3 und gibt das Erfassungssignal FE in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus.
  • Die Signalausgangsschaltung 28 empfängt das Erfassungssignal FE, das von dem Komparator 45 ausgegeben wird, und das Erfassungssignal CE, das von der Überstrom-Schutzschaltung 27 ausgegeben wird, die in 1 gezeigt ist. Ferner wird die Signalausgangsschaltung 28 mit einem Taktsignal CLK versorgt, das eine vorbestimmte Frequenz hat, und zwar von einem Oszillator (OSC) 29. Das Taktsignal CLK ist beispielsweise ein Systemtakt oder ein Signal, das durch Frequenz-Teilen des Systemtakts erhalten wird, und wird dazu verwendet, um das Zündsteuersignal oder dergleichen zu empfangen. Die Signalausgangsschaltung 28 wird gemäß dem Taktsignal CLK betätigt, um das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben, das die Erfassungssignale CE und FE kombiniert.
  • 3A und 3B zeigen Änderungen in einer Kollektor-Emitter-Spannung Vce des Schaltelementes 12 (Transistor 31), des Kollektor-Stromes Ic und einer Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg).
  • Wie es in 3A gezeigt ist, erzeugt dann, wenn der in 1 gezeigte Transistor 31 ausgeschaltet wird, und der primäre Strom der Zündspule 2 unterbrochen wird, der Selbstinduktions-Effekt eine große elektromotorische Gegenkraft an der primären Spule 2a der Zündspule 2. Dies erhöht plötzlich die Kollektor-Emitter-Spannung Vce. Der wechselseitige Induktionseffekt mit der primären Spule 2a erzeugt eine große elektromotorische Kraft, und zwar entsprechend dem Wicklungsverhältnis, an der sekundären Spule 2b. Die elektromotorische Kraft der sekundären Spule 2b, die auf diese Art und Weise erzeugt wird, legt eine extrem hohe sekundäre Spannung V2 an die Zündkerze 6 an, so dass die Zündkerze 6 einen Zündfunken erzeugt. Wenn ein Zündfunken auf eine normale Art und Weise erzeugt wird, geht Energie verloren. Dies verringert schnell den Kollektor-Strom Ic des Transistors 31 und verringert schnell die Kollektor-Emitter-Spannung Vce, und zwar gemäß dem Kollektor-Strom Ic. Ferner werden der Kollektor-Strom Ic und die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) zu einem niedrigen Potentialpegel (0). Auf diese Art und Weise, wenn die Zündkerze 6 auf normale Art und Weise gezündet wird, nehmen die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) und der Kollektor-Strom Ic innerhalb einer kurzen Periode bzw. Zeitspanne auf einen vorbestimmten Pegel ab.
  • Wie es in 3B gezeigt ist, wird in einem Fall, bei dem die Zündkerze 6 keinen Zündfunken erzeugt, die Kollektor-Emitter-Spannung Vce als eine hohe Spannung aufrechterhalten. Die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) nimmt langsam ab. Ferner verringern die parasitäre Kapazität und Induktivität der Zündspule 2 graduell den Kollektor-Strom Ic, während dieser wiederholt zunimmt und abnimmt. Wenn die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) und der Kollektor-Strom Ic niedriger werden als vorbestimmte Werte, nimmt die Kollektor-Emitter-Spannung Vce ab.
  • Auf diese Art und Weise verringert sich gemäß dem Status der Zündkerze 6 die Gate-Emitter-Spannung VGE und der Kollektor-Strom Ic auf unterschiedliche Art und Weise, und die Zeitspanne, während der die Kollektor-Emitter-Spannung Vce auf einem hohen Pegel aufrechterhalten wird, wird unterschiedlich.
  • Die Statuserfassungsschaltung 26, die in 1 und 2A gezeigt ist, erfasst den Status der Zündkerze 6 aus diesen Spannungsänderungen und gibt das Erfassungssignal FE aus. In der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Statuserfassungsschaltung 26 den Status von der Gate-Spannung Vsg und gibt das Erfassungssignal FE aus. Anschließend kombiniert die Signalausgangsschaltung 28 das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26 mit einem anderen Signal, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen. Das Zündbestätigungssignal IGF, das auf diese Art und Weise kombiniert wird, wird von dem Signalausgangsterminal P4 ausgegeben. Dies ermöglicht, dass die Erfassungsergebnisse einer Vielzahl von Erfassungsschaltungen aus dem gleichen Signalausgangsterminal P4 ausgegeben werden, und beschränkt eine Größenzunahme der Zündvorrichtung 4.
  • Wie es in 2A gezeigt ist, vergleicht die Statuserfassungsschaltung 26 die Gate-Spannung Vsg und die Referenzspannungen Vref1 und Vref2, und zwar mittels der Komparatoren 41 und 42. Die Referenzspannungen Vref1 und Vref2 werden für die Gate-Spannung Vsg in Entsprechung zu der Zeitspanne eingestellt, während der die Kollektor-Emitter-Spannung Vce auf einem hohen Pegel gehalten wird, wie es in 3B gezeigt ist (Zeitspanne, die durch Pfeile gezeigt ist).
  • Das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 lädt den Kondensator C11, und das Ausgangssignal S12 des Komparators 42 entlädt den Kondensator C11. Demgemäß entspricht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11 Änderungen in der Gate-Emitter-Spannung VGE (der Gate-Spannung Vsg), die in 3A und 3B gezeigt ist.
  • Der obere Teil von 2B zeigt Änderungen in der Spannung V11, und zwar korrespondierend zu 3A. In 2B stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und die vertikale Achse stellt die Spannung dar. Zum Zeitpunkt t1, wenn die Gate-Spannung Vsg niedriger wird als die Referenzspannung Vref1, lädt die in 2A gezeigte Stromquelle 43 den Kondensator C11 und erhöht die Spannung V11. Wenn die Zündkerze 6, die in 1 und 5 gezeigt ist, einen Zündfunken auf eine normale Art und Weise erzeugt, und zwar zu einem Zeitpunkt t2, wird die Gate-Spannung Vsg kleiner als die Referenzspannung Vref2. Im Ergebnis entlädt die in 2A gezeigte Stromquelle 44 den Kondensators C11 und verringert die Spannung V11. Die Referenzspannung Vref3, die in 2A gezeigt ist, wird so eingestellt, dass sie höher ist als die Spannung V11, die innerhalb einer solchen kurzen Zeitspanne zunimmt und dann wieder abnimmt. Demzufolge gibt der Komparator 45 das Erfassungssignal FE mit einem hohen Pegel aus.
  • Der untere Teil von 2B zeigt Änderungen in der Spannung V11 in Entsprechung zu 3B. Zu einem Zeitpunkt t1, wenn die Gate-Spannung Vsg niedriger wird als die Referenzspannung Vref1, lädt die in 2A gezeigte Stromquelle 43 den Kondensator C11 und erhöht die Spannung V11. Wenn die in 1 und 5 gezeigte Zündkerze keinen Zündfunken auf eine normale Art und Weise erzeugt, wird, und zwar zu einem Zeitpunkt t3, die Gate-Spannung Vsg kleiner als die Referenzspannung Vref2. Im Ergebnis entlädt die Stromquelle 44, die in 2A gezeigt ist, den Kondensator C11 und verringert die Spannung V11.
  • Von dem bzw. nach dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t3 ist die Spannung V11 höher als die Referenzspannung Vref3. Im Ergebnis gibt der Komparator 45 das Erfassungssignal FE mit einem niedrigen Pegel aus. Wenn die Spannung V11 abnimmt und niedriger wird als die Referenzspannung Vref3, gibt der Komparator 45 das Erfassungssignal FE mit einem hohen Pegel aus.
  • Die Signalausgangsschaltung 28, die in 1 und 2A gezeigt ist, erzeugt das Zündbestätigungssignal IGF auf der Grundlage des Erfassungssignals FE.
  • 4 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das ein Beispiel des Betriebs der Zündvorrichtung 4 darstellt.
  • Die ECU 7, die in 1 gezeigt ist, gibt das puls-förmige Zündbefehlssignal IGT in vorbestimmten Zündzyklen aus. 4 zeigt Zyklus N (N cycle), Zyklus N+1 (N+1 cycle) und Zyklus N+2 (N+2 cycle). Ein Fall, bei dem eine normale Zündung auftritt, und zwar im Zyklus N, und eine Zündung nicht auftritt, und zwar im Zyklus N+1, werden nunmehr beschrieben.
  • In dem Zyklus N, und zwar während einer Zeitspanne, während der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat, schaltet die Zündvorrichtung 4 den Transistor 31 des Schaltelementes 12 ein. Wenn der Transistor 31 eingeschaltet ist, ist die Batteriespannung VBAT zwischen den zwei Terminals der primären Spule 2a angelegt und der Strom, der über die primäre Spule 2a und dem Transistor 31 fließt, nämlich der Kollektor-Strom Ic des Transistors 31, nimmt mit der Zeit zu.
  • Die in 1 gezeigte Überstrom-Schutzschaltung 27 erzeugt das puls-förmige Erfassungssignal CE auf der Grundlage des Kollektor-Stromes Ic, der während der Zeitspanne zunimmt, während der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat.
  • Wenn das Zündbefehlssignal IGT auf einen niedrigen Pegel umschaltet bzw. verschoben wird, schaltet die Zündvorrichtung 4 den Transistor 31 aus und unterbricht den Kollektor-Strom Ic, nämlich den primären Strom der primären Spule 2a. Auf diese Art und Weise wird die primäre Spannung V1, die proportional ist zu der zeitlichen Ableitung des Stromes Ic, an der primären Spule 2a erzeugt. Ferner wird an der sekundären Spule 2b die sekundäre Spannung V2 erzeugt, die proportional ist zu der primären Spannung V1.
  • Wenn ein Zündfunken auf eine normale Art und Weise erzeugt wird, nehmen die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) und der Kollektor-Strom Ic innerhalb einer kurzen Zeitspanne ab. Demzufolge gibt die in 1 und 2A gezeigte Statuserfassungsschaltung 26 das Erfassungssignal FE mit einem hohen Pegel aus.
  • Als Nächstes schaltet in dem Zyklus N+1 (N+1 cycle) die Zündvorrichtung 4 den Transistor 31 des Schaltelementes 12 während einer Zeitspanne ein, während der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat. Die in 1 gezeigte Überstrom-Schutzschaltung 27 erzeugt das puls-förmige Erfassungssignal CE auf der Grundlage des Kollektor-Stroms Ic, der während der Zeitspanne zunimmt, während der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat.
  • Wenn das Zündbefehlssignal IGT auf einen niedrigen Pegel schaltet bzw. schiftet, schaltet die Zündvorrichtung 4 den Transistor 31 aus und unterbricht den Kollektor-Strom Ic, nämlich den primären Strom der primären Spule 2a. Wenn ein Zündfunken nicht erzeugt wird, verringern sich der Kollektor-Strom Ic und die Gate-Emitter-Spannung VGE über eine lange Zeitspanne. Die Statuserfassungsschaltung 26, die in 1 und 2A gezeigt ist, erzeugt das Erfassungssignal FE auf einem niedrigen Pegel, und zwar basierend auf der Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg). Das Zündbestätigungssignal IGF, das das Erfassungssignal FE kombiniert bzw. in Kombination einbezieht, ermöglicht, dass ein ungültiger bzw. defekter Zündfunken (eine Fehlzündung) leicht herausgefunden wird.
  • Wie es in 2A gezeigt ist, lädt und entlädt die Statuserfassungsschaltung 26 den Kondensator C11 auf der Grundlage der Ausgangssignale S11 und S12 der Komparatoren 41 und 42, die die Gate-Spannung Vsg und die Referenzspannungen Vref1 bzw. Vref2 vergleichen, und gibt das Erfassungssignal FE auf der Grundlage der Ladespannung V11 des Kondensators C11 aus. Selbst wenn die Gate-Spannung Vsg durch Rauschen oder dergleichen Fluktuationen unterzogen ist, kann demgemäß ein fehlerhafter Betrieb, der durch Rauschen hervorgerufen wird, vermieden werden. Wenn beispielsweise die Gate-Spannung Vsg niedriger wird als die Referenzspannung Vref1, erzeugt die Stromquelle 43, die von dem Ausgangssignal S11 des Komparators 41 aktiviert ist, einen Fluss des Stromes I11, der das Laden des Kondensators C11 einleitet. Wenn anschließend die Gate-Spannung Vsg höher wird als die Referenzspannung Vref1, und zwar auf Grund von Rauschen oder dergleichen, inaktiviert das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 die Stromquelle 43. D.h., es wird nur das Laden des Kondensators C11 beendet, und die Ladespannung V11 des Kondensators C11 nimmt nicht ab. Wenn dann die Gate-Spannung Vsg wieder niedriger wird als die Referenzspannung Vref1, beginnt die Stromquelle 43, die von dem Ausgangssignal S11 des Komparators 41 aktiviert ist, erneut mit dem Laden des Kondensators C11. Auf diese Art und Weise werden Fluktuationen der Ladespannung V11 des Kondensators C11, die durch Rauschen oder dergleichen hervorgerufen würden, verringert. Dies reduziert eine fehlerhafte Bestimmung des Komparators 45, die aus der Ladespannung V11 des Kondensators C11 auf Grund von Rauschen oder dergleichen resultieren würde.
  • Zündvorrichtungsgehäuse
  • 6, 7 und 8 zeigen das Gehäuse („package“) der Zündvorrichtung 4. 6 und 7 zeigen das äußere Erscheinungsbild des Gehäuses. 8 zeigt die Komponenten der Zündvorrichtung 4, die an Anschlussrahmen („lead frames“) montiert sind. 8 zeigt ein Verkapselungsharz 51 mit Doppel-Strich-Linien.
  • Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, beinhaltet die Zündvorrichtung 4 das Verkapselungsharz 51, das Teile der Anschlussrahmen und Komponenten der Zündvorrichtung 4 verkapselt bzw. einhüllt, und Anschlussrahmen F1, F2, F3, F4, F5 und F6, die aus dem Verkapselungsharz 51 heraus vorstehen. Das Verkapselungsharz 51 ist im Wesentlichen kastenförmig und weist eine Seitenfläche auf, von der die Anschlussrahmen F1 bis F6 vorstehen. Die Zündvorrichtung 4 beinhaltet ferner einen Anschlussrahmen F7, der in dem Verkapselungsharz 51 angeordnet ist. Die Anschlussrahmen F1 bis F7 können aus einem leitfähigen Metall gebildet sein, beispielsweise Kupfer (Cu), einer Kupfer-Legierung, Nickel (Ni), einer Nickel-Legierung, einer 42-Legierung, oder dergleichen. Auf die Fläche von jedem der Anschlussrahmen F1 bis F7 kann eine Pd-Plattierung, eine Ag-Plattierung, eine Ni/Pd/Ag-Plattierung oder dergleichen aufgebracht sein. Das Verkapselungsharz 51 kann ein isolierendes Harz sein, beispielsweise ein Epoxidharz.
  • Wie es in 8 gezeigt ist beinhalten die Anschlussrahmen F1 bis F6 Montageabschnitte B1 bis B6 und Anschlussabschnitte T1 bis T6, die sich von den Montageabschnitten B1 bis B6 erstrecken. Die Anschlussabschnitte T1 bis T6 entsprechend den Terminals der Zündvorrichtung 4.
  • Der Widerstand R1 ist zwischen dem Montageabschnitt B1 des Anschlussrahmens F1 und dem Anschlussrahmen F7 verbunden bzw. angeschlossen. Der Kondensator C1 ist zwischen dem Montageabschnitt B1 des Anschlussrahmens F1 und dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 angeschlossen bzw. verbunden. Der Kondensator C1 ist näher an den Anschlussabschnitten T1 und T2 der Anschlussrahmen F1 und F2 angeordnet als der Widerstand R1. Ferner ist der Kondensator C2 zwischen dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 und dem Anschlussrahmen F7 angeschlossen. Der Kondensator C2 und der Kondensator C1 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Widerstandes R1 montiert. Der Widerstand R1 und die Kondensatoren C1 und C2 sind beispielsweise durch eine Ag-Paste, durch ein Lötmittel oder dergleichen verbunden bzw. angeschlossen.
  • Ein Schaltsteuerbauteil 11 ist an dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 montiert, und das Schaltelement 12 ist an dem Montageabschnitt B6 des Anschlussrahmens F6 montiert. Das Schaltsteuerbauteil 11 ist ein IC-Chip, an dem die Schaltsteuerschaltung 11 gebildet ist, die in 1 und 2A gezeigt ist. Das Schaltsteuerbauteil 11 und das Schaltelement 12 sind beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittels oder dergleichen verbunden. Die untere Fläche des Schaltelementes 12 beinhaltet eine Kollektor-Elektrode PC (siehe 10), und die Kollektor-Elektrode PC ist mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittels oder dergleichen mit dem Montageabschnitt B6 verbunden.
  • Ein Gate-Pad PG und ein Emitter-Pad PE, die dem Gate-Terminal G bzw. dem Emitter-Terminal E entsprechen, die in 1 gezeigt sind, liegen gegenüber der oberen Fläche des Schaltelementes 12 frei.
  • Pads P1, P2, P4, P5, P6, P7 und P8, die den in 1 gezeigten Terminals entsprechen, liegen gegenüber der oberen Fläche des Schaltsteuerbauteils 11 frei. Das Pad P1 ist mittels eines Drahtes W1 mit dem Anschlussrahmen F7 verbunden. Das Pad P2 ist mittels eines Drahtes W2 mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden. Das Pad P4 ist mittels eines Drahtes W4 mit dem Montageabschnitt B4 des Anschlussrahmens F4 verbunden. Das Pad P5 ist mittels eines Drahtes W5 mit dem Montageabschnitt B5 des Anschlussrahmens F5 verbunden. Das Pad P6 ist mittels eines Drahtes W6 mit dem Gate-Pad PG des Schaltelementes 12 verbunden. Das Pad P7 ist mittels eines Drahtes W7 mit dem Emitter-Pad PE des Schaltelementes 12 verbunden. Das Emitter-Pad PE des Schaltelementes 12 ist mittels eines Drahtes W9 mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden. Das Pad P8 des Schaltsteuerbauteils 11 ist mittels eines Drahtes W8 mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden.
  • Die Drähte W1, W2, W4, W5, W6, W7 und W8 sind beispielsweise Aluminiumdrähte, die jeweils einen Durchmesser von beispielsweise 125 µm haben. Der Draht W9 ist beispielsweise ein Aluminiumdraht, der einen Durchmesser von beispielsweise 250 µm hat. Der Draht W9 hat einen Widerstandswert („resistance“) von einigen mΩ bis zu einigen Zehnfachen von mΩ, z.B. 5 mΩ. Die Widerstandswertkomponente des Drahtes W9 wirkt als der Widerstand R2, der in 1 gezeigt ist.
  • Draufsicht
  • Wie es in 9 gezeigt ist, ist das Schaltelement 12 rechteckförmig und weist eine obere Fläche auf, an der die Gate-Elektrode (Gate-Pad) PG und die Emitter-Elektrode (Emitter-Pad) PE gebildet sind, und weist eine untere Fläche auf, an der die Kollektor-Elektrode PC (siehe 10) gebildet ist. Das Schaltelement 12 beinhaltet eine Zelle („cell“), innerhalb der Transistoren gebildet sind, und das in 1 gezeigte Schutzelement 32, das durch den Umfangsabschnitt gebildet ist.
  • Querschnittsstruktur des Schaltelementes (Zelle)
  • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Zelle des Schaltelementes 12 zeigt.
  • Das Schaltelement 12 beinhaltet eine N+-Pufferschicht 62 und eine N- -Epitaxialschicht 63, die auf der oberen Fläche eines P+-Substrats 61 gebildet ist, und die Kollektor-Elektrode PC, die auf der unteren Fläche des P+-Substrats 61 gebildet ist. Die Dicke ausgehend von der unteren Fläche des P+-Substrats 61 bis zu der oberen Fläche der N--Epitaxialschicht 63 beträgt beispielsweise 260 µm. Die Dicke des P+ Substrats 61 beträgt beispielsweise 150µm, und die Gesamtdicke der N+-Pufferschicht 62 und der N- -Epitaxialschicht 63 beträgt beispielsweise 90 µm.
  • Eine N+-Diffusionsregion 64 ist auf der oberen Fläche der N--Epitaxialschicht 63 gebildet. P+Diffusionsregionen 65 sind selektiv in der N+-Diffusionsregion 64 gebildet. Ferner sind eine P++-Diffusionsregion 66, die eine höhere Konzentration hat als die P+ -Diffusionregion 65, und eine N++-Diffusionsregion 67, die eine höhere Konzentration hat als die N+-Diffusionsregion 64, selektiv in den P+-Diffusionsregionen 65 gebildet.
  • Eine Gate-Elektrode 69 ist auf der N+-Diffusionsregion 64, die sandwich-artig angeordnet ist durch die bzw. zwischen den P+-Diffusionsregionen 65, und auf den P+-Diffusionsregionen 65 angeordnet, wobei ein Gate-Oxidfilm 68 dazwischen angeordnet ist. Ferner ist die Gate-Elektrode 69 von einem Zwischenschicht-Isolierfilm 70 bedeckt. Der Gate-Oxidfilm 68 ist beispielsweise ein Siliciumoxidfilm. Die Gate-Elektrode 69 ist beispielsweise aus Polysilicium gebildet. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 70 ist beispielsweise ein Siliciumoxidfilm, ein Titanfilm oder ein Titanfilm/Titannitridfilm (Ti/TiN).
  • Ein Emitterdraht 71 ist auf dem Zwischenschicht-Isolierfilm 70 gebildet. Der Emitterdraht 71 ist beispielsweise aus AlSiCu gebildet. Der Emitterdraht 71 hat eine Dicke von beispielsweise 4 µm. Eine Schutzschicht 72 ist auf dem Emitterdraht 71 gebildet. Die Schutzschicht 72 ist beispielsweise aus einem Polyimidharz gebildet.
  • Querschnittsstruktur des Schaltelementes (Umfangsabschnitt)
  • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Umfangsabschnitt des Schaltelementes 12 zeigt.
  • Eine P+-Diffusionsregion 73 und eine N+-Diffusionsregion 74 sind selektiv auf der N--Epitaxialschicht 63 gebildet. Ein Oxidfilm 75 ist selektiv auf der N--Epitaxialschicht 63 gebildet. Der Oxidfilm 75 ist so gebildet, dass er auf der N--Epitaxialschicht 63 dick ist und auf der P+-Diffusionsregion 73 dünn ist.
  • Eine Polysiliciumschicht 76 ist auf dem Oxidfilm 75 gebildet. Ein Siliciumoxidfilm 77 ist auf der Polysiliciumschicht 76 gebildet. Ein Gate-Finger 78 ist mit der Polysiliciumschicht 76 verbunden. Der Gate-Finger 78 dient auch als die gate-seitige Elektrode des Schutzelementes 32 zwischen dem Gate und einer Elektrode des Transistors 31.
  • Eine N-Region 76n und eine P-Region 76p sind abwechselnd bzw. alternierend in der Polysiliciumschicht 76 gebildet. Die N-Region 76n und die P-Region 76p bilden das Schutzelement 32 zwischen dem Gate und dem Kollektor des Transistors 31, das in 1 gezeigt ist.
  • Wie oben beschrieben, hat die vorliegende Ausführungsform die nachstehend beschriebenen Vorteile.
  • (1-1) Die Statuserfassungsschaltung 26 erfasst einen Status von bzw. aus der Gate-Spannung Vsg und gibt das Erfassungssignal FE aus. Anschließend kombiniert die Signalausgangsschaltung 28 das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26 mit einem anderen Signal, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen. Das Zündbestätigungssignal IGF, das auf diese Art und Weise kombiniert wird, ermöglicht es, dass ein falscher bzw. defekter Zündfunken (eine Fehlzündung) der Zündkerze 6 leicht aufgefunden wird.
  • (1-2) Die Statuserfassungsschaltung 26 gibt das Zündbestätigungssignal IGF aus dem Signalausgangsterminal P4 aus. Demgemäß können die Erfassungsergebnisse einer Vielzahl von Erfassungsschaltungen aus dem gleichen Signalausgangsterminal P4 ausgegeben werden, und eine Zunahme der Größe der Zündvorrichtung 4 wird hierdurch beschränkt.
  • (1-3) Die Statuserfassungsschaltung 26 lädt und entlädt den Kondensator C11 auf der Grundlage der Ausgangssignale S11 und S12 der Komparatoren 41 und 42, die die Gate-Spannung Vsg mit den Referenzspannungen Vref1 und Vref2 vergleichen, und gibt das Erfassungssignal FE auf der Grundlage der Ladespannung V11 des Kondensators C11 aus. Selbst wenn die Gate-Spannung Vsg aufgrund von Rauschen oder dergleichen fluktuiert, kann folglich ein fehlerhafter Betrieb, der durch das Rauschen hervorgerufen wird, vermieden werden.
  • Modifizierte Beispiele der ersten Ausführungsform
  • Modifizierte Beispiele der ersten Ausführungsform werden nunmehr beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind solche Komponenten, die die gleichen sind wie die entsprechenden Komponenten der ersten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet bzw. versehen. Derartige Komponenten werden nicht im Detail beschrieben.
  • Wie es in 12 gezeigt ist, beinhaltet eine Schaltsteuerschaltung 11a einen Ausgangspuffer 101 und ein Signalausgangsterminal P3, mit dem das Ausgangsterminal des Ausgangspuffers 101 verbunden ist. Der Ausgangspuffer 101 empfängt das Erfassungssignal FE, das von dem Komparator 45 der Statuserfassungsschaltung 26 ausgebeben wird. Auf diese Art und Weise beinhaltet die Schaltsteuerschaltung 11a das Signalausgangsterminal P3, das dem Ausgang eines Signals FA dediziert zugewiesen ist, dass den Zündstatus anzeigt. Das Signal FA ist ein Beispiel eines einzelnen Zünderfassungssignals, das kein anderes Erfassungssignal beinhaltet.
  • Wie es in 13 gezeigt ist, gibt die Schaltsteuerschaltung 11a das gepulste Erfassungssignal CE auf der Grundlage des Kollektor-Stroms Ic aus, und zwar in einem Zyklus N (N cycle), einem Zyklus N+1 (N+1 cycle) und einem Zyklus N+2 (N+2 cycle). In Übereinstimmung mit der Gate-Emitter-Spannung VGE (der Gate-Spannung Vsg), die sich gemäß dem Zündbefehlssignal IGT des Zyklus N+1 ändert, gibt die Statuserfassungsschaltung 26 ferner das Signal FA aus, das in Übereinstimmung ist mit dem Zündstatus, und zwar vor dem Zündbefehlssignal IGT des darauffolgenden Zyklus N+2. Auf diese Art und Weise kann die ECU 7 den Zündstatus leicht prüfen, und zwar durch Ausgeben des Signals FA getrennt von dem Erfassungssignal CE. Ferner können durch Ausgabe des Signals FA vor dem Zündbefehlssignal IGT des Zyklus N+2 die Pulsbreite und dergleichen des Zündbefehlssignals IGT in dem darauffolgenden Zyklus N+2 eingestellt werden.
  • Wie es in 14 gezeigt ist, beinhaltet eine Schaltsteuerschaltung 11b eine Signalausgangsschaltung 28b. Die Signalausgangsschaltung 28b wird mit dem empfangenen Signal Sdet versorgt, welches das Zündbefehlssignal IGT ist, das von der Signalerfassungsschaltung 23 empfangen wird.
  • Wie es in 15 gezeigt ist, erzeugt die Signalausgangsschaltung 28b das Zündbestätigungssignal IGF in Übereinstimmung bzw. gemäß einem Erfassungssignal der Überstrom-Schutzschaltung 27, das auf dem empfangenen Signal Sdet basiert, und zwar während der Periode, in der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat. Ferner erzeugt die Signalausgangsschaltung 28b das Zündbestätigungssignal IGF in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26, und zwar während der Periode, während der das Zündbefehlssignal IGT einen niedrigen Pegel hat. Eine derartige Schaltsteuerschaltung 11b eliminiert die Notwendigkeit eines separaten Terminals, das das Erfassungssignal FE in Entsprechung zu dem Status ausgibt, begrenzt eine Zunahme der Größe der Schaltsteuerschaltung 11b und ermöglicht es der ECU 7, den Zündstatus leicht zu prüfen. Ferner können durch Ausgabe des Erfassungssignals FE vor dem Zündbefehlssignal IGT des Zyklus N+2 die Pulsbreite und dergleichen des Zündbefehlssignals IGT in dem darauffolgenden Zyklus N+2 eingestellt werden.
  • Wie es in 16 gezeigt ist, beinhaltet die Schaltsteuerschaltung 11c eine Statuserfassungsschaltung 26c. Die Statuserfassungsschaltung 26c beinhaltet die Komparatoren 41 und 42, Spannungsteilerwiderstände R21 und R22, Inverterschaltungen 111 und 113, eine NAND-Schaltung 112, eine Lade-Entlade-Schaltung 120, den Kondensator C11, Transistoren M21 und M22, und den Komparator 45. Die Transistoren M21 und M22 sind beispielsweise NMOSFETs.
  • Die Spannungsteilerwiderstände R21 und R22 sind zwischen dem Ausgangsterminal P6 und der Masseleitung AGND verbunden. Ausgangsknoten der Spannungsteilerwiderstände R21 und R22 sind mit nicht-invertierenden Terminals der Komparatoren 41 und 42 verbunden. Das invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 wird mit einer Schwellenspannung Vthl versorgt, und das invertierende Eingangsterminal des Komparators 42 wird mit einer Schwellenspannung Vth2 versorgt. Das Ausgangsterminal des Komparators 41 ist mit dem Eingangsterminal der NAND-Schaltung 112 verbunden, und das Ausgangsterminal des Komparators 42 ist über die Inverterschaltung 111 mit der NAND-Schaltung 112 verbunden. Das Ausgangsterminal der NAND-Schaltung 112 ist über die Inverterschaltung 113 mit dem Gate-Terminal des Transistors M21 verbunden. Das Source-Terminal des Transistors M21 ist mit der Masseleitung AGND verbunden, und das Drain-Terminal des Transistors M21 ist mit einem Eingangsknoten N21 der Lade-Entlade-Schaltung 120 verbunden.
  • Die Lade-Entlade-Schaltung 120 beinhaltet eine Stromquelle 121 und Transistoren Q1 bis Q5. Die Transistoren Q1 bis Q3 sind beispielsweise PNP-Transistoren, und die Transistoren Q4 und Q5 sind beispielsweise NPN-Transistoren. Die Emitter der Transistoren Q1 bis Q3 sind mit der Leistungsleitung VDD verbunden. Der Kollektor des Transistors Q1 ist mit einem ersten Terminal der Stromquelle 121 verbunden, und ein zweites Terminal der Stromquelle 121 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren Q2 und Q3 sind mit der Basis und dem Kollektor des Transistors Q1 verbunden. Die Transistoren Q1, Q2 und Q3 bilden eine Strom-Spiegel-Schaltung („current-mirror circuit“). Die Transistoren Q2 und Q3 sind so konfiguriert, dass der Betrag bzw. das Maß des fließenden Stromes gleich ist wie bei dem Transistor Q1.
  • Die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 sind mit den Kollektoren der Transistoren Q4 und Q5 verbunden, und die Emitter der Transistoren Q4 und Q5 sind mit der Masseleitung AGND verbunden. Ferner ist der Kollektor des Transistors Q5 (Eingangsknoten N21) mit den Basisanschlüssen der zwei Transistoren Q4 und Q5 verbunden. Ein Ausgangsknoten N22 zwischen dem Transistor Q2 und dem Transistor Q4 ist mit dem Kondensator C11 verbunden. Der Transistor Q4 beinhaltet beispielsweise eine Vielzahl von parallel miteinander verbundenen Transistoren und ist dazu konfiguriert, einen Fluss eines Stromes zu erzeugen, der ein ganzzahliges Vielfaches des Flusses des Stromes ist, der von dem Transistor Q5 erzeugt wird.
  • Der Transistor M22 ist parallel zu dem Kondensator C11 angeschlossen, und das Gate des Transistors M22 wird mit dem empfangenen Signal Sdet versorgt. Das Gate des Transistor M21 kann mit verschiedenen Typen von internen Erfassungssignalen der Schaltsteuerschaltung 11c oder einem Signal versorgt werden, das verschiedene Typen von Signalen kombiniert.
  • Das Ausgangsterminal des Komparators 45 ist mit dem Setz-Terminal S einer Flip-Flop-Schaltung 130 verbunden, und das Rücksetz-Terminal R der Flip-Flop-Schaltung 130 wird mit dem Signal versorgt, mit dem das Gate des Transistors M22 versorgt wird, nämlich dem empfangenen Signal Sdet. Die Flip-Flop-Schaltung 130 gibt das Zündbestätigungssignal IGF aus dem Ausgangsterminal Q aus.
  • In der Statuserfassungsschaltung 26c lädt die Lade-Entlade-Schaltung 120 den Kondensator C11, während der Transistor M21 eingeschaltet ist, und entlädt den Kondensator C11, während der Transistor M21 ausgeschaltet ist. Das Erfassungssignal FE des Komparators 45, das die Spannung V11 des Kondensators C11 erfasst, setzt die Flip-Flop-Schaltung 130 und gibt das Zündbestätigungssignal IGF aus, das dem Zündstatus entspricht, und zwar aus dem Ausgangsterminal Q der Flip-Flop-Schaltung 130. Ferner schaltet das empfangene Signal Sdet, das an das Gate des Transistors M22 geliefert wird, den Transistor M22 ein, um die Spannung V11 des Kondensators C11 auf einen niedrigen Pegel zu verschieben, und setzt die Flip-Flop-Schaltung 130 zurück.
  • Wie es in 17 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 1a die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 4a.
  • Die Zündvorrichtung 4a beinhaltet ein Schaltelement 12a, die Schaltsteuerschaltung 11, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2, und den Widerstand R2 und ist modularisiert und ein einem einzelnen Gehäuse aufgenommen. Die Schaltsteuerschaltung 11 beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, die Statuserfassungsschaltung 26, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und die Signalausgangsschaltung 28.
  • Das Schaltelement 12a ist durch einen einzelnen Halbleiterchip gebildet, der einen Transistor 31a beinhaltet. Der Transistor 31a ist beispielsweise ein SiC-MOSFET. Das Schutzelement 32 ist zwischen dem Gate und dem Drain des Transistors 31a verbunden. Terminals (S, G und D) des Transistors 31a können als die Terminals des Halbleiterchips beschrieben sein, oder des Schaltelementes 12a. Das Gate-Terminal des Transistor 31a ist über einen Widerstand mit dem Ausgangsterminal P6 der Schaltsteuerschaltung 11 verbunden. Das Gate-Signal Sg, das von dem Gate-Treiber 25 ausgegeben wird, wird über das Ausgangsterminal P6 dem Gate-Terminal G des Schaltelements 12a bereitgestellt. Das Source-Terminal des Transistors 31a ist mit dem Widerstand R2 verbunden, und das Drain-Terminal des Transistors 31a ist über das Ausgangsterminal T6 mit der primären Spule 2a der Zündspule 2 verbunden.
  • Die Zündvorrichtung 4a führt an dem Schaltelement 12a eine Ein-Aus-Steuerung durch, und zwar auf der Grundlage des Zündbefehlssignal IGT, das von der ECU 7 bereitgestellt wird. Indem das Schaltelement 12a ein- und ausgeschaltet wird, erzeugt die sekundäre Spannung V2, die an der sekundären Spule 2b der Zündspule 2 erzeugt wird, einen Zündfunken mittels der Zündkerze 6. Die Statuserfassungsschaltung 26 der Schaltsteuerschaltung 11 verwendet die Spannung an dem Gate-Terminal G, das den Transistor 31a des Schaltelementes 12a steuert, als eine Erfassungsspannung und gibt das Erfassungssignal FE entsprechend der Erfassungsspannung aus. Die Signalausgangsschaltung 28 kombiniert verschiedene Arten bzw. Typen von Signalen, einschließlich des Erfassungssignals CE der Überstrom-Schutzschaltung 27, und zwar mit dem Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen und das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben. Die Schaltsteuerschaltung 11a der 12, die Schaltsteuerschaltung 11b der 14 oder dergleichen können als die Schaltsteuerschaltung 11 verwendet werden.
  • Auf diese Art und Weise ermöglicht in der Zündvorrichtung 4a mit dem Schaltelement 12a einschließlich des Transistors 31a, bei dem es sich um einen SiC-MOSFET handelt, das Zündbestätigungssignal IGF beispielsweise, dass ein defekter bzw. falscher Zündfunken (Fehlzündung) der Zündkerze 6 leicht aufgefunden werden kann, und zwar auf die gleiche Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine zweite Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform sind jene Komponenten, bei denen es sich um die gleichen handelt wie die entsprechenden Komponenten der obigen Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Wie es in 18 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 200 die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 201.
  • Die Zündvorrichtung 201 beinhaltet das Schaltelement 12, eine Schaltsteuerschaltung 211, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2 und den Widerstand R2, und ist modularisiert und innerhalb eines einzelnen Gehäuses aufgenommen.
  • Die Schaltsteuerschaltung 211 beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, eine Statuserfassungsschaltung 226, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und die Signalausgangsschaltung 28.
  • Die Statuserfassungsschaltung (Zündstatuserfassungseinrichtung) 226 verwendet die Spannung entsprechend dem Kollektor-Strom Ic des Transistors 31 des Schaltelementes 12 als eine Erfassungsspannung und gibt das Erfassungssignal FE in Entsprechung zu einer Änderung in der Erfassungsspannung aus. Die Statuserfassungsschaltung 226 der vorliegenden Ausführungsform erfasst den Zündstatus der Zündkerze 6 aus dem Emitter-Strom Ie (Kollektor-Strom Ic), der durch den Widerstand R2 fließt, und gibt das Erfassungssignal FE aus. Ein erstes Terminal des Widerstands R2 ist mit dem Emitter des Schaltelementes 12 verbunden, und ein zweites Terminal des Widerstands R2 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Demgemäß erfasst die Statuserfassungsschaltung 226 den Zündstatus der Zündkerze 6 aus einer Spannung Ve am Knoten N31 (Erfassungsknoten zwischen Schaltelement 12 und Widerstand R2), die sich gemäß dem Kollektor-Strom Ic ändert. Beispielsweise gibt die Statuserfassungsschaltung 226 das Erfassungssignal FE mit einem hohen Pegel in einem Fall aus, bei dem die Zündkerze 6 einen Zündfunken erzeugt, d.h. in einem normalen Zustand, bei dem eine normale Zündung bzw. Zündfolge auftritt, und gibt das Erfassungssignal FE mit einem niedrigen Pegel in einem Fall aus, bei dem die Zündkerze 6 keinen Zündfunken erzeugt, d.h. in einem Fehlzündungszustand, bei dem eine normale Zündung bzw. Zündabfolge nicht auftritt.
  • Wie es in 19 gezeigt ist, beinhaltet die Statuserfassungsschaltung 226 die Komparatoren 41 und 42, die Stromquellen 43 und 44, den Kondensator C11 und den Komparator 45.
  • Die invertierenden Eingangsterminals der Komparatoren 41 und 42 sind mit einem Eingangsterminal P7 verbunden und werden mit der Spannung Ve versorgt.
  • Das nicht-invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 wird mit der Referenzspannung Vref1 versorgt, und das nicht-invertierende Eingangsterminal des Komparators 42 wird mit der Referenzspannung Vref2 versorgt. Die Referenzspannungen Vref1 und Vref2 werden in Entsprechung zu einer Änderung in der Spannung Ve eingestellt.
  • Der Komparator 41 vergleicht die Spannung Ve und die Referenzspannung Vref1 und gibt das Signal S11 mit einem Pegel aus, der in Übereinstimmung ist mit dem Vergleichsergebnis. Der Komparator 42 vergleicht die Spannung Ve und die Referenzspannung Vref2 und gibt das Signal S12 mit einem Pegel aus, der in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis ist.
  • Das erste Terminal der Stromquelle 43 ist mit der Leistungsleitung VDD verbunden und wird mit der Ansteuerspannung VDD versorgt. Ein zweites Terminal der Stromquelle 43 ist mit einem ersten Terminal des Kondensators C11 verbunden, und ein zweites Terminal des Kondensators C11 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Die Stromquelle 44 ist parallel mit dem Kondensator C11 verbunden.
  • Die Stromquelle 43 wird in Antwort auf das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 aktiviert oder inaktiviert. Die aktivierte Stromquelle 43 erzeugt einen Fluss eines vorbestimmten Stromes I11. Der Strom I11 lädt den Kondensator C11 und erhöht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11.
  • Die Stromquelle 44 wird in Antwort auf das Ausgangssignal S12 des Komparators 42 aktiviert oder inaktiviert. Die aktivierte Stromquelle 44 erzeugt einen Fluss eines vorbestimmten Stromes 112. Der Strom 112 entlädt den Kondensator C11 und verringert die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11.
  • Das erste Terminal des Kondensators C11 ist mit dem nicht-invertierenden Terminal des Komparators 45 verbunden, und das invertierende Terminal des Komparators 45 wird mit einer Referenzspannung Vref3 versorgt.
  • Der Komparator 45 vergleicht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11 mit der Referenzspannung Vref3 und gibt das Erfassungssignal FE gemäß dem Vergleichsergebnis aus.
  • Die Signalausgangsschaltung 28 empfängt das Erfassungssignal FE, das von dem Komparator 45 ausgegeben wird, und das Erfassungssignal CE, das von der Überstrom-Schutzschaltung 27 ausgegeben wird, die in 1 gezeigt ist. Ferner wird der Signalausgangsschaltung 28 ein Taktsignal CLK bereitgestellt, das eine vorbestimmte Frequenz hat, und zwar von einem Oszillator (OSC) 29.
  • Das Taktsignal CLK ist beispielsweise ein Systemtakt oder ein Signal, das durch Frequenz-Teilen des Systemtakts erhalten wird, und wird dazu verwendet, um das Zündsteuersignal oder dergleichen zu empfangen
  • Die Signalausgangsschaltung wird gemäß dem Taktsignal CLK betätigt, um das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben, das die Erfassungssignale FE und CE kombiniert.
  • 20A und 20B zeigen Änderungen in der Kollektor-Emitter-Spannung Vce des Schaltelementes 12 (Transistor 31), des Kollektor-Stromes Ic und der Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg).
  • Wie es in 20A gezeigt ist, wenn ein Zündfunken auf eine normale Art und Weise erzeugt wird, geht Energie verloren, der Kollektor-Strom Ic des Transistors 31 nimmt schnell ab und die Kollektor-Emitter-Spannung Vce nimmt schnell ab, und zwar gemäß dem Kollektor-Strom Ic. Ferner werden Potentialpegel des Kollektor-Stroms Ic und der Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) niedrig (0). Auf diese Art und Weise, wenn die Zündkerze 6 auf normale Art und Weise gezündet wird, nehmen die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) und der Kollektor-Strom Ic innerhalb einer kurzen Zeitspanne auf einen vorbestimmten Pegel ab.
  • Wie es in 20B gezeigt ist, in einem Fall, bei dem die Zündkerze 6 keinen Zündfunken erzeugt, wird die Kollektor-Emitter-Spannung Vce is als eine hohe Spannung aufrechterhalten. Die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) nimmt langsam ab. Ferner verringern die parasitäre Kapazität und Induktivität der Zündspule 2 graduell den Kollektor-Strom Ic, während dieser wiederholt ansteigt und abfällt. Wenn die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) und der Kollektor-Strom Ic niedriger werden als vorbestimmte Werte, nimmt die Kollektor-Emitter-Spannung Vce ab.
  • Auf diese Art und Weise nehmen gemäß dem Status der Zündkerze 6 die Gate-Emitter-Spannung VGE (Gate-Spannung Vsg) und der Kollektor-Strom Ic unterschiedlich ab, und die Zeitspannen, während der die Kollektor-Emitter-Spannung Vce auf einem hohen Pegel aufrechterhalten wird, sind unterschiedlich.
  • Die Statuserfassungsschaltung 226, die in 19 gezeigt ist, erfasst den Status der Zündkerze 6 aus diesen Spannungsänderungen und gibt das Erfassungssignal FE aus. In der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Statuserfassungsschaltung 226 den Status aus der Spannung Ve, die dem Kollektor-Strom Ic entspricht. Anschließend kombiniert die Signalausgangsschaltung 28 das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 226 mit einem anderen Signal, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen. Das Zündbestätigungssignal IGF, das auf diese Art und Weise kombiniert wird, wird aus dem Signalausgangsterminal P4 ausgegeben. Dies ermöglicht, dass die Erfassungsergebnisse einer Vielzahl von Erfassungsschaltungen aus dem gleichen Signalausgangsterminal P4 ausgegeben werden, und beschränkt eine Zunahme der Vergrößerung bzw. Größenzunahme der Zündvorrichtung 201.
  • Wie es in 19 gezeigt ist, vergleicht die Statuserfassungsschaltung 226 den Kollektor-Strom Ic (Emitter-Spannung Ve: Erfassungsspannung, die in 18 gezeigt ist) und die Referenzspannungen Vref1 und Vref2 mittels der Komparatoren 41 und 42. Die Referenzspannungen Vref1 und Vref2 werden für den Kollektor-Strom Ic in Entsprechung zu der Zeitspanne eingestellt, während der die Kollektor-Emitter-Spannung Vce auf einem hohen Pegel aufrechterhalten wird (Zeitspanne, die durch Pfeile gezeigt ist), wie es in 20B gezeigt ist.
  • Das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 lädt den Kondensator C11, und das Ausgangssignal S12 des Komparators 42 entlädt den Kondensator C11. Demgemäß entspricht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11 Änderungen in dem Kollektor-Strom Ic, der in 20A und 20B gezeigt ist.
  • Wie es in 20B gezeigt ist, verringern die parasitäre Kapazität und Induktivität der Zündspule 2 graduell den Kollektor-Strom Ic, während dieser wiederholt ansteigt und abfällt. Nachdem eine Erfassungsspannung Ve, die auf dem Kollektor-Strom Ic basiert, niedriger wird als die Referenzspannung Vref1, kann die Erfassungsspannung Ve demzufolge höher werden als die Referenzspannung Vref1. In diesem Fall wird das Laden des Kondensators C11 durch das Ausgangssignal S11 des Komparators 41, der in 19 gezeigt ist, unterbrochen. Wenn die Erfassungsspannung Ve wieder niedriger wird als die Referenzspannung Vref1, wird das Laden des Kondensators C11 dann neu gestartet.
  • Wie oben beschrieben, hat die vorliegende Ausführungsform die nachstehend beschriebenen Vorteile.
  • (2-1) Die Statuserfassungsschaltung 226 erfasst den Status auf der Grundlage der Erfassungsspannung Ve entsprechend dem Kollektor-Strom Ic des Transistors 31 und gibt das Erfassungssignal FE aus. Anschließend kombiniert die Signalausgangsschaltung 28 das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26 mit einem anderen Signal, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen. Das Zündbestätigungssignal IGF, das auf diese Art und Weise kombiniert wird, ermöglicht, dass der Status eines Zündfunkens der Zündkerze 6 leicht geprüft werden kann.
  • Modifizierte Beispiele der zweiten Ausführungsform
  • Modifizierte Beispiele der zweiten Ausführungsform werden nunmehr beschreiben. In der nachstehenden Beschreibung sind jene Komponenten, bei denen es sich um die gleichen handelt wie die entsprechenden Komponenten der ersten und zweiten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Derartige Komponenten werden nicht im Detail beschrieben.
  • Wie es in 21 gezeigt ist, beinhaltet eine Schaltsteuerschaltung 211a den Ausgangspuffer 101 und das Signalausgangsterminal P3, mit dem das Ausgangsterminal des Ausgangspuffers 101 verbunden ist. Der Ausgangspuffer 101 empfängt das Erfassungssignal FE, das von dem Komparator 45 der Statuserfassungsschaltung 226 ausgegeben wird. Auf diese Art und Weise beinhaltet die Schaltsteuerschaltung 211a das Signalausgangsterminal P3, das dem Ausgang des Signals FA dediziert zugewiesen ist, das den Zündstatus anzeigt. Auf diese Art und Weise kann dadurch, dass das Signal FA separat von dem Zündbestätigungssignal IGF ausgegeben wird, die ECU 7 den Zündstatus leicht prüfen. Ferner können durch Ausgabe des Signals FA vor dem Zündbefehlssignal IGT des Zyklus N+2 die Pulsbreite und dergleichen des Zündbefehlssignals IGT in dem darauffolgenden Zyklus N+2 eingestellt werden.
  • Wie es in 22 gezeigt ist, beinhaltet eine Schaltsteuerschaltung 211b die Signalausgangsschaltung 28b. Die Signalausgangsschaltung 28b wird mit dem empfangenen Signal Sdet versorgt, das das von der Signalerfassungsschaltung 23 empfangene Zündbefehlssignal IGT ist. Eine derartige Schaltsteuerschaltung 211b eliminiert die Notwendigkeit eines separaten Terminals, das das Signal FE in Entsprechung mit dem Status ausgibt, begrenzt eine Größenzunahme der Schaltsteuerschaltung 211b und ermöglicht es der ECU 7, den Zündstatus auf leichte Art und Weise zu prüfen. Ferner kann die Signalausgangsschaltung 28b durch Ausgabe des Signal FE vor dem Zündbefehlssignal IGT des Zyklus N+2, wie in 15 dargestellt, die Pulsbreite und dergleichen des Zündbefehlssignals IGT in dem darauffolgenden Zyklus N+2 einstellen.
  • Zusatz
  • Wie es in 23 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 200a die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 201a.
  • Die Zündvorrichtung 201a beinhaltet das Schaltelement 12a, die Schaltsteuerschaltung 211, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2 und den Widerstand R2 und ist modularisiert und in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen.
  • Die Schaltsteuerschaltung 211 beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, die Statuserfassungsschaltung 226, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und die Signalausgangsschaltung 28.
  • Das Schaltelement 12a ist gebildet durch einen einzelnen Halbleiterchip, der einen Transistor 31a beinhaltet. Der Transistor 31a ist beispielsweise ein SiC-MOSFET. Die Statuserfassungsschaltung 226 der Schaltsteuerschaltung 211 verwendet eine Spannung Vs entsprechend einem Drain-Strom Id des Transistors 31a des Schaltelementes 12a als eine Erfassungsspannung und gibt das Erfassungssignal FE entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung aus. Beispielsweise erfasst die Statuserfassungsschaltung 226 den Zündstatus der Zündkerze 6 aus einem Source-Strom Is (Drain-Strom Id), der durch den Widerstand R2 fließt, und gibt das Erfassungssignal FE aus. Die Signalausgangsschaltung 28 kombiniert verschiedene Typen von Signalen, einschließlich des Erfassungssignals CE der Überstrom-Schutzschaltung 27, mit dem Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 226, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen und das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben. Die Schaltsteuerschaltung 211a der 21, die Schaltsteuerschaltung 211b der 22 oder dergleichen können als die Schaltsteuerschaltung 211 verwendet werden.
  • Auf diese Art und Weise ermöglicht in der Zündvorrichtung 201a mit dem Schaltelement 12a, das den Transistor 31a beinhaltet, bei dem es sich um einen SiC-MOSFET handelt, das Zündbestätigungssignal IGF beispielsweise, dass ein defekter Zündfunken (Fehlzündung) der Zündkerze 6 leicht aufgefunden werden kann, und zwar auf die gleiche Art und Weise wie bei der zweiten Ausführungsform.
  • Dritte Ausführungsform
  • Eine dritte Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform sind jene Komponenten, bei denen es sich um die gleichen handelt wie die entsprechenden Komponenten der obigen Ausführungsformen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Derartige Komponenten werden nicht im Detail beschrieben.
  • Wie es in 24 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 300 der vorliegenden Ausführungsform die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 301.
  • Die Zündvorrichtung 301 beinhaltet das Schaltelement 12, eine Schaltsteuerschaltung 311, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2, den Widerstand R2, einen Widerstand R31 und ist modularisiert und innerhalb eines einzelnen Gehäuses aufgenommen.
  • Die Schaltsteuerschaltung 311 beinhaltet das Hochpotential-Leistungsterminal P1, das Niedrigpotential-Leistungsterminal P2, das Ausgangsterminal P4, das Eingangsterminal P5, das Ausgangsterminal P6, die Eingangsterminals P7 und P8 und ein Eingangsterminal P11. Die Schaltsteuerschaltung 311 empfängt das Zündbefehlssignal IGT über das Eingangsterminal P5. Die Schaltsteuerschaltung 311 gibt das Zündbestätigungssignal IGF aus dem Ausgangsterminal P4 aus. Die Schaltsteuerschaltung 311 erfasst den Emitter-Strom Ie des Schaltelementes 12 aus der Potentialdifferenz zwischen den zwei Terminals des Widerstands R2, der mit den Eingangsterminals P7 und P8 verbunden ist.
  • Das Eingangsterminal P11 der Schaltsteuerschaltung 311 ist mit einem ersten Terminal des Widerstands R31 verbunden, und ein zweites Terminal des Widerstands R31 ist mit dem Kollektor-Terminal C des Schaltelementes 12 verbunden.
  • Die Schaltsteuerschaltung 311 beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, eine Statuserfassungsschaltung 326, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und die Signalausgangsschaltung 28.
  • Die Statuserfassungsschaltung 326 ist über das Eingangsterminal P11 mit dem ersten Terminal des Widerstands R31 verbunden. D.h., die Statuserfassungsschaltung 326 ist über den Widerstand R31 mit dem Kollektor-Terminal C des Schaltelementes 12 verbunden.
  • Die Statuserfassungsschaltung 326 verwendet die Spannung entsprechend einer Kollektor-Spannung Vc des Transistors 31 des Schaltelementes 12 als eine Erfassungsspannung Vc2 und gibt das Erfassungssignal FE in Entsprechung zu einer Änderung in der Erfassungsspannung Vc2 aus. Die Statuserfassungsschaltung 326 der vorliegenden Ausführungsform ist über den Widerstand R31 mit dem Kollektor-Terminal C des Schaltelementes 12 verbunden. Demgemäß empfängt die Statuserfassungsschaltung 326 eine Spannung, die proportional ist zu der Kollektor-Spannung Vc, als die Erfassungsspannung Vc2. Der Widerstand R31 ist beispielsweise ein Hochspannungs-Widerstand. Eine Vielzahl von in Reihe verbundenen Widerständen für Spannungen niedriger als jene des Widerstandes R31, kann verwendet werden.
  • Die Schwellenspannung Vthl entsprechend der Erfassungsspannung Vc2 wird für die Statuserfassungsschaltung 326 eingestellt. Die Statuserfassungsschaltung 326 vergleicht die Erfassungsspannung Vc2 und die Schwellenspannung Vthl, um den Status der Zündkerze 6 zu erfassen. Anschließend gibt die Statuserfassungsschaltung 326 das Erfassungssignal FE mit einem Pegel entsprechend dem erfassten Status aus. In der vorliegenden Ausführungsform überwacht die Statuserfassungsschaltung 326 die Zeit, während der die Erfassungsspannung Vc2 die Schwellenspannung Vthl überschreitet, und erfasst den Status der Zündkerze 6 gemäß bzw. in Übereinstimmung mit dieser Zeit. Anschließend gibt die Statuserfassungsschaltung 326 das Erfassungssignal FE mit einem Pegel entsprechend dem erfassten Status aus.
  • Die Signalausgangsschaltung 28 kombiniert verschiedene Typen von Signalen, einschließlich des Erfassungssignals CE der Überstrom-Schutzschaltung 27, mit dem Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 326, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen und das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben. Das Zündbestätigungssignal IGF wird über das Signalausgangsterminal P4 der Schaltsteuerschaltung 311 und das Signalausgangsterminal T4 der Zündvorrichtung 4 für die ECU 7 bereitgestellt.
  • Das Schaltelement 12 beinhaltet den Transistor 31 und ein Schutzelement 32 und ist auf einem einzelnen Halbleitersubstrat integriert, das über einen Hochspannungsprozess („high-voltage process“) hergestellt ist. Das Schutzelement 32 wirkt als ein Spannungsklemmenelement, das die Spannung (Emitter-Kollektor-Spannung), die an dem Transistor 31 angelegt ist, klemmt („clamps“), um den Transistor 31 zu schützen.
  • Wie es in 25 gezeigt ist, beinhaltet die Statuserfassungsschaltung 326 den Komparator 41, die Stromquellen 43 und 44, den Kondensator C11, den Komparator 45 und einen Widerstand R32.
  • Das invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 ist über das Eingangsterminal P11 mit dem Widerstand R31 der 24 verbunden. Ferner ist das invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 mit einem ersten Terminal des Widerstands R32 verbunden, und ein zweites Terminal des Widerstands R32 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Der Widerstand R32 und der Widerstand R31 der 24 bilden einen spannungs-teilenden Widerstand bzw. eine spannungs-teilende Widerstandsanordnung, der bzw. die die Kollektor-Spannung Vc teilt. Der Widerstand R31 entspricht dem „ersten Widerstand“ und der Widerstand R32 entspricht dem „zweiten Widerstand.“ D.h., das invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 wird mit einer Teilspannung Vc2 versorgt, die erhalten wird durch Teilen der Kollektor-Spannung Vc durch das Widerstandswertverhältnis des Widerstandes R31 der 24 und des Widerstandes R32. Die Teilspannung Vc2 ist proportional zu der Kollektor-Spannung Vc und kann daher als die Kollektor-Spannung des Schaltelementes 12 bezeichnet werden. Die Widerstandswerte der Widerstände R31 und R32 werden so eingestellt, um die Kollektor-Spannung Vc2 zu erzeugen, die in den Komparator 41 eingegeben werden kann. Beispielsweise kann der Widerstandswert des Widerstands R31 zu dem Widerstandswert des Widerstands R32 ein Verhältnis von 100:1 haben.
  • Das nicht-invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 wird mit einer Referenzspannung Vthl versorgt. Die Referenzspannung Vthl wird in Entsprechung zu einer Änderung in der Kollektor-Spannung Vc2 eingestellt. Der Komparator 41 vergleicht die Kollektor-Spannung Vc2 und die Referenzspannung Vthl und gibt das Signal S11 mit einem Pegel aus, der in Übereinstimmung ist mit dem Vergleichsergebnis.
  • Das erste Terminal der Stromquelle 43 ist mit der Leistungsleitung VDD verbunden und wird mit der Ansteuerspannung VDD versorgt. Ein zweites Terminal der Stromquelle 43 ist mit einem ersten Terminal des Kondensators C11 verbunden, und ein zweites Terminal des Kondensators C11 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Die Stromquelle 44 ist parallel zu dem Kondensators C11 verbunden bzw. angeschlossen.
  • Die Stromquelle 43 wird in Antwort auf das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 aktiviert oder inaktiviert. Die aktivierte Stromquelle 43 erzeugt einen Fluss eines vorbestimmten Strom I11. Der Strom I11 lädt den Kondensators C11 und erhöht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11. Die Stromquelle 44 erzeugt den Fluss des vorbestimmten Stromes 112. Der Strom 112 entlädt den Kondensator C11 und verringert die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11.
  • Das erste Terminal des Kondensators C11 ist mit dem nicht-invertierenden Terminal des Komparators 45 verbunden, und das invertierende Terminal des Komparators 45 wird mit einer Referenzspannung Vref3 versorgt. Der Komparator 45 vergleicht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11 mit der Referenzspannung Vref3 und gibt das Erfassungssignal FE in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Signalausgangsschaltung 28 wird gemäß dem Taktsignal CLK betätigt, um das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben, das das Erfassungssignal FE, das von dem Komparator 45 ausgegeben wird, und das Erfassungssignal CE kombiniert, das von der Überstrom-Schutzschaltung 27 der 24 ausgegeben wird.
  • 26A und 26B zeigen Änderungen in der Kollektor-Emitter-Spannung (Kollektor-Spannung Vc), dem Kollektor-Strom Ic, und der Gate-Emitter-Spannung VGE (der Gate-Spannung Vsg) des Schaltelementes 12 (des Transistors 31).
  • Wie es in 26A gezeigt ist, erzeugt der Selbstinduktions-Effekt dann, wenn der Transistor 31, der in 24 gezeigt ist, ausgeschaltet wird und der primäre Strom der Zündspule 2 unterbrochen wird, eine große elektromotorische Gegenkraft an der primären Spule 2a der Zündspule 2. Dies erhöht schnell bzw. plötzlich die Kollektor-Emitter-Spannung Vce. Der wechselseitige Induktionseffekt mit der primären Spule 2a erzeugt eine große elektromotorische Kraft an der sekundären Spule 2b, die dem Wicklungsverhältnis entspricht. Die elektromotorische Kraft der sekundären Spule 2b, die auf diese Art und Weise erzeugt wird, legt eine extrem hohe sekundäre Spannung V2 an die Zündkerze 6 an, so dass die Zündkerze 6 einen Zündfunken erzeugt. Wenn ein Zündfunken auf eine normale Art und Weise erzeugt wird, geht die Energie verloren bzw. wird verbraucht. Dies verringert schnell den Kollektor-Strom Ic des Transistors 31 und verringert schnell die Kollektor-Spannung Vc gemäß dem Kollektor-Strom Ic auf einen vorbestimmten Pegel. Wenn die Zündkerze 6 auf eine normale Art und Weise gezündet wird, verringert sich auf diese Weise die Kollektor-Spannung Vc innerhalb einer kurzen Zeitspanne auf einen vorbestimmten Pegel.
  • Wie es in 26B gezeigt ist, wird die Kollektor-Spannung Vc (Vc2) in einem Fall, bei dem die Zündkerze 6 keinen Zündfunken erzeugt, auf einer hohen Spannung aufrechterhalten. Die Gate-Emitter-Spannung VGE (die Gate-Spannung Vsg) nimmt langsam ab. Ferner nimmt der Kollektor-Strom Ic gemäß der parasitären Kapazität und Induktivität der Zündspule 2 ab.
  • Auf diese Art und Weise wird gemäß dem Status der Zündkerze 6 die Kollektor-Spannung Vc (Vc2) auf einem hohen Pegel gehalten. Ferner kann die Zeitspanne, während der die Kollektor-Spannung Vc (Vc2) auf einem hohen Pegel gehalten wird, länger sein als jene Zeitspanne, während der die Gate-Emitter-Spannung VGE in einem vorbestimmten Spannungsbereich gehalten wird. Demzufolge kann eine Statuserfassung, die die Kollektor-Spannung Vc (Vc2) verwendet, leichter sein als in einem Fall, bei dem die Gate-Spannung Vsg verwendet wird.
  • Die Statuserfassungsschaltung 326 der vorliegenden Ausführungsform, die in 24 und 25 gezeigt ist, erfasst den Status von der Kollektor-Spannung Vc (Vc2), um das Erfassungssignal FE zu erzeugen. Anschließend kombiniert die Signalausgangsschaltung 28 das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 326 mit einem anderen Signal, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen. Das Zündbestätigungssignal IGF, das auf diese Art und Weise kombiniert wird, wird von dem Signalausgangsterminal P4 ausgegeben. Dies ermöglicht, dass die Erfassungsergebnisse einer Vielzahl von Erfassungsschaltungen aus dem gleichen Signalausgangsterminal P4 ausgegeben werden, und beschränkt eine Zunahme der Größe der Zündvorrichtung 4.
  • Wie es in 25 gezeigt ist, vergleicht die Statuserfassungsschaltung 326 die Kollektor-Spannung Vc2 und die Referenzspannung Vthl mittels des Komparators 41. Die Referenzspannung Vth1 wird eingestellt in Entsprechung zu der Zeitspanne, während der die Kollektor-Spannung Vc (Vc2) auf einem hohen Pegel gehalten wird, wie es in 26B gezeigt ist (Zeitspanne, die durch Pfeile gezeigt ist). Eine Referenzspannung Vth wird in Entsprechung zu der Kollektor-Spannung Vc2 eingestellt, und die Kollektor-Spannung Vc2 ist ein Wert entsprechend der Kollektor-Spannung Vc und dem Widerstandswertverhältnis des Widerstandes R31 der 24 und des Widerstandes R32 der 25. Beispielsweise wird die Referenzspannung Vthl eingestellt, um die Zeitspanne zu messen, in der die Kollektor-Spannung Vc beispielsweise 100 V (Volt) bis 300 V oder größer ist, beispielsweise 200 V oder größer. Das Widerstandswertverhältnis des Widerstands R31 und des Widerstands R32 beträgt beispielsweise 100:1. Folglich wird die Referenzspannung Vthl in einem Bereich von 1 V bis 3 V, beispielsweise 2 V eingestellt.
  • Die Stromquelle 43, die durch das Ausgangssignal S11 des Komparators 41 aktiviert wird, lädt den Kondensator C11. Die Stromquelle 44 entlädt den Kondensator C11. Demgemäß entspricht die Spannung V11 an dem ersten Terminal des Kondensators C11 Änderungen in der Kollektor-Spannung Vc (Vc2), die in 26A und 26B gezeigt ist.
  • 27 ist ein Signalverlauf-Schaubild, das ein Beispiel des Betriebs der Zündvorrichtung 301 darstellt.
  • Die ECU 7, die in 24 gezeigt ist, gibt das puls-förmige Zündbefehlssignal IGT in vorbestimmten Zündzyklen aus. 27 zeigt Zyklus N (N cycle), Zyklus N+1 (N+1 cycle) und Zyklus N+2 (N+2 cycle). Ein Fall, bei dem eine normale Zündung auftritt, und zwar in dem Zyklus N, und bei dem eine Zündung nicht auftritt, und zwar in dem Zyklus N+1, wird nunmehr beschrieben.
  • In jedem Zyklus, und zwar während einer Zeitspanne, während der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat, schaltet die Zündvorrichtung 301 den Transistor 31 des Schaltelementes 12 ein. Wenn der Transistor 31 eingeschaltet ist, ist die Batteriespannung VBAT zwischen den zwei Terminals der primären Spule 2a angelegt und der Strom, der über die primäre Spule 2a und den Transistor 31 fließt, nämlich der Kollektor-Strom Ic des Transistors 31, nimmt mit der Zeit zu. Die Überstrom-Schutzschaltung 27, die in 24 gezeigt ist, erzeugt das puls-förmige Erfassungssignal CE auf der Grundlage des Kollektor-Stroms Ic, der durch das Zündbefehlssignal IGT erhöht ist.
  • Wenn das Zündbefehlssignal IGT auf einen niedrigen Pegel umschaltet bzw. geschiftet wird, schaltet die Zündvorrichtung 301 den Transistor 31 aus und unterbricht den Kollektor-Strom Ic, nämlich den primären Strom der primären Spule 2a. In diesem Fall wird die primäre Spannung V1, die proportional ist zu der zeitlichen Ableitung des Stromes Ic, an der primären Spule 2a erzeugt. Ferner wird die sekundäre Spannung V2, die proportional ist zu der primären Spannung V1, an der sekundären Spule 2b erzeugt. Wenn auf normale Art und Weise ein Zündfunken erzeugt wird, fällt die Kollektor-Spannung Vc innerhalb einer kurzen Zeitspanne ab. Demzufolge gibt die Statuserfassungsschaltung 326, die in 24 und 25 gezeigt ist, das Erfassungssignal FE mit einem hohen Pegel aus.
  • Als Nächstes schaltet die Zündvorrichtung 301 in dem Zyklus N+1 den Transistor 31 des Schaltelementes 12 während einer Zeitspanne ein, während der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat. Wenn dann das Zündbefehlssignal IGT auf einen niedrigen Pegel umschaltet, schaltet die Zündvorrichtung 301 den Transistor 31 aus und unterbricht den Kollektor-Strom Ic, nämlich den primären Strom der primären Spule 2a.
  • Wenn ein Zündfunken nicht auf eine normale Art und Weise erzeugt wird, nimmt die Kollektor-Spannung Vc (Vc2) über eine lange Zeitspanne ab. Die Statuserfassungsschaltung 326, die in 24 und 25 gezeigt ist, erzeugt das Erfassungssignal FE auf einem niedrigen Pegel, und zwar auf der Grundlage der Kollektor-Spannung Vc (Vc2). Das Zündbestätigungssignal IGF, das das Erfassungssignal FE kombiniert, erlaubt, dass ein defekter Zündfunken bzw. ein falsches Zünden (Fehlzündung) leicht aufgefunden werden kann.
  • Zündvorrichtungsgehäuse
  • 28 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der inneren Konfiguration der Zündvorrichtung 301 zeigt.
  • Das äußere Erscheinungsbild der Zündvorrichtung 301 ist das gleiche wie jenes der Zündvorrichtung 4 der ersten Ausführungsform und wird daher nicht dargestellt.
  • Die Zündvorrichtung 301 beinhaltet Anschlussrahmen F11 bis F16 und F21 bis F24 und beinhaltet das Verkapselungsharz 51, das Teile der Anschlussrahmen F11 bis F16 und F21 bis F24 und Komponenten der Zündvorrichtung 301 verkapselt. 28 zeigt das Verkapselungsharz 51 mit Doppel-Strich-Linien. Das Verkapselungsharz 51 ist im Wesentlichen kastenförmig und weist eine Seitenfläche auf, von der die Anschlussrahmen F11 bis F16 als Montageverbindungsterminals (Anschlussabschnitte) T1 bis T6 vorstehen. Das Gehäuse ist ein Single-Inline-Gehäuse („single inline package“, SIP) mit sechs Anschlüssen bzw. sechs Anschlussstiften.
  • Die Anschlussrahmen F11 bis F16 und F21 bis F24 können aus einem leitfähigen Metall gebildet sein, beispielsweise Kupfer (Cu), einer Kupferlegierung, Nickel (Ni), einer Nickellegierung, einer 42-Legierung oder dergleichen. Auf die Flächse von jedem der Anschlussrahmen F11 bis F16 und F21 bis F24 kann eine Pd-Plattierung, eine Ag-Plattierung, eine Ni/Pd/Ag-Plattierung oder dergleichen aufgebracht werden.
  • Das Verkapselungsharz 51 kann ein isolierendes Harz sein, beispielsweise ein Epoxidharz. Ferner hat das Verkapselungsharz 51 eine vorbestimmte Farbe (z.B. schwarz).
  • Die Anschlussrahmen F11 bis F16 beinhalten Montageabschnitte B11 bis B16 und die Anschlussabschnitte T1 bis T6, die sich von den Montageabschnitten B11 bis B16 erstrecken. Die Anschlussabschnitte T1 bis T6 entsprechen den Terminals der Zündvorrichtung 301.
  • Der Widerstand R1 ist zwischen dem Montageabschnitt B11 des Anschlussrahmens F11 und dem Anschlussrahmen F21 verbunden. Der Kondensators C1 ist zwischen dem Montageabschnitt B11 des Anschlussrahmens F11 und dem Montageabschnitt B12 des Anschlussrahmens F12 verbunden. Der Kondensator C1 ist näher an dem Anschlussabschnitt T1 des Anschlussrahmens F11 montiert als der Widerstand R1. Der Kondensator C2 ist zwischen dem Montageabschnitt B12 des Anschlussrahmens F12 und dem Anschlussrahmen F21 verbunden. Der Kondensator C2 und der Kondensators C1 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Widerstands R1 montiert. Der Widerstand R1 und die Kondensatoren C1 und C2 sind beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittels oder dergleichen mit den Anschlussrahmen verbunden.
  • Ein Schaltsteuerbauteil 311 ist auf dem Montageabschnitt B12 des Anschlussrahmens F12 montiert. Das Schaltsteuerbauteil 311 ist ein IC-Chip (Halbleiterbauteil), das die Elemente der Schaltsteuerschaltung 311 integriert, die in 24 und 25 gezeigt ist, und zwar auf einem einzelnen Halbleitersubstrat. Das Schaltsteuerbauteil 311 ist mit dem Anschlussrahmen F12 beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittel oder dergleichen verbunden.
  • Das Schaltelement 12 ist auf dem Montageabschnitt B16 des Anschlussrahmen F16 montiert. Das Schaltelement 12 ist mit dem Anschlussrahmen F16 beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittels oder dergleichen verbunden. Die untere Fläche des Schaltelementes 12 beinhaltet die Kollektor-Elektrode PC, und die Kollektor-Elektrode PC ist mit dem Anschlussrahmen F16 verbunden.
  • Der Widerstand R31 ist zwischen dem Montageabschnitt B16 des Anschlussrahmens F16 und dem Anschlussrahmen F24 verbunden. Der Widerstand R31 ist beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittel oder dergleichen mit den Anschlussrahmen verbunden. Der Anschlussrahmen F24 ist mittels eines Drahtes W11 mit einem Pad P11 des Schaltsteuerbauteils 311 verbunden.
  • Eine Chip-Komponente 331 ist zwischen dem Montageabschnitt B12 des Anschlussrahmens F12 und dem Anschlussrahmen F22 verbunden. Die Chip-Komponente 331 ist mit den Anschlussrahmen beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittel oder dergleichen verbunden. Der Anschlussrahmen F22 ist mittels eines Drahtes W12 mit dem Schaltsteuerbauteil 311 verbunden. Die Chip-Komponente 331 ist eine externe Schaltungskomponente des Schaltsteuerbauteils 311 und kann beispielsweise ein Kondensator, ein Widerstand oder dergleichen sein. Die Chip-Komponente 331 und der Draht W12 können gemäß der Konfiguration und Funktion des Schaltsteuerbauteils 311 weggelassen werden.
  • Das Gate-Pad PG und das Emitter-Pad PE liegen gegenüber der oberen Fläche des Schaltelementes 12 frei.
  • Pads P1, P2, P4, P5, P6, P7 und P8 liegen gegenüber der oberen Fläche des Schaltsteuerbauteils 311 frei. Das Pad P1 ist mittels eines Drahtes W1 mit dem Anschlussrahmen F21 verbunden. Das Pad P2 ist mittels eines Drahtes W2 mit dem Montageabschnitt B12 des Anschlussrahmens F12 verbunden. Das Pad P4 ist mittels eines Drahtes W4 mit dem Montageabschnitt B14 des Anschlussrahmens F14 verbunden. Das Pad P5 ist mittels eines Drahtes W5 mit dem Montageabschnitt B15 des Anschlussrahmens F15 verbunden. Das Pad P6 ist mittels eines Drahtes W6 mit dem Gate-Pad PG des Schaltelementes 12 verbunden. Das Pad P7 ist mittels eines Drahtes W7 mit dem Anschlussrahmen F23 verbunden. Das Emitter-Pad PE des Schaltelementes 12 ist mittels eines Drahtes W9a mit dem Anschlussrahmen F23 verbunden. Der Anschlussrahmen F23 ist mittels eines Drahtes W9b mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 des Anschlussrahmens F12 verbunden bzw. ist mittels eines Drahtes W9b mit dem Montageabschnitt B12 des Anschlussrahmens F12 verbunden.
  • Die Drähte W1, W2, W4, W5, W6, W7 und W8 sind beispielsweise Aluminiumdrähte, die jeweils einen Durchmesser von beispielsweise 125 µm haben.
  • Die Drähte W9a und W9b sind beispielsweise Aluminiumdrähte, die jeweils einen Durchmesser von beispielsweise 250 µm haben. Der Draht W9b hat einen Widerstandswert von einigen mΩ bis einige Zehnfache von mΩ, z.B. 5 mΩ. Die Widerstandskomponente des Drahtes W9b funktioniert bzw. wirkt als der Widerstand R2, der in 1 gezeigt ist.
  • Struktur des Hochspannungs-Widerstandes
  • Wie es in 29 gezeigt ist, beinhaltet der Widerstand R31 ein Substrat 351, zwei externe Elektroden 352 und einen Widerstandskörper 353 zwischen den zwei externen Elektroden 352. Das Substrat 351 hat die Form einer kastenförmigen Platte. Das Substrat 351 ist beispielsweise ein Aluminiumoxidsubstrat. Die externen Elektroden 352 sind an den zwei Enden des Substrates 351 angeordnet. Die externen Elektroden 352 sind beispielsweise aus einem Silber-Dickfilmmaterial, einer Nickelplattierung oder dergleichen gebildet. Der Widerstandskörper 353 ist auf der oberen Fläche des Substrates 351 zwischen den externen Elektroden 352 angeordnet. Der Widerstandskörper 353 ist auf dem Substrat 351 gebildet, und zwar beispielsweise durch Sintern einer Paste einer Pulvermischung aus einem Metallmaterial und Glas und einem organischen Bindemittel. Der Widerstandskörper 353 beinhaltet eine Vielzahl von Verdrahtungsabschnitten 354, die sich parallel zu den externen Elektroden 352 erstrecken, und Verdrahtungsabschnitten 355, die seriell mit den externen Elektroden 352 verbunden sind. Der Widerstand R31, der den Widerstandskörper 353 beinhaltet, der auf eine solche Art und Weise geformt ist, hat Hochspannungs-Charakteristika.
  • 30 zeigt eine Zündvorrichtung 301a eines modifizierten Beispiels. Die Zündvorrichtung 301a unterscheidet sich von der Zündvorrichtung 301, die in 28 gezeigt ist, hinsichtlich der Montagerichtung des Schaltelementes 12.
  • Das Schaltelement 12 ist auf dem Montageabschnitt B16 des Anschlussrahmens F16 montiert und so angeordnet, dass das Gate-Pad PG hin zu dem Schaltsteuerbauteil 311 gerichtet ist. Eine derartige Montage erlaubt es, dass der Draht W6, der das Pad P6 des Schaltsteuerbauteils 311 und das Gate-Pad PG des Schaltelementes 12 verbindet, kürzer ausgebildet werden kann.
  • Wie oben beschrieben, hat die vorliegende Ausführungsform die nachstehend beschriebenen Vorteile.
  • (3-1) Die Statuserfassungsschaltung 326 erfasst den Status von der Kollektor-Spannung Vc (Vc2) und gibt das Erfassungssignal FE aus. Anschließend kombiniert die Signalausgangsschaltung 28 das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 26 mit einem anderen Signal, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen. Das Zündbestätigungssignal IGF, das auf diese Art und Weise kombiniert ist, ermöglicht es, dass ein defekter Zündfunken bzw. eine defekte Zündung (Fehlzündung) der Zündkerze 6 leicht aufgefunden werden kann.
  • (3-2) Der Widerstand R31, der zwischen dem Kollektor-Terminal C des Schaltelementes 12 und dem Eingangsterminal P11 der Schaltsteuerschaltung 311 verbunden ist, und der Widerstand R32, der in der Schaltsteuerschaltung 311 enthalten ist, dienen als spannungsteilende Widerstände , um die Kollektor-Spannung Vc2 zu erzeugen, die proportional ist zu der Kollektor-Spannung Vc. Der Widerstand R31 ist ein Hochspannungs-Widerstand. Demgemäß wird die Kollektor-Spannung Vc2, die in die Schaltsteuerschaltung 311 eingegeben werden kann, auf einfache bzw. leichte Art und Weise erzeugt, und zwar proportional zu der Kollektor-Spannung Vc. Demzufolge ermöglicht die Kollektor-Spannung Vc, dass der Status der Zündkerze 6 leicht geprüft werden kann.
  • Modifizierte Beispiele der dritten Ausführungsform
  • Modifizierte Beispiele der dritten Ausführungsform werden nunmehr beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind jene Komponenten, bei denen es sich um die gleichen handelt wie die entsprechenden Komponenten der ersten bis dritten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Derartige Komponenten werden nicht im Detail beschrieben.
  • Wie es in 31 gezeigt ist, beinhaltet eine Schaltsteuerschaltung 311a den Ausgangspuffer 101, der das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 326 empfängt, und das Signalausgangsterminal P3, das mit dem Ausgangsterminal des Ausgangspuffers 101 verbunden ist. In der Schaltsteuerschaltung 311a ist das Signalausgangsterminal P3 dediziert dem Ausgang des Signals FA zugewiesen, das den Zündstatus angibt. Das Signal FA ist ein Beispiel eines einzelnen Zünderfassungssignals, das kein anderes Erfassungssignal beinhaltet.
  • Wie es in 32 gezeigt ist, gibt die Schaltsteuerschaltung 311a das Signal FA gemäß dem Zündstatus bis zu dem Zündbefehlssignal IGT des darauffolgenden Zyklus N+2 aus, und zwar in Entsprechung zu der Kollektor-Spannung Vc. Auf diese Art und Weise, und zwar durch Ausgeben des Signals FA separat von dem Erfassungssignal CE, kann die ECU 7 auf einfache Weise den Zündstatus prüfen. Ferner können durch Ausgabe des Signals FA vor dem Zündbefehlssignal IGT des Zyklus N+2 die Pulsbreite und dergleichen des Zündbefehlssignals IGT in dem darauffolgenden Zyklus N+2 eingestellt werden.
  • Wie es in 33 gezeigt ist, beinhaltet die Schaltsteuerschaltung 311b die Signalausgangsschaltung 28b, die das Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 326 empfängt. Die Signalausgangsschaltung 28b wird mit dem empfangenen Signal Sdet versorgt, bei dem es sich um das Zündbefehlssignal IGT handelt, das von der Signalerfassungsschaltung 23 empfangen wird.
  • Wie es in 34 gezeigt ist, erzeugt die Signalausgangsschaltung 28b das Zündbestätigungssignal IGF in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal der Überstrom-Schutzschaltung 27 oder dergleichen, und zwar während einer Zeitspanne, innerhalb der das Zündbefehlssignal IGT einen hohen Pegel hat, und erzeugt das Zündbestätigungssignal IGF gemäß der Kollektor-Spannung Vc, und zwar während einer Zeitspanne, während der das Zündbefehlssignal IGT einen niedrigen Pegel hat. Eine derartige Schaltsteuerschaltung 311b eliminiert die Notwendigkeit eines separaten Terminals, das das Erfassungssignal FE in Entsprechung mit dem Status ausgibt, begrenzt eine Zunahme der Größe der Schaltsteuerschaltung 311b und ermöglicht es der ECU 7, den Zündstatus leicht zu prüfen. Ferner können durch Ausgeben des Erfassungssignals FE vor dem Zündbefehlssignal IGT im Zyklus N+2 die Pulsbreite und dergleichen des Zündbefehlssignals IGT in dem darauffolgenden Zyklus N+2 eingestellt werden.
  • Wie es in 35 gezeigt ist, beinhaltet eine Schaltsteuerschaltung 311c eine Statuserfassungsschaltung 326c. Die Statuserfassungsschaltung 326c beinhaltet die Komparatoren 41 und 42, die Spannungsteilerwiderstände R21 und R22, die Inverterschaltungen 111 und 113, die NAND-Schaltung 112, die Lade-Entlade-Schaltung 120, den Kondensator C11, die Transistoren M21 und M22 und den Komparator 45. Die Transistoren M21 und M22 sind beispielsweise NMOSFETs.
  • Der Widerstand R32 ist über das Eingangsterminal P11 mit dem nichtinvertierenden Terminal des Komparators 41 verbunden, und zwar ein Ende des Widerstands R32. Das andere Ende des Widerstands R32 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Das invertierende Eingangsterminal des Komparators 41 wird mit der Referenzspannung Vthl versorgt. Das Ausgangsterminal des Komparators 41 ist mit dem Gate-Terminal des Transistors M21 verbunden. Das Source-Terminal des Transistors M21 ist mit der Masseleitung AGND verbunden, und das Drain-Terminal des Transistors M21 ist mit dem Eingangsknoten N21 der Lade-Entlade-Schaltung 120 verbunden.
  • Die Lade-Entlade-Schaltung 120 beinhaltet eine Stromquelle 121 und Transistoren Q1 bis Q5. Die Transistoren Q1 bis Q3 sind beispielsweise PNP-Transistoren und die Transistoren Q4 und Q5 sind beispielsweise NPN-Transistoren. Die Emitter der Transistoren Q1 bis Q3 sind mit der Leistungsleitung VDD verbunden. Der Kollektor des Transistors Q1 ist mit dem ersten Terminal der Stromquelle 121 verbunden, und das zweite Terminal der Stromquelle 121 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Die Basisanschlüsse bzw. Basen („bases“) der Transistoren Q2 und Q3 sind mit der Basis und dem Kollektor des Transistors Q1 verbunden. Die Transistoren Q1, Q2 und Q3 bilden eine Strom-SpiegelSchaltung. Die Transistoren Q2 und Q3 sind so konfiguriert, dass das Maß bzw. der Betrag des fließenden Stromes der gleiche ist wie jener des Transistor Q1.
  • Die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 sind mit den Kollektoren der Transistoren Q4 und Q5 verbunden, und die Emitter der Transistoren Q4 und Q5 sind mit der Masseleitung AGND verbunden. Ferner ist der Kollektor des Transistors Q5 (Eingangsknoten N21) mit den Basisanschlüssen der zwei Transistoren Q4 und Q5 verbunden. Der Ausgangsknoten N22 zwischen dem Transistor Q2 und dem Transistor Q4 ist mit dem Kondensator C11 verbunden. Der Transistor Q4 beinhaltet beispielsweise eine Vielzahl von parallel miteinander verbundenen Transistoren und ist dazu konfiguriert, einen Fluss eines Stromes zu erzeugen, der ein ganzzahliges Vielfaches des Flusses des Stromes ist, der von dem Transistor Q5 erzeugt wird.
  • Der Transistor M22 ist parallel mit dem Kondensator C11 verbunden, und das Gate des Transistors M22 wird mit dem empfangenen Signal Sdet versorgt. Das Gate des Transistors M21 kann mit verschiedenen Typen von internen Erfassungssignalen der Schaltsteuerschaltung 311c oder einem Signal versorgt werden, das verschiedene Typen von Signalen kombiniert.
  • Das Ausgangsterminal des Komparators 45 ist mit dem Setz-Terminal S einer Flip-Flop-Schaltung 130 verbunden, und das Rücksetz-Terminal R der Flip-Flop-Schaltung 130 wird mit dem Signal versorgt, das dem Gate des Transistors M22 zugeführt wird, nämlich das empfangene Signal Sdet. Die Flip-Flop-Schaltung 130 gibt das Zündbestätigungssignal IGF aus dem Ausgangsterminal Q aus.
  • In der Statuserfassungsschaltung 326c lädt die Lade-Entlade-Schaltung 120 den Kondensators C11, während der Transistor M21 eingeschaltet ist, und entlädt den Kondensator C11, während der Transistor M21 ausgeschaltet ist. Das Erfassungssignal FE des Komparators 45, der die Spannung V11 des Kondensators C11 erfasst, setzt die Flip-Flop-Schaltung 130 und gibt das Zündbestätigungssignal IGF aus, das in Übereinstimmung ist mit dem Zündstatus, und zwar aus dem Ausgangsterminal Q der Flip-Flop-Schaltung 130. Ferner schaltet das empfangene Signal Sdet, das dem Gate des Transistors M22 zugeführt wird, den Transistor M22 ein, um die Spannung V11 des Kondensators C11 auf einen niedrigen Pegel zu verschieben und die Flip-Flop-Schaltung 130 zurückzusetzen.
  • Wie es in 36 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 300a eine Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 301b.
  • Die Zündvorrichtung 301b beinhaltet das Schaltelement 12a, die Schaltsteuerschaltung 311, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2 und die Widerstände R2 und R31, und ist modularisiert und innerhalb eines einzelnen Gehäuses aufgenommen. Die Schaltsteuerschaltung 311 beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, eine Statuserfassungsschaltung 326, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und die Signalausgangsschaltung 28.
  • Das Schaltelement 12a ist durch einen einzelnen Halbleiterchip gebildet, der einen Transistor 31a beinhaltet. Der Transistor 31a ist beispielsweise ein SiC-MOSFET. Das Schutzelement 32 ist zwischen dem Gate und dem Drain des Transistors 31a verbunden. Terminals (S, G und D) des Transistor 31a können als die Terminals des Halbleiterchips oder als jene des Schaltelementes 12a beschrieben sein. Das Gate-Terminal des Transistors 31a ist über einen Widerstand mit dem Ausgangsterminal P6 der Schaltsteuerschaltung 311 verbunden. Das Gate-Signal Sg, das von dem Gate-Treiber 25 ausgegeben wird, wird über das Ausgangsterminal P6 dem Gate-Terminal G des Schaltelementes 12a bereitgestellt. Das Source-Terminal des Transistors 31a ist mit dem Widerstand R2 verbunden, und das Drain-Terminal des Transistors 31a ist über das Ausgangsterminal T6 mit der primären Spule 2a der Zündspule 2 verbunden.
  • Die Zündvorrichtung 301b führt an dem Schaltelement 12a eine Ein-Aus Steuerung durch, und zwar auf der Grundlage des Zündbefehlssignals IGT, das von der ECU 7 bereitgestellt wird. Durch Ein- und Ausschalten des Schaltelementes 12a erzeugt die sekundäre Spannung V2, die an der sekundären Spule 2b der Zündspule 2 generiert wird, einen Zündfunken mittels der Zündkerze 6. Die Statuserfassungsschaltung 326 der Schaltsteuerschaltung 311 verwendet die Kollektor-Spannung Vc des Schaltelementes 12a (Transistor 31a) als eine Erfassungsspannung und gibt das Erfassungssignal FE entsprechend der Erfassungsspannung aus. Die Signalausgangsschaltung 28 kombiniert verschiedene Typen von Signalen, einschließlich des Erfassungssignals CE der Überstrom-Schutzschaltung 27, mit dem Erfassungssignal FE der Statuserfassungsschaltung 326, um das Zündbestätigungssignal IGF zu erzeugen und das Zündbestätigungssignal IGF auszugeben. Die Schaltsteuerschaltungen 311a, 311b, 311c und dergleichen, die oben beschrieben wurden, können als die Schaltsteuerschaltung 311 verwendet werden.
  • Auf diese Art und Weise ermöglicht in der Zündvorrichtung 301b mit dem Schaltelement 12a, das den Transistor 31a beinhaltet, bei dem es sich um einen SiC-MOSFET handelt, das Zündbestätigungssignal IGF beispielswiese, dass ein defekter bzw. falscher Zündfunken (Fehlzündung) der Zündkerze 6 leicht aufgefunden werden kann, und zwar auf die gleiche Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Vierte Ausführungsform
  • Eine vierte Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform sind jene Komponenten, bei denen es sich um die gleichen handelt wie die entsprechenden Komponenten der obigen Ausführungsformen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Derartige Komponenten werden nicht im Detail beschrieben.
  • Wie es in 37 gezeigt ist, beinhalt eine Zündanlage 400 der vorliegenden Ausführungsform die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 401.
  • Die Zündvorrichtung 401 beinhaltet das Schaltelement 12, eine Schaltsteuerschaltung 411, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2 und den Widerstand R2 und ist modularisiert und in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen.
  • Das Schaltelement 12 beinhaltet den Transistor 31 und das Schutzelement 32 und ist auf einem einzelnen Halbleitersubstrat integriert, das über einen Hochspannungsprozess hergestellt ist.
  • Die Schaltsteuerschaltung 411 beinhaltet das Hochpotential-Leistungsterminal P1, das Niedrigpotential-Leistungsterminal P2, ggf. das Ausgangsterminal P4, das Eingangsterminal P5, das Ausgangsterminal P6, die Eingangsterminals P7 und P8 und ggf. das Eingangsterminal P11. Die Schaltsteuerschaltung 411 empfängt das Zündbefehlssignal IGT über das Eingangsterminal P5. Die Schaltsteuerschaltung 411 gibt ggf. das Zündbestätigungssignal IGF aus dem Ausgangsterminal P4 aus. Die Schaltsteuerschaltung 411 erfasst den Emitter-Strom Ie des Schaltelementes 12 aus der Potentialdifferenz zwischen den zwei Terminals des Widerstands R2, der mit den Eingangsterminals P7 und P8 verbunden ist.
  • Das Eingangsterminal P11 der Schaltsteuerschaltung 411 ist ggf. mit dem ersten Terminal des Widerstands R31 verbunden, und das zweite Terminal des Widerstands R31 ist ggf. mit dem Kollektor-Terminal C des Schaltelementes 12 verbunden.
  • Die Schaltsteuerschaltung 411 beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und eine Schutzschaltung 420.
  • Die Schutzschaltung 420 ist zwischen dem Eingangsterminal P5 und dem Niedrigpotential-Leistungsterminal P2 verbunden bzw. angeschlossen. Die Schaltsteuerschaltung 411 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Signalleitung LS5, die mit dem Eingangsterminal P5 verbunden ist und die das Zündbefehlssignal IGT überträgt, sowie eine Masseleitung AGND, die mit dem Niedrigpotential-Leistungsterminal P2 verbunden ist, das mit dem Niedrigpotential-Leistungsterminal T2 verbunden ist. Mit anderen Worten ist die Schutzschaltung 420 zwischen der Signalleitung LS5 und der Masseleitung AGND angeschlossen bzw. verbunden.
  • Die Schutzschaltung 420 schützt interne Schaltungen in Stufen, die der Schutzschaltung 420 folgen, und zwar von bzw. vor verschiedenen Typen von Rauschen, das auf der Signalleitung LS5 und der Masseleitung AGND überlagert ist, und zwar durch das Eingangsterminal P5 und das Niedrigpotential-Leistungsterminal P2.
  • Die Schutzschaltung 420 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet zwei Schutzelemente 421 und 422, die seriell bzw. in Reihe zwischen den Terminals P5 und P2 angeschlossen sind. Die Schutzelemente 421 und 422 sind Diodenelemente. Das Schutzelement 421 entspricht „dem ersten Diodenelement“, und das Schutzelement 422 entspricht „dem zweiten Diodenelement“. Im Detail ist ein erstes Terminal des Schutzelementes 421 (entsprechend einem Anodenterminal des Diodenelementes) mit der Signalleitung LS5 verbunden, ein zweites Terminal des Schutzelementes 421 (entsprechend einem Kathodenterminal) ist mit einem zweiten Terminal des Schutzelementes 422 (entsprechend einem Kathodenterminal) verbunden, und ein erstes Terminal des Schutzelementes 422 (entsprechend einem Anodenterminal) ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Demzufolge ist die Schutzschaltung 420 eine Schaltung mit einer antiseriell verbundenen bidirektionalen Diodenkonfiguration. In der vorliegenden Beschreibung ist das Diodenelement ein Element, das als eine Diode-zu-Draht-Verbindung („diode through wireconnection“) zu einem Terminal funktioniert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schutzelemente 421 und 422 jeweils durch einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor vom P-Kanaltyp (P-Kanal-MOSFET) gebildet. Bei einem P-Kanal-MOSFET sind eine Source und ein rückseitiges Gate miteinander verbunden und funktionieren als das Kathodenterminal des Diodenelementes. Das Drain des P-Kanal-MOSFETs wirkt als das Anodenterminal des Diodenelementes.
  • Beispiel einer Konfiguration einer Schutzschaltung
  • 41 zeigt ein Beispiel der Konfiguration der Schutzschaltung 420.
  • Die Schutzschaltung 420 beinhaltet zwei Schutzelemente 421 und 422, die zwischen dem Eingangsterminal P5 und einem Masseterminal P2 verbunden sind.
  • Die Schutzelemente 421 und 422 sind jeweils auf einem Halbleitersubstrat vom P-Typ (P-sub) 431 gebildet. Auf dem Halbleitersubstrat 431 vom P-Typ ist eine Epitaxialschicht vom N-Typ (N-Epi) 432 gebildet. Die Epitaxialschicht 432 vom N-Typ definiert eine Region, die ein einzelnes Element bildet, und zwar durch eine Elementisolation mittels einer Region 433 vom P-Typ und einer Region 434 vom P+-Typ. Die Epitaxialschicht 432 vom N-Typ beinhaltet eine N-Wanne 435, und die N-Wanne 435 beinhaltet eine N+-Region 436, die zu einem rückseitigen Gate-Terminal BG wird, und beinhaltet eine P+-Region 437, die zu einem Source-Terminal S wird, und zwar auf zwei Seiten der N+-Region 436. Eine P-Region 438 und eine P+-Region 439, die zu einem Drain werden, werden durch doppelte Diffusion an zwei Seiten der N-Wanne 435 gebildet, und zwar beabstandet von der N-Wanne 435. Ein Oxidfilm 440 und ein Feldoxidfilm 441 sind auf der oberen Fläche der Epitaxialschicht 432 vom N-Typ gebildet. Eine Gate-Elektrode 442 (Gate-Terminal G) ist auf der oberen Fläche des Oxidfilms 440 gebildet.
  • Das Drain-Terminal D (P+-Region 439) des Schutzelementes 421 ist mit der Signalleitung LS5 verbunden, die zu dem Eingangsterminal P5 führt. Das Source-Terminal S (P+-Region 437), das rückseitige Gate-Terminal BG (die N+-Region 436) und das Gate-Terminal G (die Gate-Elektrode 442) des Schutzelementes 421 sind miteinander und mit einer Leitung L41 verbunden. Die Leitung L41 ist mit dem Source-Terminal S, dem rückseitigen Gate-Terminal BG und dem Gate-Terminal G des Schutzelementes 422 verbunden. Das Drain-Terminal D des Schutzelementes 422 ist mit der Masseleitung AGND verbunden, die zu dem Masseterminal P2 führt. Das Masseterminal P2 ist mit jedem der Schutzelemente 421 und 422 des Halbleitersubstrats 431 vom P-Typ verbunden.
  • Fig. 42 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm der Schutzschaltung 420.
  • Die Schutzschaltung 420 beinhaltet die zwei Schutzelemente 421 und 422, die zwischen dem Eingangsterminal P5 und dem Masseterminal P2 angeschlossen sind.
  • Die Schutzelemente 421 und 422 beinhalten jeweils den P-Kanal-MOSFET Q1, den parasitären Transistor Q2 (als eine Diode dargestellt), der zwischen der Source und dem Drain des P-Kanal-MOSFET Q1 verbunden ist, Widerstände R41 und R42, die jeweils mit der Source und dem Drain verbunden sind, und parasitäre Transistoren Q13 und Q14, die seriell mit den Widerständen R41 und R42 verbunden sind. Der parasitäre Transistor Q2 ist ein NPN-Transistor, der gebildet ist durch eine P+-Region, die das Drain-Terminal D wird, die Epitaxialschicht 432 vom N-Typ, die N-Wanne 435 und die P+-Region 437, die das Source-Terminal S wird, die in 41 gezeigt sind. Die Widerstände R41 und R42 sind Widerstandskomponenten der Epitaxialschicht 432 vom N-Typ. Die parasitären Transistoren Q3 und Q4 sind PNP-Transistoren, die gebildet sind durch das Halbleitersubstrat 431 vom P-Typ, die Epitaxialschicht 432 vom N-Typ und die P-Region 438, die in 41 gezeigt sind.
  • Betriebsweise der Schutzschaltung
  • In 41 und 42 zeigen die Doppel-Strich-Leitungen einen Strompfad, wenn ein Durchbruch auftritt, und zwar auf Grund des Anlegens einer positiven Stoßspannung, und die einfach gestrichelten Linien zeigen einen Strompfad, wenn ein Durchbruch aufgrund der Anwendung einer negativen Flächenspannung bzw. Stoßspannung auftritt.
  • Wenn eine positive Stoßspannung aufgebracht wird, fließt Strom von dem Eingangsterminal P5 über die Signalleitung LS5, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 421, das Source-Terminal S des Schutzelementes 421, die Leitung L41, das Source-Terminal S des Schutzelementes 422, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 422 und die Masseleitung AGND zu dem Masseterminal P2. In diesem Fall wird eine Spannungsfluktuation auf der Signalleitung LS5, die zu dem Eingangsterminal P5 führt, auf die Spannung der Summe (VF+BVdss) einer Vorwärtsspannung VF des parasitären Transistors Q2 des Schutzelementes 421 und einer Umkehrspannung (Durchbruchspannung) BVdss einer Diode geklemmt („clamped“), die durch den PMOS-Transistor Q1 des Schutzelementes 422 gebildet ist.
  • Wenn eine negative Stoßspannung angelegt wird, fließt Strom von dem Masseterminal P2 über die Masseleitung AGND, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 422, das Source-Terminal S des Schutzelementes 422, die Leitung L41, das Source-Terminal S des Schutzelementes 421, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 421 und die Signalleitung LS5 zu dem Eingangsterminal P5. Ferner fließt Strom von dem Masseterminal P2 über das Schutzelement 421, d.h. über den parasitären Transistor Q3 (Halbleitersubstrat 431 vom P-Typ, Epitaxialschicht 432 vom N-Typ und P-Region 438) und die P+-Region 439 zu der Signalleitung LS5. Der Strom, der über das Schutzelement 421 fließt, wird auf einen feinen Strom („subtle current“) (z.B. einige mA) begrenzt, und zwar durch die Widerstandskomponente (z.B. Widerstand R41, der in 42 gezeigt ist) der Epitaxialschicht 432 vom N-Typ. Demzufolge wird die Spannung an der Masseleitung AGND auf im Wesentlichen die gleiche Spannung geklemmt, wie in dem Fall, wenn eine positive Stoßspannung angewendet wird.
  • Zündvorrichtungsgehäuse
  • 38 zeigt ein Gehäuse der Zündvorrichtung 401 und von Komponenten der Zündvorrichtung 401, die an Anschlussrahmen montiert sind. Das äußere Erscheinungsbild der Zündvorrichtung 401 ist das gleiche wie jenes der Zündvorrichtung 4 der ersten Ausführungsform und wird daher nicht dargestellt.
  • Die Zündvorrichtung 401 beinhaltet die Anschlussrahmen F1 bis F7 und das Verkapselungsharz 51, das Teile der Anschlussrahmen F1 bis F7 und Komponenten der Zündvorrichtung 401 verkapselt. 38 zeigt das Verkapselungsharz 51 mit Doppel-Strich-Linien. Das Verkapselungsharz 51 ist im Wesentlichen kastenförmig und weist eine Seitenfläche auf, von der die Anschlussrahmen F1 bis F6 als die Montageverbindungsterminals (Anschlussabschnitte) T1 bis T6 vorstehen. Das Gehäuse der Zündvorrichtung 401 ist ein SIP mit sechs Anschlussstiften. Die Anzahl der Stifte des Gehäuses kann nach Erfordernis geändert werden.
  • Die Anschlussrahmen F1 bis F7 können aus einem leitfähigen Metall gebildet sein, z.B. Cu, eine Cu Legierung, Ni, eine Ni Legierung, eine 42 Legierung oder dergleichen. Auf die Fläche von jedem der Anschlussrahmen F1 bis F7 kann eine Pd-Plattierung, eine Ag-Plattierung, eine Ni/Pd/Ag-Plattierung oder dergleichen aufgebracht werden. Das Verkapselungsharz 51 kann ein isolierendes Harz sein, beispielsweise ein Epoxidharz. Ferner hat das Verkapselungsharz 51 eine vorbestimmte Farbe (z.B. schwarz).
  • Die Anschlussrahmen F1 bis F6 beinhalten die Montageabschnitte B1 bis B6 und Anschlussabschnitte T1 bis T6, die sich von den Montageabschnitten B1 bis B6 erstrecken. Die Anschlussabschnitte T1 bis T6 entsprechen den Terminals der Zündvorrichtung 4.
  • Der Widerstand R1 ist zwischen dem Montageabschnitt B1 des Anschlussrahmens F1 und dem Anschlussrahmen F7 verbunden. Der Kondensator C1 ist zwischen dem Montageabschnitt B1 des Anschlussrahmens F1 und dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden. Der Kondensator C1 ist näher an den Anschlussabschnitten T1 und T2 der Anschlussrahmen F1 und F2 montiert als der Widerstand R1. Ferner ist der Kondensator C2 zwischen dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 und dem Anschlussrahmen F7 verbunden. Der Kondensator C2 und der Kondensator C1 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Widerstandes R1 montiert. Der Widerstand R1 und die Kondensatoren C1 und C2 sind beispielsweise mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittels oder dergleichen verbunden.
  • Ein Schaltsteuerbauteil 11 ist auf dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 montiert, und das Schaltelement 12 ist auf dem Montageabschnitt B6 des Anschlussrahmens F6 montiert. Das Schaltsteuerbauteil 11 ist ein IC-Chip, auf dem die Schaltsteuerschaltung 11 gebildet ist, die in 37 gezeigt ist. Das Schaltsteuerbauteil 11 und das Schaltelement 12 sind beispielsweise mit einer Ag-Paste, einem Lötmittel oder dergleichen angeschlossen bzw. verbunden. Die untere Fläche des Schaltelementes 12 beinhaltet eine Kollektor-Elektrode PC (siehe 10), und die Kollektor-Elektrode PC ist mittels einer Ag-Paste, eines Lötmittels oder dergleichen mit dem Montageabschnitt B6 verbunden.
  • Das Gate-Pad PG und das Emitter-Pad PE liegen gegenüber der oberen Fläche des Schaltelementes 12 frei. Die Pads P1, P2, P4, P5, P6, P7 und P8 liegen gegenüber der oberen Fläche des Schaltsteuerbauteils 11 frei. Das Pad P1 ist mittels eines Drahtes W1 mit dem Anschlussrahmen F7 verbunden. Das Pad P2 ist mittels eines Drahtes W2 mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden. Das Pad P5 ist mittels eines Drahtes W5 mit dem Montageabschnitt B5 des Anschlussrahmens F5 verbunden. Das Pad P6 ist mittels eines Drahtes W6 mit dem Gate-Pad PG des Schaltelementes 12 verbunden. Das Pad P7 ist mittels eines Drahtes W7 mit dem Emitter-Pad PE des Schaltelementes 12 verbunden. Das Emitter-Pad PE des Schaltelementes 12 ist mittels eines Drahtes W9 mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden. Das Pad P8 des Schaltsteuerbauteils 11 ist mittels eines Drahtes W8 mit dem Montageabschnitt B2 des Anschlussrahmens F2 verbunden. Die Drähte W1, W2, W5, W6, W7 und W8 sind beispielsweise Aluminiumdrähte, die jeweils einen Durchmesser von beispielsweise 125 µm haben. Der Draht W9 ist beispielsweise ein Aluminiumdraht, der einen Durchmesser von beispielsweise 250 µm hat. Der Draht W9 hat einen Widerstandswert von einigen mΩ bis hin zu einigen Zehnfachen von mΩ, z.B. 5 mΩ. Die Widerstandswertkomponente des Drahtes W9 wirkt bzw. funktioniert als der Widerstand R2, der in 37 gezeigt ist.
  • Layout der Schaltsteuerschaltung
  • 39 zeigt ein Beispiel des IC-Layouts der Schaltsteuerschaltung 411.
  • Die Schaltsteuerschaltung 411 beinhaltet ein Halbleitersubstrat 450. Pads P1, P2, P5, P6, P7 und P8, die den in 37 gezeigten Terminals entsprechen, sind auf dem Halbleitersubstrat 450 angeordnet. Funktionale Elemente der Schaltsteuerschaltung 411 sind auf dem Halbleitersubstrat 450 gebildet. In 39 wird die Richtung, die parallel ist zu einer Seite des Halbleitersubstrats 450 (horizontale Richtung in 39), als die X-Richtung (X1-X2-Richtung) bezeichnet, und eine Richtung parallel zu einer Seite orthogonal zu der obigen Seite (vertikale Richtung in 39) wird als die Y-Richtung (Y1-Y2-Richtung) bezeichnet.
  • Das Pad P1, das Pad P7 und das Pad P8 sind an einem Y1-Richtungsende des Halbleitersubstrats 450 angeordnet. Das Pad P1 ist an einem X2-Richtungsende angeordnet und hat in der X-Richtung eine größere Abmessung als in der Y-Richtung. Das Pad P7 ist nahe an dem X1-Richtungsende angeordnet und hat eine Abmessung Y6 in Y-Richtung, die länger ist als eine Abmessung X6 in X-Richtung. Das Pad P8 ist nahe dem mittleren Teil in Bezug auf die X-Richtung angeordnet und weist eine Abmessung Y7 in Y-Richtung auf, die länger ist als eine Abmessung X7 in X-Richtung. Das Pad P7 und das Pad P8 entsprechen jeweils dem „ersten Pad“ bzw. dem „zweiten Pad“ der vorliegenden Erfindung. Das Pad P2 und das Pad P5 sind an einem Y2-Richtungsende des Halbleitersubstrats 450 angeordnet. Das Pad P2 ist an einem X2-Richtungsende angeordnet und weist in der Y Richtung eine größere Abmessung auf als in der X-Richtung. Das Pad P5 ist nahe dem X1-Richtungsende angeordnet und weist in der Y-Richtung eine größere Abmessung auf als in der X-Richtung. Das Pad P6 ist auf der Y2-Seite des Pads P7 angeordnet, und zwar in der X1-Richtung bzw. an dem X1-Richtungsende, und hat in der X Richtung eine größere Abmessung als in der Y-Richtung. Die Pads P1, P2 sowie P5 bis P8 sind in Übereinstimmung mit der Richtung geformt, in der Bond-Drähte daran gebondet werden.
  • Das Halbleitersubstrat 450 beinhaltet eine Vielzahl von Regionen 451, 452, 453 und 454. Die Region 451 ist jene Region, wo funktionale Elemente der Schaltungen 21 bis 25 und 27 der Schaltsteuerschaltung 411 gebildet sind. Die Region 452 ist dort, wo die Schutzelemente 421 und 422 der Schutzschaltung 420 gebildet sind. Die Region 453 ist dort, wo eine Schutzschaltung gebildet ist, die die Schaltsteuerschaltung 411 gegenüber einem Stoß („surge“) oder einem Rauschen („noise“) schützt, der bzw. das aus den Pads P1 und P2 empfangen wird. Die Region 454 ist dort, wo ein Test-Pad gebildet ist. Das IC-Chip-Layout der Schaltsteuerschaltung 411 ist nicht auf das in 42 gezeigte Layout beschränkt.
  • Schematische Draufsicht auf das Schutzelement
  • 40 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht auf die Schutzelemente 421 und 422.
  • Die Schutzelemente 421 und 422 beinhalten das Halbleitersubstrat 450 und eine Vielzahl von Gate-Elektroden 442, die auf dem Halbleitersubstrat 450 gebildet sind. Die Gate-Elektroden 442 erstrecken sich in einer vorbestimmten Richtung (vertikale Richtung in 40). Die Enden einer vorbestimmten Anzahl (z.B. zwei) der Gate-Elektroden 442 sind mit Verbindern 442a verbunden. Die Verbinder 442a sind durch Kontakte 461 mit einem Draht 462 in einer Schicht oberhalb der Gate-Elektrode 442 verbunden.
  • Eine der Regionen, die die Gate-Elektrode 442 sandwichartig aufnehmen, ist eine N-Wannenregion 435, und die andere Region ist eine Drain-Region 439. Ein Source-Kontakt 463 und ein rückseitiger Gate-Kontakt 464 sind abwechselnd in der N-Wannenregion 435 angeordnet. Ein Drain-Kontakt 465 ist in der Drain-Region 439 angeordnet. Der Source-Kontakt 463 ist mit der P+-Region 437 (nicht gezeigt) verbunden, die im Wesentlichen die gleiche Größe hat wie der Source-Kontakt 463. Jeder rückseitige Gate-Kontakt 464 ist von einer N+-Region 436 umgeben.
  • Der Betrieb der Schutzschaltung 420 in der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
  • Die Schutzschaltung 420, die eine bi-direktionale Diodenstruktur hat, beinhaltet die Schutzelemente 421 und 422. Die Schutzelemente 421 und 422 haben jeweils eine PMOSFET-Struktur, bei der es sich um ein Diodenelement handelt, bei dem das Source-Terminal S des PMOSFET mit dem Gate-Terminal G und dem rückseitigen Gate-Terminal BG verbunden ist. Die Anodenterminals der Schutzelemente 421 und 422 sind verbunden mit der Signalleitung LS5, die zu dem Eingangsterminal P5 führt, bzw. mit der Masseleitung AGND, die zu dem Masseterminal P2 führt. Ferner sind die Kathodenterminals der Schutzelemente 421 und 422 miteinander verbunden. Die Schutzschaltung 420, die die Schutzelemente 421 und 422 beinhaltet, die konfiguriert und angeschlossen sind, wie oben beschrieben, beschränkt Schäden, die durch einen Spannungsstoß („surge“) zugefügt werden, und zwar zu den bzw. in die Schutzelementen 421 und 422, und verbessert die Immunität.
  • Ein Vergleichsbeispiel der Schutzschaltung 420 (die Schutzelemente 421 und 422) der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
  • Als ein Vergleichsbeispiel kann beispielsweise ein NMOSFET dioden-verbunden bzw. -verschaltet sein, um ein Schutzelement zu bilden. Es gibt jedoch eine Tendenz, dass die Charakteristika zwischen Schutzelementen, die NMOSFETs verwenden, variieren, und ein Schutzelement wird eine niedrige Widerstandskraft bzw. einen niedrigeren Widerstandswert gegenüber einer Stoßspannung haben, wenn dessen Charakteristika variieren.
  • 43A zeigt die Querschnittsstruktur des NMOSFET. Dieser NMOSFET beinhaltet eine N--Region 502 und N+-Regionen 503a und 503b in einer Wanne 501 vom P-Typ, und eine N+-Region 504 in der N--Region 502. Eine Gate-Elektrode 505 ist auf der Wanne 501 vom P-Typ gebildet, wobei ein Isolierfilm (Gate-Isolierfilm), der nicht gezeigt ist, dazwischen angeordnet ist. Kontakte 506a, 506b und 506c sind mit den N+-Regionen 503a, 503b bzw. 504 verbunden. Der Kontakt 506c ist das Drain-Terminal D des NMOSFET, und die Kontakte 506a und 506b sind bzw. bilden das Source-Terminal S.
  • In dem NMOSFET sind parasitäre NPN-Transistoren Qa und Qb gebildet, und zwar zwischen der N--Region 502 und den N+-Regionen 503a und 503b, und die parasitären NPN-Transistoren Qa und Qb sind über einen parasitären Widerstand, der durch die Widerstandskomponenten der N--Region 502 und der N+-Region 504 gebildet ist, mit dem Kontakt 506c verbunden.
  • 43B zeigt den Querschnitt eines NMOSFET, bei dem eine Verschiebung („displacement“) aufgetreten ist. In diesem NMOSFET ist die N+-Region 504 in die N--Region 502 verschoben. In diesem Fall unterscheiden sich bei einer Betrachtung der Zeichnung Distanzen La und Lb der Enden der N+-Region 504 zu der Grenze zwischen der N--Region 502 und der Wanne 501 vom P-Typ (Grenze des PN-Übergangs) zwischen der linken Seite und der rechten Seite. Die konstruktive Auslegung wird so vorgenommen, dass die Distanzen La und Lb auf den gleichen Wert eingestellt sind, wie es in 43A gezeigt ist, und zwar gemäß den erforderlichen Charakteristika.
  • Eine derartige Verschiebung erzeugt eine Differenz im Widerstandswert zwischen dem Kontakt 506c und den parasitären NPN-Transistoren Qa und Qb. Der Schicht-Widerstandswert („sheet resistance“) der N--Region 502 ist zehn Mal so groß oder größer als der Schicht-Widerstandswert der N+-Region 504. Demzufolge ist der Widerstandswert zwischen dem Kollektor des parasitären NPN-Transistors Qb und dem Kontakt 506c niedriger als der Widerstandswert zwischen dem Kollektor des parasitären Transistors Qa und dem Kontakt 506c. Dies verringert den Strom-begrenzenden Effekt. Auf diese Art und Weise kann sich der Strom, der von einer Stoßspannung („surge“) resultiert, an einem Abschnitt konzentrieren, wo der Widerstandswert klein ist, nämlich bei dem parasitären NPN-Transistor Qb, und hierdurch einen Schaden hervorrufen.
  • Die Verschiebung in dem NMOSFET kann während eines Herstellungsprozesses auftreten.
  • 44A zeigt einen Teil eines Herstellungsprozesses des NMOSFET. 44A zeigt den Herstellungsprozesses des NMOSFETs, wobei eine Fokussierung auf die Source erfolgt, und zwar in Entsprechung zu dem Herstellungsprozess des PMOSFET in der vorliegenden Ausführungsform.
  • In dem Schritt, der in der oberen Sektion von 44A gezeigt ist, wird die N- -Region 502 in der Wanne 501 vom P-Typ gebildet. Ein Oxidfilm 511 und ein Feldoxidfilm 512 werden auf der oberen Fläche der Wanne 501 vom P-Typ gebildet, und die Gate-Elektroden 505 werden auf dem Oxidfilm 511 gebildet. Ferner wird ein Resist-Film 513 mit Öffnungen 513X gebildet, und eine Verunreinigung vom N-Typ wird in die Wanne 501 vom P-Typ implantiert, und zwar durch die Öffnungen 513X, um die N--Region 502 zu bilden. Anschließend wir der Resist-Film 513 entfernt.
  • In dem Schritt, der in der mittleren Sektion der 44A gezeigt ist, wird eine N+ -Region 503 zwischen den Gate-Elektroden 505 gebildet, und die N+-Region 504 wird in der N--Region 502 gebildet. Die N+-Regionen 503 und 504 dienen zur Verbindung mit Kontakten. Ein Resist-Film 514, der Öffnungen 514A und 514B beinhaltet, wird gebildet. Die Öffnungen 514B sind an Positionen entsprechend Kontakten der N--Region 502 gebildet, und die Öffnung 514A ist die Region, die die Source wird. Eine Verunreinigung vom N-Typ wird über die Öffnungen 514A und 514B implantiert, um die N+-Regionen 503 und 504 zu bilden.
  • In dem Schritt, der in der unteren Sektion von 44A gezeigt ist, werden dann, wenn der Resist-Film 514 gebildet wird, die Öffnungen 514A und 514B des Resist-Films 514 gegenüber den vorgegebenen Positionen während des Ausrichtungsprozesses verschoben. Die Öffnungen 514B haben eine kleinere Größe als die N- Region 502. Demgemäß führt eine Verschiebung des Resist-Films 514 zu einer Verschiebung der N+ -Region 504, die in der N--Region 502 gebildet wird. Da jedoch die Verunreinigung in die Wanne 501 vom P-Typ unter Verwendung der Gate-Elektroden 505 als eine Maske implantiert wird, wird die N+-Region 503 zwischen den Gate-Elektroden 505 durch die Verschiebung bzw. den Versatz des Resist-Films 514 nicht beeinflusst bzw. beeinträchtigt. Dies erzeugt eine Differenz in der Distanz von der N+-Region 503 zwischen den Gate-Elektroden 505 zu den N+-Regionen 504 in den N--Regionen 502 auf den zwei Seiten der N+-Region 503. Auf diese Art und Weise wird die N+-Region 503 relativ zu der N+-Region 504 verschoben, die für den Kontakt vorgesehen ist. Als ein Ergebnis tritt eine Stromkonzentration auf, wie oben beschrieben.
  • Vor diesem Hintergrund haben die Schutzelemente 421 und 422 der Schutzschaltung 420 in der vorliegenden Ausführungsform PMOS-Konfigurationen. Dies begrenzt eine Verschiebung, wie eine solche, die oben beschrieben wurde.
  • 44B zeigt einen Teil eines Herstellungsprozesses des PMOSFET. 44B stellt die Bildung einer Region von P-Typ dar und zeigt nicht die Wanne 435 vom N-Typ der 41.
  • In dem Schritt, der in der oberen Sektion von 44B gezeigt ist, wird die P-Region 438 in der Epitaxialschicht 432 vom N-Typ gebildet. Der Oxidfilm 440 und der Feldoxidfilm 441 werden auf der Epitaxialschicht 432 vom N-Typ gebildet, und die Gate-Elektrode 442 wird auf dem Oxidfilm 440 gebildet. Ferner wird ein Resist-Film 521 mit einer Öffnung 521X gebildet, und eine Verunreinigung vom P-Typ wird über die Öffnung 521X in die Epitaxialschicht 432 vom N-Typ implantiert, um die P-Region 438 zu bilden. Die Öffnung 521X legt eine Region frei, die das Drain zwischen der Gate-Elektrode 442 und dem Feldoxidfilm 441 bildet. In diesem Schritt funktionieren die Gate-Elektrode 442 und der Feldoxidfilm 441 als eine Maske, wenn eine Verunreinigung vom P-Typ implantiert wird. Anschließend wird der Resist-Film 521 entfernt.
  • In dem Schritt, der in der mittleren Sektion von 44B gezeigt ist, wird die P+-Region 437 zwischen den Gate-Elektroden 442 gebildet, und die P+-Region 439 wird in der P-Region 438 gebildet. Ein Resist-Film 522, der eine Öffnung 522X beinhaltet, wird gebildet. Die Öffnung 522X wird gebildet, um einen Teil des Feldoxidfilms 441 freizulegen, so dass die innere Region des Feldoxidfilms 441 vollständig freigelegt ist, und zwar in Übereinstimmung mit der Region, wo eine Verunreinigung vom P-Typ implantiert wird. Anschließend wird die Verunreinigung vom P-Typ über die Öffnung 522X implantiert. In diesem Schritt funktionieren die Gate-Elektrode 442 und der Feldoxidfilm 441 als eine Maske, wenn die Verunreinigung vom P-Typ implantiert wird. Demgemäß wird, wie es in der unteren Sektion in 44B gezeigt ist, der Resist-Film 522 verschoben, und die relativen Positionen der N+-Regionen 437 und 439 ändern sich nicht. Demgemäß wird der Widerstandswert zwischen der N+-Region 437 und der N+-Region 439 durch eine Fehlausrichtung in dem Herstellungsprozess nicht beeinträchtigt bzw. beeinflusst. Dies beschränkt die Konzentration des Stromes, der sich aus einer Stoßspannung ergibt, und schützt die Schutzelemente 421 und 422 gegenüber einer Beschädigung.
  • Wie oben beschrieben, hat die vorliegende Ausführungsform die nachstehend beschriebenen Vorteile.
  • (4-1) Die Schutzschaltung 420 beinhaltet die zwei Schutzelemente 421 und 422, die in Reihe zwischen dem Eingangsterminal P5 und dem Niedrigpotential-Leistungsterminal P2 verbunden sind. Die Schutzelemente 421 und 422 sind Diodenelemente. Die Schutzschaltung 420 ist eine Schaltung mit einer antiseriell verbundenen bidirektionalen Diodenkonfiguration. Das Diodenelement ist ein Element, das durch eine Draht-Verbindung mit einem Terminal als eine Diode funktioniert, und die Schutzelemente 421 und 422 sind durch PMOSFETs gebildet. Die Schutzschaltung 420, die die Schutzelemente 421 und 422 beinhaltet, verbessert die Immunität der Schaltsteuerschaltung 411.
  • (4-2) Die Schutzelemente 421 und 422 sind durch PMOSFETs gebildet. In dem Herstellungsprozess der PMOSFETs werden die Gate-Elektrode 442 und der Feldoxidfilm 441 als eine Maske verwendet, wenn die P+-Regionen 437 und 439 gebildet werden, die zu dem Source-Terminal S und dem Drain-Terminal D werden. Eine derartige Struktur beschränkt eine Stromkonzentration, die sich aus einer Stoßspannung ergeben würde, und schützt die Schutzelemente 421 und 422 gegenüber einer Beschädigung.
  • Modifizierte Beispiele der vierten Ausführungsform
  • Modifizierte Beispiele der vierten Ausführungsform werden nunmehr beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind jene Komponenten, bei denen es sich um die gleichen handelt wie die entsprechenden Komponenten der ersten bis vierten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Derartige Komponenten werden nicht im Detail beschrieben.
  • Wie es in 45 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 400a die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 401a.
  • Die Zündvorrichtung 401a beinhaltet das Schaltelement 12, die Schaltsteuerschaltung 411a, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2 und den Widerstand R2 und ist modularisiert und in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen.
  • Die Schaltsteuerschaltung 411a beinhaltet die Unterspannung-Schutzschaltung 21, die Überspannung-Schutzschaltung 22, die Signalerfassungsschaltung 23, die Über-Betrieb-Schutzschaltung 24, den Gate-Treiber 25, die Überstrom-Schutzschaltung 27 und eine Schutzschaltung 420a.
  • Die Schutzschaltung 420a ist zwischen dem Eingangsterminal P5 und dem Niedrigpotential-Leistungsterminal P2 angeschlossen. Die Schutzschaltung 420a schützt interne Schaltungen in Stufen, die der Schutzschaltung 420a folgen, und zwar gegenüber verschiedenen Typen von Rauschen, das auf der Signalleitung LS5 und der Masseleitung AGND überlagert ist, und zwar über das Eingangsterminal P5 und das Niedrigpotential-Leistungsterminal P2.
  • Die Schutzschaltung 420a beinhaltet drei Schutzelemente 421, 422 und 423, die in Reihe zwischen den Terminals P5 und P2 verbunden bzw. angeschlossen sind. Die Schutzelemente 421, 422 und 423 sind Diodenelemente. Das Schutzelement 421 entspricht dem „ersten Diodenelement“, und die Schutzelemente 422 und 423 entsprechen dem „zweiten Diodenelement“. Ferner sind die Schutzelemente 421, 422 und 423 jeweils durch einen PMOSFET gebildet.
  • Ein erstes Terminal (entsprechend einem Anodenterminal) des Schutzelementes 421 ist mit der Signalleitung LS5 verbunden, und ein zweites Terminal (entsprechend einem Kathodenterminal) des Schutzelementes 421 ist mit einem zweiten Terminal (entsprechend einem Kathodenterminal) des Schutzelementes 422 verbunden. Ein erstes Terminal (entsprechend einem Anodenterminal) des Schutzelementes 422 ist mit einem zweiten Terminal (entsprechend einem Kathodenterminal) des Schutzelementes 423 verbunden, und ein erstes Terminal (entsprechend einem Anodenterminal) des Schutzelementes 423 ist mit der Masseleitung AGND verbunden. Demzufolge ist die Schutzschaltung 420 eine Schaltung mit einer bidirektionalen Diodenkonfiguration, bei der die zwei Schutzelemente 422 und 423 anti-seriell bzw. gegenläufig gepolt mit den einzelnen Schutzelement 421 verbunden sind.
  • Beispiel einer Konfiguration einer Schutzschaltung
  • 46 zeigt ein Beispiel der Konfiguration der Schutzschaltung 420.
  • Die Schutzschaltung 420a beinhaltet drei Schutzelemente 421, 422 und 423, die zwischen dem Eingangsterminal P5 und dem Masseterminal P2 angeschlossen sind.
  • Die Schutzelemente 421, 422 und 423 haben die gleiche Struktur wie die vierte Ausführungsform (37). Daher wird nicht jede Region beschrieben oder mit einem Bezugszeichen versehen.
  • Das Drain-Terminal D des Schutzelementes 421 ist mit der Signalleitung LS5 verbunden, die zu dem Eingangsterminal P5 führt. Das Source-Terminal S, das rückseitige Gate-Terminal BG und das Gate-Terminal G des Schutzelementes 421 sind miteinander und mit der Leitung L42 verbunden, und die Leitung L42 ist mit dem Source-Terminal S, dem rückseitigen Gate-Terminal BG und einem Gate-Terminal G des Schutzelementes 422 verbunden. Das Drain-Terminal D des Schutzelementes 422 ist über eine Leitung L43 mit dem Source-Terminal S, dem rückseitigen Gate-Terminal BG und dem Gate-Terminal G des Schutzelementes 423 verbunden, und das Drain-Terminal D des Schutzelementes 423 ist mit der Masseleitung AGND verbunden, die zu dem Masseterminal P2 führt. Das Masseterminal P2 ist mit dem Halbleitersubstrat 431 vom P-Typ von jedem der Schutzelemente 421, 422 und 423 verbunden.
  • 47 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm der Schutzschaltung 420a.
  • Die Schutzschaltung 420a beinhaltet die drei Schutzelemente 421, 422 und 423, die zwischen dem Eingangsterminal P5 und dem Masseterminal P2 angeschlossen sind.
  • Jedes der Schutzelemente 421 bis 423 beinhaltet den P-Kanal-MOSFET Q1, den parasitären Transistor (als Diode dargestellt) Q2 zwischen der Source und dem Drain des P-Kanal-MOSFET Q1, Widerstände R41a und R41b, die mit der Source bzw. dem Drain verbunden sind, und die parasitären Transistoren Q3 und Q4, die in Reihe mit den Widerständen R41a bzw. R41b verbunden sind.
  • Betrieb der Schutzschaltung
  • In 46 und 47 zeigen Doppel-Strich-Linien einen Strompfad, bei dem ein Durchbruch aufgrund des Anlegens einer positiven Stoßspannung auftritt, und die einzeln gestrichelten Linien zeigen einen Strompfad, wenn ein Durchbruch aufgrund des Anlegens einer negativen Oberflächenspannung bzw. Stoßspannung auftritt.
  • Wenn eine positive Oberflächenspannung bzw. Stoßspannung angelegt wird, fließt ein Strom von dem Eingangsterminal P5 über die Signalleitung LS5, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 421, das Source-Terminal S des Schutzelementes 421, die Leitung L42, das Source-Terminal S des Schutzelementes 422, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 422, die Leitung L43, das Source-Terminal S des Schutzelementes 423, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 423 und die Masseleitung AGND hin zu dem Masseterminal P2. In diesem Fall wird eine Spannungsfluktuation auf der Leitung LS5, die zu dem Eingangsterminal P5 führt, auf die Spannung der Summe (VF+2×BVdss) der Vorwärtsspannung VF des parasitären Transistors Q2 des Schutzelements 421 und der Umkehrspannung (Durchbruchspannung) einer Diode geklemmt („clamped“), die durch den PMOS-Transistor Q1 der zwei Schutzelemente 422 und 423 gebildet ist.
  • Wenn eine negative Stoßspannung angelegt wird, fließt ein Strom von dem Masseterminal P2 über die Masseleitung AGND, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 423, das Source-Terminal S des Schutzelementes 423, die Leitung L43, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 422, das Source-Terminal S des Schutzelementes 422, die Leitung L42, das Source-Terminal S des Schutzelementes 421, das Drain-Terminal D des Schutzelementes 421 und die Signalleitung LS5 zu dem Eingangsterminal P5. Ferner fließt ein Strom von dem Masseterminal P2 über das Schutzelement 421, d.h. über den parasitären Transistor Q3 zu der Signalleitung LS5. Der Strom, der über das Schutzelement 421 fließt, ist auf einen feinen bzw. sehr kleinen („subtle“) Strom (z.B. einige mA) beschränkt, und zwar durch die Widerstandskomponente der Epitaxialschicht 432 vom N-Typ (Widerstand R41a, der in 47 gezeigt ist). Demzufolge ist die Spannung an der Masseleitung AGND auf im Wesentlichen die gleiche Spannung geklemmt wie in dem Fall, wenn eine positive Stoßspannung angelegt wird.
  • Wie es in 48 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündanlage 400b die Zündspule 2 und eine Zündvorrichtung 401b.
  • Die Zündvorrichtung 401b beinhaltet das Schaltelement 12a, die Schaltsteuerschaltung 411, den Widerstand R1, die Kondensatoren C1 und C2 und den Widerstand R2 und ist modularisiert und in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen. Das Schaltelement 12a ist durch einen einzelnen Halbleiterchip gebildet, der den Transistor 31a beinhaltet, und der Transistor 31a ist beispielsweise ein SiC MOSFET. Auf diese Art und Weise wird in der Zündvorrichtung 401b mit dem Schaltelement 12a, das den Transistor 31a beinhaltet, bei dem es sich um einen SiC-MOSFET handelt, ein Schaden in den Schutzelementen 421 und 422 der Schutzschaltung 420 beschränkt und die Immunität wird auf die gleiche Art und Weise wie bei der vierten Ausführungsform verbessert. Die Schutzschaltung 420 kann auch die Schutzschaltung 420a der 45 verwenden.
  • Weitere modifizierte Beispiele
  • Bei den obigen Ausführungsformen und bei den obigen modifizierten Beispielen werden IGBTs und SiC-MOSFETs als Transistoren verwendet. Als Transistoren können jedoch auch GaN-Leistungsbauteile oder dergleichen verwendet werden.
  • Jede der obigen Ausführungsformen und modifizierten Beispiele können miteinander kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 4, 4a, 201, 201a, 301, 301a, 401, 401a, 401b)
    Zündvorrichtung;
    11, 11a bis 11c, 211, 211a, 211b)
    Schaltsteuerschaltung;
    26, 26c, 226, 326)
    Statuserfassungsschaltung;
    12, 12a)
    Schaltelement

Claims (25)

  1. Schaltsteuerschaltung, die ein Schaltelement steuert, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und zwar gemäß einem Zündsignal, wobei das Schaltelement einen Transistor und ein Schutzelement beinhaltet, das zwischen einem Kollektor und einem Gate des Transistors angeschlossen ist, wobei die Schaltsteuerschaltung aufweist: eine Statuserfassungsschaltung, die eine Spannung an einem Gate-Terminal, das bzw. die den Transistor steuert, oder eine Spannung entsprechend einem Kollektor-Strom des Transistors als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  2. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Statuserfassungsschaltung einen ersten Komparator aufweist, der die Erfassungsspannung und eine erste Referenzspannung vergleicht, und einen zweiten Komparator aufweist, der die Erfassungsspannung und eine zweite Referenzspannung vergleicht, und die Statuserfassungsschaltung das Statuserfassungssignal auf der Grundlage von Ausgangssignalen des ersten Komparators und des zweiten Komparators erzeugt.
  3. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erfassungsspannung entsprechend dem Kollektor-Strom eine Spannung an einem Terminal ist, das zwischen einem Emitter des Transistors und einem mit dem Emitter verbundenen Widerstand angeschlossen ist.
  4. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Statuserfassungsschaltung einen Kondensator aufweist, den Kondensator mit den Ausgangssignalen des ersten Komparators und des zweiten Komparators lädt und entlädt, und das Statuserfassungssignal auf der Grundlage einer Ladespannung des Kondensators erzeugt.
  5. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Signalausgangsschaltung, die das Statuserfassungssignal an ein Terminal ausgibt.
  6. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Signalausgangsschaltung, die ein Zündbestätigungssignal auf der Grundlage des Statuserfassungssignals ausgibt.
  7. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 5 oder 6, mit: einer Stromerfassungsschaltung, die den Kollektor-Strom des Transistors erfasst, wobei die Signalausgangsschaltung ein Erfassungssignal der Stromerfassungsschaltung und ein Erfassungssignal der Statuserfassungsschaltung kombiniert, um ein Zündbestätigungssignal zu erzeugen.
  8. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Signalausgangsschaltung das Statuserfassungssignal zu einer Zeit entsprechend dem Zündsignal ausgibt.
  9. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Schaltelement ein Schutzelement aufweist, das zwischen einem Emitter und dem Gate des Transistors angeschlossen ist.
  10. Zündvorrichtung mit: einem Schaltelement, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist; und einer Schaltsteuerschaltung, die das Schaltelement gemäß einem Zündsignal steuert, wobei das Schaltelement einen Transistor und ein Schutzelement aufweist, das zwischen einem Kollektor und dem Gate des Transistors angeschlossen ist, und die Schaltsteuerschaltung eine Statuserfassungsschaltung beinhaltet, die eine Spannung an einem Gate-Terminal, das den Transistor steuert, oder eine Spannung entsprechend einem Kollektor-Strom des Transistors als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  11. Schaltsteuerschaltung, die ein Schaltelement steuert, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und zwar gemäß einem Zündsignal, wobei das Schaltelement einen Transistor und ein Schutzelement aufweist, das zwischen einem Kollektor und einem Gate des Transistors angeschlossen ist, wobei die Schaltsteuerschaltung aufweist: eine Statuserfassungsschaltung, die eine Kollektor-Spannung des Transistors als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  12. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 11, wobei die Statuserfassungsschaltung einen zweiten Widerstand aufweist, der die Erfassungsspannung durch Spannungsteilen der Kollektor-Spannung des Transistors erzeugt, und zwar zusammen mit einem ersten Widerstand, der mit einem Kollektor-Terminal des Schaltelementes verbunden ist.
  13. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Statuserfassungsschaltung einen ersten Komparator aufweist, der die Erfassungsspannung und eine erste Referenzspannung vergleicht, und das Statuserfassungssignal auf der Grundlage von Ausgangssignalen des ersten Komparators erzeugt.
  14. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 13, wobei die Statuserfassungsschaltung aufweist: einen Kondensator, eine erste Stromquelle, die den Kondensator auf der Grundlage des Ausgangssignals des ersten Komparators lädt, eine zweite Stromquelle, die den Kondensator entlädt, und einen zweiten Komparator, der eine Ladespannung des Kondensators und eine zweite Referenzspannung vergleicht, um das Statuserfassungssignal auszugeben.
  15. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, mit einer Signalausgangsschaltung, die das Statuserfassungssignal an ein Terminal ausgibt.
  16. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, mit einer Signalausgangsschaltung, die ein Zündbestätigungssignal auf der Grundlage des Statuserfassungssignals ausgibt.
  17. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 15 oder 16, mit: einer Stromerfassungsschaltung, die einen Kollektor-Strom des Transistors erfasst, wobei die Signalausgangsschaltung ein Erfassungssignal der Stromerfassungsschaltung und ein Erfassungssignal der Statuserfassungsschaltung kombiniert, um ein Zündbestätigungssignal zu erzeugen.
  18. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Signalausgangsschaltung das Statuserfassungssignal zu einer Zeit entsprechend dem Zündsignal ausgibt.
  19. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Schaltelement ein Schutzelement beinhaltet, das zwischen einem Emitter und dem Gate des Transistors angeschlossen ist.
  20. Zündvorrichtung mit: einem Schaltelement, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist; und einer Schaltsteuerschaltung, die das Schaltelement gemäß einem Zündsignal steuert, wobei das Schaltelement einen Transistor und ein Schutzelement beinhaltet, das zwischen einem Terminal, das mit der primären Spule verbunden ist, und einem Steuerterminal des Transistors angeschlossen bzw. verbunden ist, und die Schaltsteuerschaltung eine Statuserfassungsschaltung aufweist, die eine Spannung entsprechend einer Kollektor-Spannung des Transistors als eine Erfassungsspannung verwendet und ein Statuserfassungssignal entsprechend einer Änderung in der Erfassungsspannung erzeugt.
  21. Schaltsteuerschaltung, die ein Schaltelement steuert, das mit einer primären Spule einer Zündspule verbunden ist, und zwar gemäß einem Zündsignal, wobei die Schaltsteuerschaltung aufweist: eine Schutzschaltung, die zwischen einem Eingangsterminal, das mit dem Zündsignal versorgt wird, und einem Masseterminal, das mit Masse verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die Schutzschaltung beinhaltet: ein erstes Diodenelement, das mit dem Eingangsterminal verbunden ist und ausgehend von dem Eingangsterminal in einer Vorwärtsrichtung hin zu dem Masseterminal angeordnet bzw. ausgerichtet bzw. orientiert ist, und wenigstens ein zweites Diodenelement, das zwischen dem ersten Diodenelement und dem Masseterminal angeschlossen und ausgehend von dem Eingangsterminal in einer Umkehrrichtung bzw. umgekehrten Orientierung hin zu dem Masseterminal angeordnet ist, wobei das erste Diodenelement und das zweite Diodenelement jeweils durch einen PMOSFET gebildet sind.
  22. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 21, wobei die Schutzschaltung zwei seriell verbundene zweite Diodenelemente beinhaltet.
  23. Schaltsteuerschaltung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Schutzschaltung auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, auf dem die Schaltsteuerschaltung in einer Region zwischen einem ersten Pad, mit dem das Eingangsterminal verbunden ist, und einem zweiten Pad, mit dem das Masseterminal verbunden ist, integriert ist.
  24. Schaltsteuerschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9 und 11 bis 19, mit: einer Schutzschaltung, die zwischen einem Eingangsterminal, das mit dem Zündsignal versorgt wird, und einem Masseterminal, das mit Masse verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die Schutzschaltung beinhaltet: ein erstes Diodenelement, das mit dem Eingangsterminal verbunden ist und das von dem Eingangsterminal in einer Vorwärtsrichtung hin zu dem Masseterminal angeordnet ist, und wenigstens ein zweites Diodenelement, das zwischen dem ersten Diodenelement und dem Masseterminal angeschlossen ist und das ausgehend von dem Eingangsterminal in einer Umkehrrichtung umgekehrten bzw. Orientierung hin zu dem Masseterminal angeordnet ist, wobei das erste Diodenelement und das zweite Diodenelement jeweils durch einen PMOSFET gebildet sind.
  25. Zündvorrichtung nach Anspruch 10 oder 20, mit: einer Schutzschaltung, die zwischen einem Eingangsterminal, das mit dem Zündsignal versorgt wird, und einem Masseterminal, das mit Masse verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die Schutzschaltung beinhaltet: ein erstes Diodenelement, das mit dem Eingangsterminal verbunden ist und das von dem Eingangsterminal in einer Vorwärtsrichtung hin zu dem Masseterminal angeordnet ist, und wenigstens ein zweites Diodenelement, das zwischen dem ersten Diodenelement und dem Masseterminal angeschlossen ist und das ausgehend von dem Eingangsterminal in einer Umkehrrichtung hin zu dem Masseterminal angeordnet ist, wobei das erste Diodenelement und das zweite Diodenelement jeweils durch einen PMOSFET gebildet sind.
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