ITMI20120893A1 - Sistema di accensione elettronica per il motore di un veicolo in caso di guasto - Google Patents

Description

Sistema di accensione elettronica per il motore di un veicolo in caso di guasto

Campo tecnico dell’invenzione

La presente invenzione riguarda in generale il settore dell’elettronica. Più in particolare, la presente invenzione riguarda un sistema di accensione elettronica per il motore di un veicolo in caso di guasto durante una fase di carica della bobina.

Tecnica nota

E’ noto che la maggior parte dei sistemi di accensione elettronica per il motore di autoveicoli sono di tipo induttivo. Un sistema di accensione di tipo induttivo comprende una batteria per fornire energia, una bobina avente un avvolgimento primario con un terminale collegato alla batteria, un interruttore collegato fra l’altro terminale dell’avvolgimento primario e massa ed una candela collegata all’avvolgimento secondario della bobina. La bobina à ̈ un trasformatore che à ̈ tale da generare una tensione ai capi dell’avvolgimento secondario maggiore della tensione ai capi dell’avvolgimento primario.

Il sistema di accensione di tipo induttivo funziona nel seguente modo. Una centralina invia un segnale di controllo che chiude l’interruttore ed inizia la carica di energia nell’avvolgimento primario: viene generato un flusso di corrente dalla batteria verso massa attraversando l’avvolgimento primario ed avente un andamento crescente, immagazzinando così energia nell’avvolgimento primario. Durante la fase di carica la centralina calcola gli istanti in cui può avvenire la scintilla sulla candela, prendendo in considerazione informazioni relative al funzionamento del motore ottenute per mezzo di opportuni sensori: ad esempio, l’istante in cui può avvenire la scintilla à ̈ quello in cui la compressione nel cilindro ha raggiunto il valore massimo. Inoltre la scintilla può avvenire solo negli istanti calcolati dalla centralina perché, in caso contrario, potrebbero verificarsi dei guasti rilevanti al motore o a diversi componenti del motore. Pertanto negli istanti calcolati la centralina invia il segnale di controllo che apre l’interruttore, interrompendo bruscamente il flusso della corrente di carica attraverso l’avvolgimento primario della bobina, che causa un impulso di tensione sull’avvolgimento primario di breve durata, tipicamente con valore di picco di 350-400 V e con durata di pochi micro-secondi. Questo impulso di tensione genera sull’avvolgimento secondario della bobina un impulso di tensione di valore maggiore, tipicamente del valore di 35-40 KV, che à ̈ sufficiente a generare la scintilla fra gli elettrodi della candela, bruciando così la miscela aria/carburante contenuta nel cilindro del motore.

E’ noto inoltre realizzare l’interruttore (che consente o interrompe il flusso della corrente di carica attraverso l’avvolgimento primario) con un transistore a giunzione bipolare (BJT) o con un transistore di tipo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), che funzionano nella zona di saturazione quando sono chiusi e nella zona di interdizione quando sono aperti (si vedano ad esempio US 6807042 per BJT e US 6684867 per IGBT). Uno dei motivi per il quale à ̈ vantaggioso realizzare l’interruttore con il transistore IGBT à ̈ che questo à ̈ in grado di sopportare alte correnti e tensioni di valore elevato (nell’esempio, 350-400 V) tipicamente utilizzate nei sistemi ad accensione elettronica; inoltre la velocità di commutazione del transistore IGBT à ̈ inferiore a quella di altri dispositivi (ad esempio, MOSFET), ma questo non à ̈ un fattore limitante perché nei sistemi ad accensione elettronica vengono utilizzate basse frequenze.

E’ possibile che si verifichino dei guasti durante la fase di carica dell’avvolgimento primario della bobina. Alcuni esempi di guasti sono i seguenti:

- aumento del valore della temperatura interna del dispositivo in cui à ̈ realizzato il sistema di accensione al di sopra di un valore di soglia;

- sovra-tensioni della tensione della batteria o di segnali logici (ad esempio, un corto circuito del segnale di controllo con la tensione di batteria); - raggiungimento di un valore massimo della corrente attraverso un carico;

- disconnessione di fili di inter-bonding nel caso in cui il sistema di accensione elettronica sia realizzato con un circuito integrato di tipo ibrido, cioà ̈ in cui il controllore e lo stadio di potenza sono realizzati in dispositivi separati che sono collegati fra di loro con i fili di inter-bonding all’interno di uno stesso involucro. Sono noti dei sistemi di protezione che hanno la funzione di spegnere l’accensione elettronica nel caso in cui si verifichino uno o più guasti durante la fase di carica dell’avvolgimento primario. Ad esempio, se il guasto à ̈ l’aumento della temperatura del dispositivo ad un valore maggiore di un valore di soglia, à ̈ necessario spegnere il dispositivo per evitare che venga danneggiato e quindi à ̈ necessario spegnere l’accensione elettronica.

Lo spegnimento dell’accensione elettronica deve avvenire in modo sicuro, cioà ̈ à ̈ necessario scaricare l’energia accumulata nell’avvolgimento primario evitando che si verifichi la scintilla fra gli elettrodi della candela in istanti di tempo diversi da quelli calcolati dalla centralina; infatti, come spiegato in precedenza, la scintilla può avvenire solo in particolari istanti calcolati dalla centralina, altrimenti potrebbero verificarsi dei guasti rilevanti al motore o a diversi componenti del motore.

Pertanto se avviene un guasto durante la fase di carica dell’avvolgimento primario, à ̈ necessario scaricare gradualmente l’energia in esso accumulata diminuendo gradualmente il valore della corrente di carica che scorre attraverso l’avvolgimento primario della bobina e quindi diminuendo gradualmente il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario, mantenendo al tempo stesso limitati i valori di picco della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario, in modo da evitare che vengano generati impulsi di tensione ai capi dell’avvolgimento secondario aventi brusche variazioni ed aventi valori di picco che siano sufficienti a generare scintille spurie fra gli elettrodi della candela. Nelle soluzioni note questo à ̈ ottenuto con una scarica lineare della tensione o della corrente di controllo dell’interruttore; di conseguenza, la corrente che scorre nell’avvolgimento primario della bobina (e quindi nell’interruttore) decresce lentamente facendo diminuire gradualmente la caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario, evitando così la generazione di scintille spurie. Poiché la diminuzione del valore della tensione o corrente di controllo deve avvenire molto lentamente per evitare la generazione di scintille spurie, à ̈ necessario un intervallo di tempo elevato prima che il valore della corrente di carica attraverso l’avvolgimento primario della bobina (e quindi il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario) inizi a diminuire e quindi à ̈ necessario un intervallo di tempo elevato (ad esempio, 10-20 millisecondi) fra l’istante in cui viene rilevato il guasto e l’istante di tempo in cui il valore della corrente di carica attraverso l’avvolgimento primario della bobina (e quindi il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario) inizia a diminuire: questo intervallo di tempo può essere troppo grande e può causare guasti di tipo elettronico e/o meccanico (ad esempio, nel caso di protezione termica la temperatura del dispositivo continua ad aumentare durante detto intervallo di tempo ed il dispositivo si può danneggiare).

Nel caso particolare in cui l’interruttore sia realizzato con un transistore BJT, à ̈ necessario estrarre corrente dalla base del transistore BJT verso massa allo scopo di diminuire gradualmente il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario e allo stesso tempo limitare il valore di picco della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario, facendo decrescere lentamente il valore della corrente di carica che scorre attraverso l’avvolgimento primario (e nel transistore BJT) ed aumentando il valore della tensione sul terminale di collettore, in modo da evitare la generazione di scintille spurie fra gli elettrodi della candela. Questa soluzione nota ha lo svantaggio precedentemente indicato di richiedere un intervallo di tempo elevato fra l’istante in cui viene rilevato il guasto e l’istante di tempo in cui il valore della corrente attraverso l’avvolgimento primario della bobina (e quindi il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario) inizia a diminuire.

Nel caso particolare in cui l’interruttore sia realizzato con un transistore IGBT, à ̈ necessario controllare il valore della tensione sul terminale di gate del transistore IGBT in modo da far decrescere lentamente il valore della tensione sul terminale di gate, diminuendo di conseguenza gradualmente il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario e allo stesso tempo limitando il valore di picco della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario, evitando così la generazione di scintille spurie fra gli elettrodi della candela. Questa soluzione nota ha lo svantaggio precedentemente indicato di richiedere un intervallo di tempo elevato fra l’istante in cui viene rilevato il guasto e l’istante di tempo in cui il valore della corrente attraverso l’avvolgimento primario della bobina (e quindi il valore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario) inizia a diminuire; durante questo intervallo di tempo di valore elevato la corrente di carica continua a crescere ulteriormente in modo incontrollato fino a raggiungere valori di picco elevati. Inoltre la soluzione nota con transistore IGBT ha l’ulteriore svantaggio di non consentire di evitare in modo affidabile la generazione della scintilla (o di scintille spurie) negli istanti di tempo diversi da quelli calcolati dalla centralina, a causa della elevata transconduttanza del transistore IGBT. Infatti bastano piccole variazioni del valore della tensione sul terminale di gate del transistore IGBT, che viene generata una variazione significativa del valore della corrente che scorre nel collettore del transistore IGBT, generando così una variazione significativa della tensione sul collettore del transistore IGBT e quindi una variazione significativa della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario della bobina, causando di conseguenza una variazione della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento secondario che à ̈ sufficiente a generare una scintilla fra gli elettrodi della candela, che può provocare guasti rilevanti al motore o a diversi componenti del motore.

Le soluzioni note inoltre non consentono di controllare in modo accurato l’andamento decrescente della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario della bobina durante la fase di scarica dell’energia accumulata nell’avvolgimento primario in seguito al rilevamento del guasto, con lo svantaggio che potrebbero verificarsi brusche variazioni della tensione del terminale dell’avvolgimento primario e di conseguenza brusche variazioni della tensione del terminale dell’avvolgimento secondario, provocando così scintille indesiderate fra gli elettrodi della candela.

Breve sommario dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un sistema elettronico per scaricare un trasformatore in caso di un guasto durante una fase di carica del trasformatore come definito nella annessa rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 11.

La Richiedente ha percepito che il sistema elettronico in accordo con la presente invenzione ha i seguenti vantaggi:

- viene ridotto l’intervallo di tempo che intercorre fra l’istante in cui viene rilevato il guasto e l’istante in cui la caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario viene limitata ad un valore pre-determinato, consentendo così una veloce attivazione dei sistemi di protezione (ad esempio, di tipo termico) ed evitando quindi che la corrente che scorre attraverso l’avvolgimento primario raggiunga valori di picco elevati (nell’esempio di tipo termico, evitando il raggiungimento di temperature elevate del dispositivo);

- à ̈ possibile scaricare l’energia accumulata nell’avvolgimento primario della bobina controllando in modo accurato l’andamento della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario del trasformatore, evitando così la generazione di scintille indesiderate durante lo spegnimento in sicurezza dell’accensione elettronica;

- nel caso in cui l’interruttore sia realizzato con un transistore IGBT, à ̈ possibile evitare in modo affidabile la generazione di scintille indesiderate durante lo spegnimento dell’accensione elettronica.

Forma oggetto della presente invenzione anche un circuito integrato come definito nella annessa rivendicazione 12.

Forma oggetto della presente invenzione anche un veicolo, in particolare un autoveicolo, come definito nella annessa rivendicazione 13.

Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per scaricare un trasformatore in caso di guasto durante una fase di carica del trasformatore, come definito nella annessa rivendicazione 14.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 mostra schematicamente un sistema di accensione elettronica per il motore di un veicolo secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;

- le Figure 2A-2E mostrano schematicamente un circuito elettronico di protezione utilizzato nel sistema di accensione elettronica secondo la forma di realizzazione dell’invenzione;

- le Figure 3A-3B mostrano un esempio di amplificatore di corrente o di generatore di corrente utilizzati nel circuito elettronico di protezione secondo la forma di realizzazione dell’invenzione;

- le Figure 4A-C mostrano schematicamente un possibile andamento di alcuni segnali utilizzati nel sistema di accensione elettronica secondo la forma di realizzazione dell’invenzione.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

Con riferimento alla Figura 1, viene mostrato un sistema di accensione elettronica 1 per il motore di un veicolo (ad esempio, una automobile) secondo una forma di realizzazione dell’invenzione.

Il sistema di accensione elettronica 1 comprende una bobina 7, un interruttore 3, una candela di accensione 6, un micro-processore 8, un circuito logico 4 ed un circuito elettronico di protezione 2.

Il micro-processore 8, il circuito logico 4 e il circuito elettronico di protezione 2 sono alimentati con una bassa tensione di alimentazione VCC (per esempio, il valore di VCC Ã ̈ compreso fra 3,3 V e 5 V).

Il sistema di accensione elettronica 1 Ã ̈ tale da avere fase di carica, una fase di accensione ed una fase di scarica in sicurezza.

Nella fase di carica e nella fase di accensione il circuito elettronico di protezione 2 Ã ̈ disabilitato e nella fase di scarica in sicurezza il circuito elettronico di protezione 2 Ã ̈ abilitato.

Durante la fase di carica viene caricata energia nell’avvolgimento primario 15 della bobina 7 e nella fase di accensione viene generata la scintilla fra gli elettrodi della candela 6, bruciando così la miscela aria/carburante contenuta nel cilindro del motore.

Durante la fase di scarica in sicurezza il circuito elettronico di protezione 2 à ̈ abilitato ed effettua attraverso l’interruttore 3 la scarica dell’energia accumulata nell’avvolgimento primario 15 della bobina 7 in modo da spegnere in sicurezza il sistema di accensione elettronica 1, evitando così la generazione della scintilla (e di scintille indesiderate) fra gli elettrodi della candela 6.

Pertanto per “spegnimento in sicurezza†del sistema di accensione elettronica 1 si intende nella presente descrizione che l’energia precedentemente accumulata nell’avvolgimento primario 15 della bobina 7 non viene scaricata sull’avvolgimento secondario 16 della bobina 7, ma viene scaricata attraverso l’interruttore 3 per mezzo del circuito elettronico di protezione 2 e quindi viene evitata la generazione della scintilla fra gli elettrodi della candela 6 negli istanti di tempo diversi da quelli calcolati dal micro-processore 8.

Alcuni esempi di guasti che possono verificarsi sono i seguenti:

- aumento del valore della temperatura interna del dispositivo in cui à ̈ realizzato il sistema di accensione elettronica 1 al di sopra di un valore di soglia;

- sovra-tensioni della tensione di batteria Vbatto di segnali logici (ad esempio, un corto circuito del segnale di tensione di controllo Vctrlcon la tensione di batteria Vbatt);

- raggiungimento di un valore massimo di una corrente primaria Iprche scorre attraverso l’avvolgimento primario 15;

- disconnessione di fili di inter-bonding (utilizzati ad esempio per sensori di temperatura e/o corrente di un transistore IGBT 30 che realizza l’interruttore 3) nel caso in cui il sistema di accensione elettronica 1 sia realizzato con un circuito integrato di tipo ibrido, cioà ̈ in cui il circuito logico 4 e il circuito elettronico di protezione 2 sono realizzati in un dispositivo separato dal dispositivo che realizza l’interruttore 3 e i due dispositivi sono collegati fra di loro con i fili di inter-bonding all’interno di uno stesso involucro.

La bobina 7 comprende l’avvolgimento primario 15 avente un primo terminale collegato ad una tensione di batteria Vbatt(uguale ad esempio a 12 V) ed un secondo terminale collegato all’interruttore 3 e tale da generare un segnale primario di tensione Vhvc; la bobina 7 comprende inoltre un avvolgimento secondario 16 avente un primo terminale collegato alla tensione di batteria Vbatted un secondo terminale collegato ad un elettrodo della candela di accensione 6 e tale da generare un segnale secondario di tensione Vsec, in cui la caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento secondario 16 à ̈ maggiore della caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario 15.

L’interruttore 3 à ̈ collegato in serie all’avvolgimento primario 15; in particolare, l’interruttore 3 comprende un primo terminale c collegato al secondo terminale dell’avvolgimento primario 15, comprende un secondo terminale e collegato ad un riferimento di tensione a massa e comprende un terzo terminale di controllo g per ricevere un segnale di tensione di controllo Vctrlche ha la funzione di comandare l’apertura o la chiusura dell’interruttore 3. Una corrente Ihvcfluisce attraverso l’interruttore 3 quando questo à ̈ chiuso.

Preferibilmente, l’interruttore 3 à ̈ un transistore di tipo IGBT 30 (Insulated Gate Bipolar Transistor) avente il terminale di collettore c collegato al secondo terminale dell’avvolgimento primario 15, avente il terminale di emettitore e collegato al riferimento di tensione a massa ed avente il terminale di gate g che riceve il segnale di tensione di controllo Vctrl. In particolare, il transistore IGBT 30 ha una prima tensione di soglia Vthed à ̈ tale da funzionare nella zona di saturazione quando à ̈ chiuso e nella zona di interdizione quando à ̈ aperto; questo à ̈ ottenuto per mezzo della scelta di un opportuno valore della bassa tensione di alimentazione VCC in modo che il transistore IGBT 30 sia tale da funzionare nella zona di saturazione quando la tensione sul terminale di gate g à ̈ uguale alla bassa tensione di alimentazione VCC, tale da funzionare nella zona lineare quando la corrente che scorre attraverso il terminale di collettore c à ̈ controllata dalla differenza fra il valore della tensione sul terminale di gate g ed il valore della prima tensione di soglia Vthe tale da funzionare nella zona di interdizione quando il valore della tensione sul terminale di gate g à ̈ inferiore al valore della prima tensione di soglia Vth. In questo caso il primo terminale c dell’interruttore 3 à ̈ il terminale di collettore del transistore IGBT 30 e verrà indicato in seguito con “terminale di collettore c†, la corrente Ihvcà ̈ la corrente che scorre nel terminale di collettore c del transistore IGBT 30 e verrà indicata in seguito con “corrente di collettore Ihvc†, il segnale primario di tensione Vhvcà ̈ la tensione sul terminale di collettore c del transistore IGBT 30 e verrà indicata in seguito con “tensione di collettore Vhvc†, il secondo terminale e dell’interruttore 3 à ̈ il terminale di emettitore del transistore IGBT 30 e verrà indicato in seguito con “terminale di emettitore e†, il terzo terminale di controllo g dell’interruttore 3 à ̈ il terminale di gate del transistore IGBT 30 e verrà indicato in seguito con “terminale di gate g†, il segnale di tensione di controllo Vctrlà ̈ la tensione sul terminale di gate e verrà indicata in seguito con “tensione di gate Vctrl†.

La candela di accensione 6 comprende un primo elettrodo collegato al secondo terminale dell’avvolgimento secondario 16 ed un secondo elettrodo collegato a massa.

Il micro-processore 8 ha la funzione di calcolare gli istanti in cui può avvenire la scintilla fra gli elettrodi della candela d’accensione 6, prendendo in considerazione informazioni relative al funzionamento del motore del veicolo ottenute per mezzo di opportuni sensori: ad esempio, l’istante in cui può avvenire la scintilla à ̈ quello in cui la compressione nel cilindro ha raggiunto il valore massimo. Il micro-processore 8 comprende un terminale d’uscita per generare un segnale di accensione Sacche ha una transizione da un primo valore logico ad un secondo valore logico (ad esempio, una transizione da basso ad alto) negli istanti di inizio della fase di carica dell’avvolgimento primario 15 della bobina 7 ed ha una transizione dal secondo valore logico al primo valore logico (nell’esempio, una transizione da alto a basso) negli istanti calcolati dal micro-processore 8 in cui può avvenire la scintilla fra gli elettrodi della candela d’accensione 6.

Il circuito logico 4 ha la funzione di controllare l’apertura o la chiusura dell’interruttore 3 e la funzione di abilitare o disabilitare il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 allo scopo di effettuare lo spegnimento in sicurezza del sistema di accensione elettronica 1. In particolare, il circuito logico 4 comprende:

- un terminale d’ingresso collegato al terminale d’uscita del micro-processore 8 e tale da ricevere il segnale d’accensione Sac;

- uno o più terminali d’ingresso per ricevere uno o più segnali di guasto F1, F2, F3indicativi di uno o più rispettivi guasti che si verificano durante la fase di carica dell’avvolgimento primario 15;

- un primo terminale d’uscita O1collegato al terzo terminale di controllo g dell’interruttore 3 e tale da generare, in funzione del segnale d’accensione Sace dei segnali di guasto F1, F2, F3, il segnale di tensione di controllo Vctrlper controllare la chiusura o l’apertura dell’interruttore 3;

- un secondo terminale d’uscita O2tale da generare, in funzione del segnale d’accensione Sace dei segnali di guasto F1, F2, F3, un segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente un primo valore (ad esempio, una transizione da un valore logico basso ad alto) per abilitare il circuito elettronico di protezione 2 (e quindi attivare la fase di scarica in sicurezza) e avente un secondo valore (nell’esempio, una transizione dal valore logico alto a basso) per disabilitare il circuito elettronico di protezione 2 (e quindi disattivare la fase di scarica in sicurezza ed attivare la fase di carica).

In particolare, il circuito logico 4 à ̈ tale da ricevere il segnale di accensione Sacavente il secondo valore logico (nell’esempio, alto) indicativo della fase di carica dell’avvolgimento primario 15, à ̈ tale da rilevare uno o più segnali di guasto F1, F2, F3indicativi di uno o più rispettivi guasti e, in funzione di essi, à ̈ tale da generare il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente una transizione da un primo ad un secondo valore logico (ad esempio, da basso ad alto) per abilitare il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 ed effettuare lo spegnimento in sicurezza del sistema di accensione elettronica 1 scaricando l’energia accumulata nell’avvolgimento primario 15 per mezzo del circuito elettronico di protezione 2, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella descrizione relativa al funzionamento.

Inoltre il circuito logico 4 à ̈ tale da ricevere il segnale di accensione Sacavente una transizione dal primo al secondo valore logico indicativa dell’inizio della fase di carica dell’avvolgimento primario 15, à ̈ tale da rilevare uno o più segnali di guasto F1, F2, F3indicativi dell’assenza di guasti e, in funzione di essi, à ̈ tale da attivare la fase di carica ed à ̈ tale da generare il segnale di tensione di controllo Vctrlavente un valore di tensione alto (per esempio, uguale alla bassa tensione di alimentazione VCC) per chiudere l’interruttore 3 ed à ̈ tale da generare il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente un secondo valore logico (nell’esempio, basso) per disabilitare il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2; in questo caso inizia la fase di carica di energia nell’avvolgimento primario 15 e scorre una corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 e scorre la corrente Ihvcattraverso l’interruttore 3.

Inoltre nella fase di accensione il circuito logico 4 à ̈ tale da ricevere il segnale di accensione Sacavente una transizione dal secondo al primo valore logico indicativa dell’istante in cui può avvenire la scintilla, à ̈ tale da rilevare uno o più segnali di guasto F1, F2, F3indicativi dell’assenza di guasti e, in funzione di essi, à ̈ tale da generare il segnale di tensione di controllo Vctrlavente un valore di tensione basso (per esempio, 0 V) per aprire l’interruttore 3: in questo caso, viene interrotto il flusso della corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 e viene generato un impulso di tensione sull’avvolgimento primario di breve durata (tipicamente con valore di picco di 350-400 V e con durata di pochi micro-secondi), che genera sull’avvolgimento secondario 16 della bobina 7 un impulso di tensione di valore maggiore (tipicamente del valore di 35-40 KV), che à ̈ sufficiente a generare la scintilla fra gli elettrodi della candela 6, bruciando così la miscela aria/carburante contenuta nel cilindro del motore del veicolo.

Il circuito elettronico di protezione 2 ha la funzione di effettuare lo spegnimento in sicurezza del sistema di accensione elettronica 1, cioà ̈ effettuare la scarica dell’energia accumulata nell’avvolgimento primario 15 della bobina 7 nel caso in cui si verifichi un guasto durante la fase di carica dell’avvolgimento primario 15 in modo da evitare la generazione della scintilla (o di scintille indesiderate) sulla candela 6 negli istanti di tempo diversi da quelli calcolati dal microprocessore 8.

Con riferimento alla Figura 1, il circuito elettronico di protezione 2 comprende:

- un primo terminale di comando I1collegato al terzo terminale di controllo g dell’interruttore 3 (e quindi collegato anche al terminale d’uscita del circuito logico 4) e tale da trasportare il segnale di tensione di controllo Vctrl;

- un secondo terminale I2collegato al secondo terminale dell’avvolgimento primario 15 e tale da ricevere il segnale primario di tensione Vhvce tale da trasportare una corrente di scarica lenta Irhv;

- un terzo terminale d’ingresso I3per ricevere la tensione di batteria Vbatt.

In particolare, il circuito elettronico di protezione 2 comprende un generatore di corrente 10 ed un circuito di limitazione di tensione 12, i quali sono alimentati dalla bassa tensione di alimentazione VCC.

Il generatore di corrente 10 Ã ̈ realizzato ad esempio con uno specchio di corrente che utilizza due transistori bipolari T1, T2 di tipo npn ed una resistenza R10(come mostrato in Figura 3A, in cui I2= Isk), oppure con uno specchio di corrente che utilizza due transistori bipolari T3, T4 di tipo pnp ed una resistenza R11(come mostrato in Figura 3B, in cui I2= Isk).

La fase di scarica in sicurezza comprende una prima fase di scarica veloce ed una seconda fase di scarica lenta.

Nella prima fase di scarica veloce il generatore di corrente 10 ha la funzione di generare una corrente di scarica veloce Iskdal primo terminale di comando I1verso massa (si veda la freccia mostrata in Figura 2C), allo scopo di ridurre l’intervallo di tempo che intercorre fra l’istante (si veda t3in Figura 4A) in cui viene rilevato il guasto e l’istante (si veda t4in Figura 4A) in cui il valore del segnale primario di tensione Vhvc(e quindi la caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento primario 15) viene limitato ad un valore pre-determinato, riducendo così il ritardo d’intervento della protezione ed evitando che la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 raggiunga valori di picco elevati (evitando ad esempio un eccessivo riscaldamento del dispositivo in cui à ̈ realizzato il sistema di accensione elettronica 1).

Nella seconda fase di scarica lenta (si veda la Figura 2E) il circuito di limitazione di tensione 12 ha la funzione di limitare il segnale primario di tensione Vhvcsul secondo terminale I2(e quindi sul secondo terminale dell’avvolgimento primario 15) ad un valore massimo Vhvc_maxuguale alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K (si veda in Figura 4A il segnale Vhvcall’istante t5). La scelta di detto valore massimo Vhvc_maxconsente di controllare in modo accurato la pendenza della corrente primaria Iprin modo che questa abbia un andamento sostanzialmente decrescente gradualmente, evitando così la generazione di scintille indesiderate fra gli elettrodi della candela 6. Infatti, se il valore del segnale primario di tensione Vhvcà ̈ uguale a Vhvc= Vbatt+K, la caduta di tensione ∆Vprai capi dell’avvolgimento primario 15 à ̈ uguale a ∆Vpr= [Vhvc-Vbatt]= [(Vbatt+K)-Vbatt]= K, cioà ̈ la caduta di tensione ∆Vprai capi dell’avvolgimento primario 15 à ̈ sostanzialmente costante, ovvero non dipende dal particolare valore della tensione di batteria Vbatt, che potrebbe subire variazioni di valore: questo consente, per mezzo della scelta di un opportuno valore K, di controllare in modo accurato la pendenza della corrente primaria Iprche scorre attraverso l’avvolgimento primario 15 in modo che essa abbia un andamento sostanzialmente decrescente gradualmente. In questo modo à ̈ possibile controllare in modo accurato la scarica graduale dell’energia accumulata nell’avvolgimento primario 15, evitando di generare scintille indesiderate sulla candela 6. Infatti la caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento secondario 16 à ̈ uguale a ∆Vsec= N*(Vhvc-Vbatt)= N*(Vhvc_max-Vbatt)= N*(Vbatt+K-Vbatt)= N*K: si sceglie quindi il valore di K in modo che il valore N*K sia inferiore al valore della caduta di tensione (ai capi dell’avvolgimento secondario 16) necessaria per innescare la scintilla sulla candela 6.

Con riferimento alla Figura 2, viene mostrato più in dettaglio il circuito elettronico di protezione 2 utilizzato nel sistema di accensione elettronica 1; in particolare, la Figura 2 mostra più in dettaglio il circuito di limitazione di tensione 12 utilizzato nel circuito elettronico di protezione 2. Il circuito di limitazione di tensione 12 comprende:

- un terminale d’ingresso per ricevere il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssd;

- un resistore R2;

- un resistore Rhv;

- un diodo D1;

- un diodo Zener DZ;

- un transistore bipolare a giunzione di tipo pnp 54;

- un amplificatore di corrente 52;

- un resistore Rpdcon valore maggiore della resistenza vista nel terzo terminale di controllo g;

- un comparatore di tensione 53 tale da generare un segnale di abilitazione scarica veloce Sen_sk; - un interruttore 51 controllato dal segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssd;

- un interruttore 57 controllato dal NOT logico del segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssd;

- un interruttore 56 controllato dal segnale di abilitazione scarica veloce Sen_sk;

- un generatore di soglia 55 tale da generare un valore di una seconda tensione di soglia Vth_Vbattproporzionale alla tensione di batteria Vbatte minore di essa, cioà ̈ Vth_Vbatt= K1*Vbatt; per esempio, il generatore di soglia 55 à ̈ un partitore resistivo.

L’amplificatore di corrente 52 consente di avere un valore piccolo della corrente di scarica lenta Irhv: questo ha il vantaggio che il valore del segnale primario di tensione Vhvcà ̈ limitato ad un valore Vhvc_maxche non dipende dalla tolleranza del resistore Rhve non dipende dalla transconduttanza del transistore IGBT 30, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella descrizione relativa al funzionamento del sistema di accensione elettronica 1.

Nel caso in cui l’interruttore 3 sia realizzato con un transistore IGBT 3, il valore della seconda tensione di soglia Vth_Vbattà ̈ scelto in modo che sia maggiore della massima tensione di saturazione Vce,satdel transistore IGBT 3: questo consente di portare il transistore IGBT 3 fuori dalla zona di saturazione nella prima fase di scarica veloce, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella descrizione relativa al funzionamento del sistema di accensione elettronica 1 (istanti compresi fra t3e t4’).

Il resistore Rhvha la funzione di monitorare il valore del segnale primario di tensione Vhvc. Il resistore Rhvà ̈ ad alta tensione, cioà ̈ à ̈ tale da poter sostenere valori elevati della caduta di tensione ai suoi capi (tipicamente, 350-400 V) che si verificano quando il sistema di accensione elettronica 1 à ̈ nella fase di accensione in cui avviene la scintilla sulla candela 6.

L’insieme del resistore Rhv, del diodo D1, del diodo Zener DZ, del transistore 54, dell’amplificatore di corrente 52, dell’interruttore 51 e del resistore Rpdhanno la funzione di creare un percorso elettrico in cui, nella seconda fase di scarica lenta, può fluire la corrente di scarica lenta Irhvdal secondo terminale I2verso massa e può fluire la corrente amplificata Ilvcattraverso il resistore Rpdverso massa (si veda la freccia in Figura 2E), allo scopo di limitare il segnale primario di tensione Vhvcad un valore massimo Vhvc_maxuguale alla somma della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K: questo consente di controllare in modo accurato l’andamento della corrente primaria Iprin modo che abbia un andamento sostanzialmente decrescente gradualmente allo scopo di effettuare lo spegnimento in sicurezza del sistema di accensione elettronica 1 scaricando l’energia accumulata nell’avvolgimento primario 15, evitando così la generazione di scintille indesiderate in istanti di tempo diversi da quelli calcolati dal microprocessore 8.

L’interruttore 57 ha la funzione di proteggere i componenti all’interno del circuito di protezione 2 durante la fase di carica e di accensione perché mantiene il valore della tensione di monitoraggio Vrhva zero, evitando che questa raggiunga valori elevati a causa di valori elevati del segnale primario di tensione Vhvc.

L’interruttore 51 ha la funzione di isolare il circuito di protezione 2 dal terzo terminale di controllo g dell’interruttore 3 quando il circuito di protezione 2 à ̈ disabilitato nella fase di carica (si veda la Figura 2B).

In particolare:

- il resistore R2ha un primo terminale collegato al terzo terminale d’ingresso I3ed un secondo terminale collegato a massa;

- il resistore Rhvha un primo terminale collegato al secondo terminale I2(che riceve il segnale primario di tensione Vhvc) ed un secondo terminale collegato al diodo D1 ed avente un valore di tensione indicato in seguito con tensione di monitoraggio Vrhv;

- l’interruttore 57 à ̈ collegato fra il secondo terminale del resistore Rhve massa ed à ̈ controllato dal NOT logico del segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssd;

- il diodo D1 ha l’anodo collegato al secondo terminale del resistore Rhve il catodo collegato al diodo Zener DZ;

- il diodo Zener DZ ha il catodo collegato al catodo del diodo zener e l’anodo collegato al transistore 54;

- il transistore 54 ha il terminale di emettitore collegato all’anodo del diodo zener DZ, il terminale di collettore collegato all’amplificatore di corrente 52 ed il terminale di base collegato al terzo terminale d’ingresso I3(che riceve la tensione di batteria Vbatt);

- l’amplificatore di corrente 52 à ̈ alimentato dalla bassa tensione di alimentazione VCC, ha un terminale d’ingresso collegato al collettore del transistore 54, ha un terminale d’uscita collegato agli interruttori 51 e 56 ed ha un terminale di controllo per ricevere il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdper abilitare o disabilitare il funzionamento dell’amplificatore di corrente 52;

- il generatore di soglia 55 ha un terminale d’ingresso collegato al terzo terminale d’ingresso I3ed un terminale d’uscita collegato al comparatore di tensione 53;

- il comparatore di tensione 53 ha un primo terminale d’ingresso collegato all’anodo del diodo D1 e tale da ricevere la tensione di monitoraggio Vrhv, ha un secondo terminale d’ingresso collegato al terminale d’uscita del generatore di soglia 55 e tale da ricevere la seconda tensione di soglia Vth_Vbatted ha un terminale d’uscita per generare il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_sk;

- l’interruttore 51 à ̈ collegato fra il terminale d’uscita dell’amplificatore di corrente 52 ed il primo terminale di comando I1(che trasporta il segnale di tensione di controllo Vctrl) ed à ̈ controllato dal segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssd;

- l’interruttore 56 à ̈ collegato fra il terminale d’uscita dell’amplificatore di corrente 52 ed il generatore di corrente 10 ed à ̈ controllato dal segnale di abilitazione scarica veloce Sen_sk(per esempio, l’interruttore 56 à ̈ chiuso quando il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skha un valore logico alto ed à ̈ aperto quando il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skha un valore logico basso);

- il resistore Rpdà ̈ collegato fra il primo terminale di comando I1e massa.

Si osservi che i seguenti componenti non sono essenziali ai fini del corretto funzionamento del circuito di limitazione di tensione:

- la presenza del diodo D1 e del diodo Zener DZ, cioà ̈ il resistore Rhvpotrebbe essere collegato direttamente con il terminale di emettitore del transistore 54;

- la presenza contemporanea del diodo D1 e del diodo Zener DZ, cioà ̈ potrebbe essere presente D1 e non Dz o, viceversa, potrebbe essere presente DZ e non D1; alternativamente, potrebbero essere presenti due o più diodi D1, D2, D3... collegati in serie oppure due o più diodi Zener DZ1, DZ2, DZ3... collegati in serie, o, più in generale, una combinazione di uno o più diodi collegati in serie con uno o più diodi Zener;

- l’amplificatore di corrente 52: in questo caso il terminale di collettore del transistore 54 à ̈ direttamente collegato con l’interruttore 51;

- l’interruttore 57;

- il resistore R2,che può essere considerato come la resistenza equivalente verso la tensione di batteria Vbatt.

Con riferimento alla Figura 3A, viene mostrato un primo esempio di amplificatore di corrente 52A che realizza l’amplificatore di corrente 52 utilizzato nel circuito di limitazione di tensione 12. L’amplificatore di corrente 52A à ̈ realizzato con uno specchio di corrente che utilizza due transistori bipolari T1, T2 di tipo npn ed una resistenza R10.

Con riferimento alla Figura 3B, viene mostrato un secondo esempio di amplificatore di corrente 52B che realizza l’amplificatore di corrente 52 utilizzato nel circuito di limitazione di tensione 12. L’amplificatore di corrente 52B à ̈ realizzato con uno specchio di corrente che utilizza due transistori bipolari T3, T4 di tipo pnp ed una resistenza R11.

Si osservi che l’amplificatore di corrente 52 può essere anche realizzato con una combinazione degli amplificatori di corrente 52A e 52B.

Con riferimento alle Figure 4A, 4B, 4C, viene mostrato un possibile andamento dei segnali di tensione e di corrente del sistema di accensione elettronica 1 durante la fase di carica e la fase di scarica in sicurezza, in cui all’istante t3si verifica un guasto durante la fase di carica dell’avvolgimento primario 15.

La fase di carica dell’avvolgimento primario 15 à ̈ compresa fra gli istanti t2e t3e la fase di scarica in sicurezza dell’avvolgimento primario 15 à ̈ compresa fra gli istanti t3e t9.

E’ possibile notare che il segnale primario di tensione Vhvcdopo l’istante t3(in cui avviene il guasto) continua a crescere fino a raggiungere all’istante t5un valore massimo Vhvc_maxche à ̈ molto inferiore al valore massimo che raggiungerebbe in presenza del guasto e senza la presenza del circuito elettronico di protezione 2 e che dall’istante t5fino all’istante t7il segnale primario di tensione Vhvcsi mantiene sostanzialmente costante ed uguale al valore massimo Vhvc_max; l’intervallo di tempo compreso fra t3e t5à ̈ piccolo (ad esempio, compreso fra 10 e 30 microsecondi) e questo consente una veloce attivazione della protezione (evitando ad esempio un eccessivo riscaldamento del dispositivo in cui à ̈ realizzato il sistema di accensione elettronica 1). Inoltre negli istanti compresi fra t2e t4’ à ̈ possibile notare che la corrente primaria Ipre la corrente Ihvccontinuano a crescere fino a raggiungere all’istante t4’ rispettivi valori massimi Ipr_max, Ihvc_maxche sono molto inferiori rispetto ai rispettivi valori massimi che raggiungerebbero in presenza del guasto e senza la presenza del circuito elettronico di protezione 2; dall’istante t4’ la corrente primaria Ipre la corrente Ihvchanno un andamento decrescente.

I valori massimi Ipr_max, Ihvc_maxinferiori diminuiscono il rischio di danneggiare piste metalliche sulla piastra a circuito stampato, fili e la bobina 7.

Inoltre à ̈ possibile notare che fra gli istanti t5(in cui il segnale primario di tensione Vhvcha raggiunto il valore massimo Vhvc_max) e t7il segnale primario di tensione Vhvcha un andamento sostanzialmente costante uguale al valore massimo Vhvc_maxche à ̈ uguale alla somma della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K. Come spiegato in precedenza, la scelta di detto valore massimo Vhvc_maxconsente di controllare in modo accurato la pendenza della corrente primaria Ipre della corrente Ihvcin modo che negli istanti compresi fra t5e t7abbiano un andamento decrescente gradualmente (ad esempio, lineare) fino ad un valore sostanzialmente nullo, evitando così la generazione di scintille indesiderate fra gli elettrodi della candela 6.

Si osservi che la durata degli intervalli di tempo [t3,t4], [t4,t5] e [t7,t8] à ̈ molto inferiore alla durata dell’intervallo [t3,t8].

Sarà ora descritto il funzionamento del sistema di accensione elettronica 1 durante la fase di carica e la fase di scarica in sicurezza, facendo anche riferimento alle Figure 1, 2B-2E e 4A-C. In particolare:

- la Figura 2B mostra il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 negli istanti compresi fra t1e t3(t3escluso);

- la Figura 2C mostra il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 negli istanti compresi fra t3e t4(t4escluso);

- la Figura 2D mostra il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 negli istanti compresi fra t4e t5(t5escluso);

- la Figura 2E mostra il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 negli istanti compresi fra t5e t8.

Ai fini della spiegazione del funzionamento si suppone che l’interruttore 3 sia realizzato con il transistore IGBT 30 e che il valore della seconda tensione di soglia Vth_Vbattsia significativamente maggiore della massima tensione di saturazione Vce,satdel transistore IGBT 3 e sia minore della tensione di batteria Vbatt(per esempio, Vce,sat= 0,2 V, Vbatt=12 V e Vth_Vbatt= Vbatt/2= 6 V).

- Istanti compresi fra t1e t2(t2escluso)

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 negli istanti compresi fra t1e t2(t2escluso) Ã ̈ mostrato in Figura 2B.

Negli istanti compresi fra l’istante iniziale t1e l’istante t2(t2escluso) il micro-processore 8 sta elaborando le informazioni ricevute dai sensori relative al funzionamento del motore del veicolo e genera, in funzione di esse, il segnale di accensione Sacavente un valore logico basso che indica che non può avvenire la generazione della scintilla sulla candela 6.

Il circuito logico 4 riceve il segnale di accensione Sacavente il valore logico basso, riceve i segnali di guasto F1, F2, F3aventi valori logici bassi indicativi dell’assenza di guasti e genera il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente un valore logico basso che mantiene il circuito elettronico di protezione 2 disabilitato e genera la tensione di gate Vctrlavente il valore di tensione basso (0 V) che mantiene aperto il transistore IGBT 30.

Il transistore IGBT 30 à ̈ aperto e quindi la corrente di collettore Ihvcà ̈ uguale a zero.

Il circuito di protezione 2 riceve il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente il valore logico basso ed à ̈ disabilitato. Poiché il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdha il valore logico basso, l’interruttore 57 à ̈ chiuso, l’interruttore 51 à ̈ aperto e l’amplificatore di corrente 52 à ̈ disabilitato.

Poiché l’interruttore 57 à ̈ chiuso, il valore della tensione di monitoraggio Vrhvà ̈ uguale a zero e quindi il transistore 54 à ̈ aperto (stato di interdizione); di conseguenza, la corrente primaria Iprscorre attraverso l’avvolgimento primario 15 e la corrente di scarica lenta Irhvavente valore uguale a I1pr= Vbatt/Rhvscorre solo attraverso il resistore Rhve l’interruttore 57 verso massa, mentre non scorre corrente attraverso il transistore 54, come mostrato schematicamente in Figura 2B. Pertanto i valori della corrente di scarica veloce Iskgenerata dal generatore di corrente 10 e della corrente Ipdattraverso il resistore Rpdsono uguali a zero.

Il comparatore di tensione 53 riceve sul terminale negativo il valore della tensione di monitoraggio Vrhvuguale a zero, riceve sul terminale positivo il valore della seconda tensione di soglia Vth_vbatt, rileva che il valore della tensione di monitoraggio Vrhvà ̈ minore del valore della seconda tensione di soglia Vth_vbatte genera il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skavente un valore logico alto che chiude l’interruttore 56, come mostrato in Figura 2B.

Poiché il transistore IGBT 30 à ̈ aperto, il valore I1prdella corrente primaria Iprà ̈ uguale al valore I1rhvdella corrente di scarica lenta Irhv, cioà ̈ Ipr= Irhv= Vbatt/Rhv= I1pr= I1rhv, ed inoltre il valore V1hvcdella tensione di collettore Vhvcà ̈ uguale alla tensione di batteria Vbatt, cioà ̈ Vhvc= V1hvc= Vbatt.

Poiché il valore della corrente primaria Iprfra t1e t2à ̈ costante, il valore della corrente secondaria Isecche scorre attraverso l’avvolgimento secondario 16 à ̈ uguale a zero ed anche il valore della caduta di tensione ∆Vsecai capi dell’avvolgimento secondario 16 à ̈ uguale a ∆Vsec= N*(Vbatt-Vhvc)=N*(Vbatt-Vbatt)=0.

La candela 6 riceve il segnale secondario di tensione Vsec=0 V e quindi non viene innescata la scintilla sulla candela 6.

- Istante t2

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 all’istante t2à ̈ mostrato in Figura 2B.

All’istante t2il micro-processore 8 riceve dai sensori le informazioni relative al funzionamento del motore del veicolo e genera da queste il segnale di accensione Sacavente una transizione dal valore logico basso ad alto che indica l’inizio della fase di carica (indicata con Fchgnelle Figure 4A-4C) dell’avvolgimento primario 15 della bobina 7.

Il circuito logico 4 riceve il segnale di accensione Sacavente il valore logico alto, riceve i segnali di guasto F1, F2, F3aventi valori logici bassi indicativi dell’assenza di guasti e genera il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente un valore logico basso che mantiene il circuito di protezione 2 disabilitato e genera la tensione di gate Vctrluguale al valore della bassa tensione di alimentazione VCC che chiude il transistore IGBT 30 in modo che questo sia polarizzato in zona di saturazione: in questo modo inizia a scorrere la corrente di collettore Ihvcattraverso il transistore IGBT 3 e scorre la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15, iniziando così ad accumulare energia nell’avvolgimento primario 15. Inoltre il valore della tensione di collettore Vhvcha una transizione dal valore V1hvc= Vbattad un valore inferiore V2hvc= Vce,sat, in cui Vce,satà ̈ la caduta di tensione fra il collettore e l’emettitore del transistore IGBT 3 polarizzato in zona di saturazione (ad esempio, Vce,sat= 0,2 V).

Il circuito di protezione 2 riceve il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente il valore logico basso e continua ad essere disabilitato. Poichà ̈ il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdmantiene il valore logico basso, l’interruttore 57 rimane chiuso e quindi continua a scorrere la corrente di scarica lenta Irhvsolo attraverso il resistore Rhve l’interruttore 57 verso massa (come mostrato in Figura 2B), di valore uguale a I1rhv= Vbatt/Rhv. Il valore della resistenza del resistore Rhvà ̈ sufficientemente grande in modo che il valore della corrente di scarica lenta Irhv=I1rhv= Vbatt/Rhvsia sufficientemente piccolo. Inoltre poiché il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdmantiene il valore logico basso, l’interruttore 51 resta aperto (isolando il circuito di protezione 2 dal terminale di gate g del transitore IGBT 30) e l’amplificatore di corrente 52 resta disabilitato.

Il comparatore di tensione 53 continua a generare il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skavente il valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore 56, come mostrato in Figura 2B.

Poiché il valore della tensione di monitoraggio Vrhvmantiene il valore uguale a zero, il transistore 54 resta aperto; inoltre poichà ̈ l’interruttore 51 à ̈ aperto e l’amplificatore di corrente 52 à ̈ disabilitato, i valori della corrente di scarica veloce Iskgenerata dal generatore di corrente 10 restano uguali a zero. La corrente Ipdattraverso il resistore Rpdà ̈ fornita dal primo terminale d’uscita O1del circuito logico 4 ed ha una transizione dal valore zero al valore I1pd= Vctrl/Rpd= VCC/Rpd.

- Istanti compresi fra t2e t3(t3escluso)

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 fra gli istanti t2e t3(t3escluso) Ã ̈ mostrato in Figura 2B.

Il funzionamento del sistema elettronico di accensione 1 negli istanti compresi fra t2e t3(t3escluso) à ̈ analogo a quello descritto all’istante t2, quindi continua la carica di energia nell’avvolgimento primario 15. In particolare:

- la tensione di gate Vctrlmantiene il valore della bassa tensione di alimentazione VCC, che mantiene il transistore IGBT polarizzato in zona di saturazione;

- l’interruttore 57 rimane chiuso;

- la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 ha un andamento crescente;

- la tensione di collettore Vhvcmantiene il valore V2hvc= Vce,sat;

- la corrente di collettore Ihvcattraverso il transistore IGBT 3 ha un andamento crescente;

- la corrente di scarica lenta Irhvmantiene il valore I1rhv= Vbatt/Rhv.

- Istanti compresi fra t3e t4(t4escluso)

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 fra gli istanti t3e t4(t4escluso) Ã ̈ mostrato in Figura 2C.

All’istante t3il segnale F1ha una transizione da un valore logico basso ad alto per indicare che si à ̈ verificato un guasto.

Il micro-processore 8 continua a generare il segnale di accensione Sacavente il valore logico alto.

Il circuito logico 4 riceve il segnale di accensione Sacavente il valore logico alto, riceve il segnale di guasto F1avente la transizione dal valore logico basso al valore logico alto e genera il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdavente una transizione dal valore logico basso ad alto per abilitare il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2: inizia quindi la fase di scarica in sicurezza (indicata con Fdschgnelle Figure 4A-4C). Inoltre il primo terminale d’uscita O1del circuito logico 4 viene posto in uno stato di alta impedenza.

In particolare, all’istante t3l’interruttore 57 à ̈ aperto, il comparatore di tensione 53 riceve sul terminale negativo il valore della tensione di monitoraggio Vrhvuguale a zero, riceve sul terminale positivo il valore della seconda tensione di soglia Vth_vbatt, rileva che il valore della tensione di monitoraggio Vrhvà ̈ minore del valore della seconda tensione di soglia Vth_vbatte continua a generare il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skavente il valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore 56. Inoltre poiché il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdha il valore logico basso, l’interruttore 57 si apre, l’interruttore 51 si chiude ed inizia la prima fase di scarica veloce.

Poiché il valore della tensione di monitoraggio Vrhvà ̈ uguale a zero, il transistore 54 resta aperto.

Il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdha il valore logico alto e quindi l’amplificatore di corrente 52 viene abilitato, ma il valore della corrente amplificata Ilvcin uscita dall’amplificatore di corrente 52 resta uguale a zero, perché il valore della corrente in ingresso all’amplificatore di corrente 52 à ̈ zero, dato che il transistore 54 à ̈ aperto.

Il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdmantiene il valore logico alto anche nei successivi istanti della fase di scarica in sicurezza fino all’istante t8, pertanto in tali istanti di tempo l’interruttore 57 rimane aperto e l’interruttore 51 rimane chiuso.

Vengono quindi generati due flussi di corrente dal terminale di gate g del transistore IGBT 30 verso il circuito di protezione 2 (come mostrato schematicamente in Figura 2C):

- una corrente di scarica veloce Iskgenerata dal generatore di corrente 10 che scorre dal primo terminale di comando I1(e quindi dal terminale di gate g) verso massa, di valore uguale a I1sksostanzialmente costante;

- una corrente Ipdche scorre dal primo terminale di comando I1(e quindi dal terminale di gate g) verso massa attraversando il resistore Rpd, di valore uguale a I1pd= VCC/Rpdall’istante t3e di valore uguale a Vctrl/Rpdcon andamento decrescente negli istanti compresi fra t3e t4.

L’insieme della corrente di scarica veloce Iske della corrente Ipdhanno la funzione di scaricare il valore della tensione di gate Vctrldel terminale di gate g del transistore IGBT 30 in modo che la tensione di gate Vctrlabbia un andamento decrescente (si veda il segnale Vctrlnella Figura 4A fra gli istanti t3e t4), allo scopo di portare velocemente il transistore IGBT 30 fuori dalla zona di saturazione in un breve intervallo di tempo (compreso fra t3e t4’); pertanto negli istanti compresi fra t3e t4la tensione di gate Vctrlha un andamento decrescente in modo da portare il transistore IGBT 30 fuori dalla zona di saturazione e verso la zona di funzionamento lineare.

Poiché il transistore 54 à ̈ nella zona di interdizione e l’interruttore 57 à ̈ aperto, all’istante t3la corrente di scarica lenta Irhvha una transizione al valore zero, che viene mantenuto fino all’istante t5.

Negli istanti compresi fra t3e t4la tensione di collettore Vhvcha un andamento crescente a partire dal valore V2hvc= Vce,sat, perché la tensione di gate Vctrlha un andamento decrescente.

Analogamente, negli istanti compresi fra t3e t4la tensione di monitoraggio Vrhvha un andamento crescente uguale a quello della tensione di collettore Vhvc.

Negli istanti compresi fra t3e t4il transistore IGBT 30 tende a passare dalla zona di saturazione alla zona di funzionamento lineare, pertanto la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 continua ad avere l’andamento crescente e la corrente di collettore Ihvccontinua ad avere l’andamento crescente.

- Istante t4

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 all’istante t4à ̈ mostrato in Figura 2D.

All’istante t4la tensione di collettore Vhvce la tensione di monitoraggio Vrhvraggiungono il valore della seconda tensione di soglia Vth_Vbatt; il generatore di soglia 53 rileva che la tensione di monitoraggio Vrhvà ̈ uguale al valore della seconda tensione di soglia Vth_vbatte genera il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skavente un valore logico basso che apre l’interruttore 56 e quindi si interrompe il flusso della corrente di scarica veloce Iskdel generatore di corrente 10, come mostrato schematicamente in Figura 2D: a questo punto il transistore IGBT 30 à ̈ uscito dalla zona di saturazione ed à ̈ polarizzato nella zona di funzionamento lineare. Infatti negli istanti compresi fra t3e t4la tensione di gate Vctrlcontinua a scaricarsi e l’interruttore 56 si apre solo quando il valore della tensione di collettore Vhvcà ̈ uguale (o maggiore) al valore della seconda tensione di soglia Vth_vbatt, la quale à ̈ maggiore della tensione di saturazione Vce,satdel transistore IGBT 3. Il segnale di abilitazione scarica veloce Sen_skmantiene il valore logico basso anche nei successivi istanti della fase di scarica in sicurezza, quindi l’interruttore 56 resta aperto ed il valore della corrente di scarica veloce Iskresta a zero.

La corrente Ipd=Vctrl/Rpdcontinua a scorrere attraverso il resistore Rpde quindi la scarica della tensione di gate Vctrlsul terminale di gate g del transistore IGBT 30 continua per mezzo del solo contributo di corrente dato dalla corrente Ipd.

Inoltre all’istante t4la corrente di collettore Ihvcraggiunge un valore vicino al suo valore massimo Ihvc_max: questo à ̈ ottenuto per mezzo di una scelta opportuna del valore della seconda tensione di soglia Vth_Vbatt(e quindi per mezzo di una scelta opportuna del valore K1). Il transistore IGBT 30 entra nella zona di funzionamento lineare in un istante t4’ compreso fra t4e t5(si veda la Figura 4A) in cui la tensione di collettore Vhvcha raggiunto il valore della tensione di batteria Vbatted avviene quindi una inversione della tensione ai capi dell’avvolgimento primario 15, in cui l’intervallo compreso fra t4e t4’ à ̈ di breve durata; la corrente di collettore Ihvccontinua a crescere fra gli istanti compresi fra t4e t4’ e raggiunge il valore massimo all’istante t4’.

- Istanti compresi fra t4e t5(t5escluso)

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 fra gli istanti t4e t5(t5escluso) Ã ̈ mostrato in Figura 2D.

Il funzionamento del sistema elettronico di accensione 1 à ̈ analogo a quello descritto all’istante t4, quindi continua la scarica della tensione di gate Vctrlsul terminale di gate g del transistore IGBT 30 per mezzo del solo contributo della corrente Ipdattraverso il resistore Rpd, come mostrato schematicamente in Figura 2D.

In particolare:

- la tensione di gate Vctrlcontinua ad avere l’andamento decrescente, ma con pendenza inferiore rispetto alla pendenza dell’andamento decrescente compreso fra gli istanti t3e t4;

- la corrente di collettore Ihvcha un andamento decrescente a partire dal valore massimo Ihvc_max; - la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 ha un andamento decrescente;

- la tensione di collettore Vhvce la tensione di monitoraggio Vrhvhanno un andamento crescente, ma con pendenza inferiore rispetto a quella dei rispettivi segnali nell’intervallo compreso fra t3e t4, perché la scarica della tensione di gate Vctrlsul terminale di gate g avviene solo per mezzo della corrente Ipd;

- il valore della corrente Ipdà ̈ uguale a Vctrl/Rpd, quindi continua ad avere un andamento decrescente. - Istante t5

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 all’istante t5à ̈ mostrato in Figura 2E.

All’istante t5inizia la seconda fase di scarica lenta della fase di scarica in sicurezza.

La tensione di monitoraggio Vrhvraggiunge un valore maggiore della somma del valore della tensione di batteria Vbatte del valore della caduta di tensione Veb_54fra l’emettitore e la base del transistore 54 quando questo lavora in zona attiva diretta (tipicamente, Veb_54= 0,7 V). Inoltre la tensione di collettore Vhvcraggiunge il valore massimo Vhvc_maxuguale alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K, cioà ̈ Vhvc(t5)= Vhvc_max= Vbatt+K. Questi valori della tensione di monitoraggio Vrhve della tensione di collettore Vhvcattivano il transistore 54, che entra in conduzione, come mostrato schematicamente dalla freccia in Figura 2E. In particolare, il valore K à ̈ uguale alla somma della caduta di tensione ∆Vrhv= Rhv*Irhvai capi del resistore Rhv, della caduta di tensione VD1ai capi del diodo D1 (tipicamente, VD1=0,7 V), della caduta di tensione VZai capi del diodo Zener DZ (per esempio, VZ= 5 V) e della caduta di tensione Veb_54fra l’emettitore e la base del transistore 54 quando questo lavora in zona attiva diretta (tipicamente, Veb_54= 0,7 V), cioà ̈ K= ∆Vrhv+VD1+VZ+Veb_54. Verrà indicato in seguito con tensione di limitazione Vclla somma della caduta di tensione VD1ai capi del diodo D1 e della caduta di tensione VZai capi del diodo Zener DZ, cioà ̈ Vcl= VD1+ VZ.

Inoltre poiché all’istante t5il transistore 54 entra in conduzione, la corrente di scarica lenta Irhvha una transizione dal valore zero al valore I2rhv, in cui detta corrente di scarica lenta Irhvscorre attraverso il resistore Rhv, il diodo D1, il diodo Zener DZ, il transistore 54 e l’ingresso dell’amplificatore di corrente 52 verso massa. Viene quindi iniettata una corrente dal terminale di collettore c del transistore IGBT 30 verso il terminale di gate g del transistore IGBT 30 attraversando il circuito di protezione 2: questo consente alla tensione di collettore Vhvcdi mantenersi sostanzialmente costante (ed uguale al valore massimo Vhvc_max) e, di conseguenza, consente alla corrente di collettore Ihvcdi avere un andamento sostanzialmente decrescente gradualmente (ad esempio, con una legge lineare) verso il valore zero.

L’amplificatore di corrente 52 riceve in ingresso la corrente di scarica lenta Irhve genera in uscita una corrente amplificata Ilvcdi un fattore β, cioà ̈ Ilvc= β*Irhv.

La corrente amplificata Ilvcscorre attraverso il resistore Rpdverso massa, quindi Ipd= Ilvc.

Si osservi che il valore massimo Vhvc_maxdella tensione di collettore Vhvcalla quale il transistore 54 entra in conduzione à ̈ uguale a Vhvc_max= Vbatt+∆Vrhv+Vcl+Veb_54, cioà ̈ dipende dal valore della tensione di batteria Vbatte da un ulteriore valore K: come spiegato in precedenza, la scelta di detto valore massimo Vhvc_maxconsente di controllare in modo accurato la pendenza della corrente primaria Iprin modo che negli istanti successivi (compresi fra t5e t8) abbia un andamento sostanzialmente decrescente gradualmente (ad esempio, con una legge lineare), evitando così la generazione di scintille indesiderate fra gli elettrodi della candela 6, dato che la caduta di tensione ai capi dell’avvolgimento secondario 16 à ̈ uguale a N*K ed à ̈ inferiore al valore necessario per innescare la scintilla sulla candela 6.

Si osservi inoltre che il valore massimo Vhvc_maxdella tensione di collettore Vhvcall’istante t5à ̈ proporzionale al valore della tensione di batteria Vbatt, quindi risulta molto inferiore al valore massimo (ad esempio, 350-400 V) raggiunto in assenza del guasto (cioà ̈ all’inizio della fase di accensione): questo consente di evitare di generare scintille indesiderate fra gli elettrodi della candela 6 anche in caso di oscillazioni della tensione di collettore Vhvcnegli istanti successivi fra t5e t7, perché il valore massimo Vhvc_maxdella tensione di collettore Vhvcnon à ̈ sufficiente a generare impulsi sulla tensione secondaria Vsectali da far avvenire la scintilla.

Si osservi inoltre che il generatore di corrente 10 à ̈ stato disabilitato ad un istante (t4) precedente all’istante (t5) in cui viene attivata la limitazione del valore della tensione di collettore Vhvc: questo consente di evitare eventuali sovraelongazioni, perché rallenta la pendenza dell’andamento crescente della tensione di collettore Vhvc(istanti compresi fra t4e t5).

Si osservi inoltre che poiché all’istante t5il transistore IGBT 30 funziona nella zona lineare, la tensione di gate Vctrlà ̈ funzione della corrente di collettore Ihvc, cioà ̈ Vctrl= f(Ihvc). Inoltre risulta Vctrl= Rpd*Ilvc; sostituendo Vctrl= f(Ihvc), si ricava Ilvc= f(Ihvc)/Rpd. Come indicato in precedenza, Vhvc(t5)= Vbatt+∆Vrhv+Vcl+Veb_54= Vbatt+Rhv*Irhv+Vcl+Veb_54. Poiché Irhv= Ilvc/β, si ricava Vhvc(t5)= Vbatt+Rhv*(Ilvc/β)+Vcl+Veb_54.Sostituendo Ilvc= f(Ihvc)/Rpd, si ricava Vhvc(t5)= Vbatt+(Rhv/Rpd)*(f(Ihvc)/β)+Vcl+Veb_54= Vbatt+K.

Pertanto il valore della tensione di collettore Vhvcall’istante t5à ̈ limitato ad un valore Vhvc_maxuguale alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K, in cui il valore K dipende dalla tensione di limitazione Vcl(quindi dalla caduta di tensione ai capi del diodo D1 e dalla caduta di tensione ai capi del diodo Zener DZ), dal rapporto fra la resistenza del resistore Rhve la resistenza del resistore Rpd, dal valore del fattore di amplificazione β e, in misura minore, dalla funzione f(Ihvc) del transistore IGBT 30 nella zona lineare. La presenza dell’amplificatore di corrente 52 consente quindi (si veda la posizione del fattore di amplificazione β al denominatore della frazione f(Ihvc)/β) di avere il valore della tensione di collettore Vhvclimitato ad un valore Vhvc_maxche non dipende dalla transconduttanza f(Ihvc) del transistore IGBT 30.

Preferibilmente, i resistori Rhve Rpdsono realizzati con la stessa tecnologia e nello stesso circuito integrato: questo consente di controllare in modo accurato il valore di Rhv/Rpd, in modo da controllare in modo accurato anche il valore di K. - Istanti compresi fra t5e t7(t7escluso)

Il funzionamento del circuito elettronico di protezione 2 fra gli istanti t5e t7(t7escluso) Ã ̈ mostrato in Figura 2E.

Il funzionamento negli istanti compresi fra t5e t7(t7escluso) à ̈ analogo a quello dell’istante t5, pertanto continua a scorrere corrente dal terminale di collettore c al terminale di gate g del transistore IGBT 30 attraversando il circuito di protezione 2, per mezzo della corrente di scarica lenta Irhvattraverso il resistore Rhv, il diodo D1, il diodo Zener Dz ed il transistore 54 e per mezzo della corrente Ipdattraverso il resistore Rpd.

In particolare:

- la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 ha un andamento decrescente gradualmente fino al valore zero;

- la corrente di collettore Ihvcha un andamento decrescente gradualmente fino al valore zero;

- la tensione di collettore Vhvcha un andamento sostanzialmente costante (ed uguale al valore massimo Vhvc_max);

- la tensione di gate Vctrlsul terminale di gate g continua ad avere l’andamento decrescente verso il valore zero;

- la corrente di scarica lenta Irhvha un andamento decrescente gradualmente verso il valore zero;

- la corrente Ipdha un andamento decrescente gradualmente verso il valore zero.

Si osservi che la pendenza dell’andamento sostanzialmente decrescente gradualmente della corrente primaria Iprdipende dal valore Vhvc_maxdella tensione di collettore Vhvcall’istante t5,il cui valore Vhvc_maxà ̈ stato calcolato in precedenza e dipende dalla tensione di limitazione Vcl, dal rapporto fra la resistenza del resistore Rhve la resistenza del resistore Rpd, dal fattore di amplificazione β e, in misura minore, dalla funzione f(Ihvc) del transistore IGBT 30 nella zona lineare. Pertanto à ̈ possibile controllare la pendenza dell’andamento sostanzialmente decrescente gradualmente della corrente primaria Iprper mezzo di una scelta opportuna dei seguenti parametri:

- della tensione di limitazione Vcl(per esempio, utilizzando un collegamento in serie del diodo D1 e del diodo Zener DZ); e/o

- del rapporto fra la resistenza del resistore Rhve la resistenza del resistore Rpd; e/o

- dal fattore di amplificazione β.

Inoltre il valore di questi parametri à ̈ tale da controllare la durata dell’intervallo di tempo compreso fra t5e t7necessario per effettuare lo spegnimento in sicurezza del sistema di accensione elettronica 1.

Se si suppone in prima approssimazione che in zona lineare la variazione della tensione di gate Vctrldel transistore IGBT 30 sia trascurabile rispetto al valore della tensione di gate Vctrlall’istante t4(a causa del valore elevato della transconduttanza del transistore IGBT 30 funzionante nella zona lineare), la caduta di tensione (Vhvc-Vbatt) ai capi dell’avvolgimento primario 15 à ̈ circa costante e quindi negli istanti compresi fra t5e t7la corrente di collettore Ihvcha un andamento decrescente linearmente: questo evita la generazione di scintille indesiderate fra gli elettrodi della candela 6 durante la seconda fase di scarica lenta.

- Istante t6

All’istante t6(compreso fra t5e t7) il microprocessore 8 riceve dai sensori le informazioni relative al funzionamento del motore del veicolo, calcola che l’istante t6à ̈ quello in cui può avvenire la scintilla fra gli elettrodi della candela 6 in assenza di guasti e genera da queste il segnale di accensione Sacavente una transizione dal valore logico alto a basso che indica che (in assenza di guasti) può avvenire la scintilla fra gli elettrodi della candela 6.

Il circuito logico 4 riceve il segnale di accensione Sacavente la transizione dal valore logico alto a basso, riceve il segnale di guasto F1avente il valore logico alto indicativo della presenza del guasto e genera il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza Sen_ssdche mantiene il valore logico alto per mantenere abilitato il circuito elettronico di protezione 2.

Pertanto il funzionamento all’istante t6à ̈ uguale a quello descritto in precedenza negli istanti compresi fra t5e t6, cioà ̈ continua a scorrere corrente dal terminale di collettore c al terminale di gate g del transistore IGBT 30 attraversando il circuito di protezione 2.

In particolare, si può osservare che la tensione di collettore Vhvccontinua ad avere l’andamento sostanzialmente costante uguale al valore Vhvc_max, quindi non viene generata la scintilla fra gli elettrodi della candela 6, perché il valore della tensione di collettore Vhvcsul secondo terminale dell’avvolgimento primario 15 all’istante t6non à ̈ sufficiente a generare un valore della tensione secondaria Vsectale da far avvenire la scintilla.

- Istanti compresi fra t7e t8

Negli istanti compresi fra t7e t8viene completata la scarica dell’energia precedentemente immagazzinata nella fase di carica precedente al guasto.

In particolare:

- la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 all’istante t8ha raggiunto il valore zero;

- la corrente di collettore Ihvcall’istante t8ha raggiunto il valore zero;

- la tensione di collettore Vhvcfra l’istante t7e l’istante t8ha una transizione dal valore massimo Vhvc_maxal valore della tensione di batteria Vbatt; - la corrente di scarica lenta Irhvall’istante t8ha raggiunto il valore zero (che viene mantenuto fino all’istante t9) e, di conseguenza, la corrente Ipdall’istante t8ha raggiunto il valore zero (che viene mantenuto fino all’istante t9);

- la tensione di gate Vctrlsul terminale di gate g fra l’istante t7e l’istante t8ha una transizione decrescente verso il valore zero.

- Istanti compresi fra t8e t9

Negli istanti compresi fra t8 e t9 vengono mantenuti gli stessi valori dell’istante t8, pertanto: - la corrente primaria Iprmantiene il valore zero; - la corrente di collettore Ihvcmantiene il valore zero;

- la tensione di collettore Vhvcmantiene il valore della tensione di batteria Vbatt;

- la corrente di scarica lenta Irhve la corrente Ipdmantengono il valore zero;

- la tensione di gate Vctrlmantiene il valore zero.

Si osservi che l’insieme del resistore Rhv, del diodo D1, del diodo Zener DZ e del transistore 54 sono solo un esempio di realizzazione di un circuito che ha la funzione di monitorare il valore della tensione di collettore Vhvce generare una corrente di scarica lenta Irhvsolo quando il valore della tensione di collettore Vhvcà ̈ maggiore (o uguale) alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K. La stessa funzione può essere ottenuta anche con altri circuiti, come ad esempio con un generatore di corrente controllato in tensione.

Si osservi inoltre che per semplicità à ̈ stato spiegato il funzionamento del sistema elettronico di accensione 1 nel caso si verifichi un guasto F1e quindi nel caso in cui il sistema elettronico di accensione 1 abbia una sola transizione dalla fase di carica alla fase di scarica in sicurezza. Più in generale à ̈ possibile che si verifichino due o più guasti F1, F2, F3in istanti di tempo successivi e ed à ̈ possibile che tali guasti scompaiano: in questo caso sono possibili due o più transizioni del circuito elettronico di protezione 1 dalla fase di carica alla fase di scarica in sicurezza e viceversa.

Per esempio, prima si verifica il guasto F1ed il sistema elettronico di accensione 1 ha una prima transizione dalla fase di carica alla fase di scarica in sicurezza, nella quale il valore della tensione di collettore Vhvcviene limitato al valore massimo Vhvc_maxuguale alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K e la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 ha un andamento decrescente gradualmente (come spiegato in precedenza). Successivamente il guasto F1scompare ed il sistema elettronico di accensione 1 ha una seconda transizione dalla fase di scarica in sicurezza alla fase di carica ed eventualmente alla fase di accensione nella quale viene generata la scintilla fra gli elettrodi della candela 6 negli istanti calcolati dal micro-processore 8. Successivamente si verifica il guasto F2ed il sistema elettronico di accensione 1 ha una terza transizione dalla fase di carica alla fase di scarica in sicurezza, nella quale il valore della tensione di collettore Vhvcviene nuovamente limitato al valore massimo Vhvc_maxuguale alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K e la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 ha un andamento decrescente gradualmente. Successivamente il guasto F2scompare ed il sistema elettronico di accensione 1 ha una quarta transizione dalla fase di scarica in sicurezza alla fase di carica ed eventualmente alla fase di accensione nella quale viene nuovamente generata la scintilla fra gli elettrodi della candela 6 negli istanti calcolati dal micro-processore 8. Successivamente si verifica nuovamente il guasto F1ed il sistema elettronico di accensione 1 ha una quinta transizione dalla fase di carica alla fase di scarica in sicurezza, nella quale il valore della tensione di collettore Vhvcviene nuovamente limitato al valore massimo Vhvc_maxuguale alla somma del valore della tensione di batteria Vbatte di un ulteriore valore K e la corrente primaria Iprattraverso l’avvolgimento primario 15 ha un andamento decrescente gradualmente.

Forma oggetto della presente invenzione anche un circuito integrato. Il circuito integrato comprende il sistema elettronico 1 e comprende il circuito logico 4 avente il primo terminale d’uscita O1collegato con il terminale di controllo g dell’interruttore 3 e con il primo terminale di comando del circuito elettronico 2 ed avente un secondo terminale d’uscita O2collegato con un quarto terminale d’ingresso del circuito elettronico 2, in cui il circuito logico à ̈ configurato per:

 in caso di assenza di guasti, generare il segnale di tensione di controllo per comandare la chiusura dell’interruttore durante la fase di carica dell’avvolgimento primario del trasformatore e comandare l’apertura dell’interruttore durante la fase di scarica per generare la scintilla sulla candela;

ï‚· in caso di rilevamento di un guasto, generare il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza (Sen_ssd) indicativo della attivazione della fase di scarica in sicurezza.

Forma oggetto della presente invenzione anche un veicolo, in particolare un autoveicolo, comprendente il sistema elettronico 1.

Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per scaricare un trasformatore in caso di guasto durante una fase di carica del trasformatore, detto trasformatore avente un primo avvolgimento con primo terminale collegato ad una tensione di batteria e con un secondo terminale per generare un segnale primario di tensione, detto primo avvolgimento essendo collegato in serie ad un interruttore avente un terminale di controllo (g) che trasporta un segnale di tensione di controllo dell’apertura o chiusura dell’interruttore. Il metodo comprende i passi di:

- rilevare il guasto durante la fase di carica del trasformatore;

- generare, durante una prima fase di una fase di scarica in sicurezza, una corrente di scarica che scorre dal terminale di controllo verso massa allo scopo di scaricare il valore del segnale di tensione di controllo;

- limitare, durante una seconda fase della fase di scarica in sicurezza successiva alla prima fase, il valore del segnale primario di tensione ad un valore massimo sostanzialmente uguale alla somma del valore della tensione di batteria e di un ulteriore valore.

Claims (14)

1. Rivendicazioni 1. Sistema elettronico per scaricare un trasformatore (7) in caso di un guasto durante una fase di carica del trasformatore, il sistema comprendente: - il trasformatore (7) avente un avvolgimento primario (15) con un primo terminale collegato ad una tensione di batteria (Vbatt) e con un secondo terminale per generare un segnale primario di tensione (Vhvc); - un interruttore (3) collegato in serie all’avvolgimento primario ed avente un terminale di controllo (g) che trasporta un segnale di tensione di controllo (Vctrl) dell’apertura o chiusura dell’interruttore; - un circuito elettronico (2) comprendente:  un primo terminale di comando (I1) collegato con il terminale di controllo dell’interruttore;  un secondo terminale (I2) collegato con il secondo terminale dell’avvolgimento primario e collegato con l’interruttore;  un terzo terminale d’ingresso (I3) collegato alla tensione di batteria (Vbatt);  un quarto terminale d’ingresso per ricevere un segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza (Sen_ssd) indicativo della attivazione di una fase di scarica in sicurezza, in caso di rilevamento del guasto durante la fase di carica del trasformatore;  un generatore di corrente (10) configurato per generare, durante una prima fase della fase di scarica in sicurezza (t3, t4), una corrente di scarica (Isk) che scorre dal terminale di controllo verso massa allo scopo di scaricare il valore del segnale di tensione di controllo (Vctrl);  un circuito di limitazione di tensione (12) configurato per generare, durante una seconda fase della fase di scarica in sicurezza (t5, t6, t7) successiva alla prima fase, sul secondo terminale (I2) del circuito elettronico il segnale primario di tensione (Vhvc) avente un valore massimo sostanzialmente uguale alla somma del valore della tensione di batteria e di un ulteriore valore.
2. 2. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 1, in cui il trasformatore comprende un secondo avvolgimento (16) avente un primo terminale collegato alla tensione di batteria ed un secondo terminale collegato ad un elettrodo di una candela, in cui detto ulteriore valore à ̈ tale da evitare la generazione della scintilla sulla candela durante la fase di scarica in sicurezza.
3. 3. Sistema elettronico secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui il circuito di limitazione comprende un comparatore di tensione (53) configurato per: - confrontare il valore del segnale primario di tensione con una soglia (Vth_vbatt) di valore inferiore alla tensione di batteria; - rilevare, durante la prima fase, che il valore del segnale primario di tensione à ̈ minore del valore della soglia ed abilitare il funzionamento del generatore di corrente; - rilevare, durante la seconda fase, che il valore del segnale primario di tensione à ̈ maggiore del valore della soglia e disabilitare il funzionamento del generatore di corrente.
4. 4. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 3, in cui il circuito di limitazione comprende ulteriormente un primo resistore (Rhv) avente un primo terminale collegato al secondo terminale del circuito elettronico ed un secondo terminale che trasporta una tensione di monitoraggio (Vrhv), in cui il comparatore di tensione (53) à ̈ configurato per: - confrontare il valore della tensione di monitoraggio (Vrhv) con la soglia (Vth_vbatt); - rilevare, durante la prima fase, che il valore della tensione di monitoraggio à ̈ minore del valore della soglia ed abilitare il funzionamento del generatore di corrente; - rilevare, durante la seconda fase, che il valore della tensione di monitoraggio à ̈ maggiore del valore della soglia e disabilitare il funzionamento del generatore di corrente.
5. 5. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito di limitazione comprende ulteriormente un transistore (54) avente un primo terminale collegato al secondo terminale del primo resistore, avente un secondo terminale per ricevere la tensione di batteria ed avente un terzo terminale collegato con il primo terminale d’ingresso; in cui il transistore entra in conduzione nella seconda fase, quando il valore della tensione di monitoraggio à ̈ maggiore della somma del valore della tensione di batteria e di un valore di attivazione della conduzione del transistore, ed in cui detto ulteriore valore dipende dal valore di attivazione della conduzione del transistore.
6. 6. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 5, in cui il circuito di limitazione comprende ulteriormente almeno un diodo (D1) interposto fra il secondo terminale del primo resistore ed il primo terminale del transistore, ed in cui detto ulteriore valore dipende dalla somma del valore di attivazione della conduzione del transistore e della caduta di tensione ai capi dell’almeno un diodo quando questo à ̈ in conduzione.
7. 7. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 6, in cui il circuito di limitazione comprende ulteriormente: - un secondo resistore (Rpd) collegato fra il primo terminale d’ingresso e massa; - un amplificatore di corrente (52) interposto fra il terzo terminale del transistore ed il primo terminale d’ingresso, in cui l’amplificatore di corrente, durante la seconda fase, à ̈ configurato per ricevere la corrente generata dal transistore e generare da essa una corrente amplificata (Ilvc, Ipd) attraverso il secondo resistore; in cui detto ulteriore valore dipende dalla somma del valore di attivazione della conduzione del transistore, della caduta di tensione ai capi dell’almeno un diodo quando questo à ̈ in conduzione e dal rapporto fra il valore della resistenza del primo resistore e della resistenza del secondo resistore.
8. 8. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 7, in cui, durante la prima fase, una corrente (Ipd) scorre attraverso il secondo resistore verso massa allo scopo di scaricare il valore del segnale di tensione di controllo.
9. 9. Sistema elettronico secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, in cui il generatore di corrente (10) Ã ̈ disabilitato prima di attivare il circuito di limitazione di tensione.
10. 10. Sistema elettronico secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, in cui l’interruttore à ̈ realizzato con un transistore IGBT (30) avente il terminale di gate uguale al terminale di controllo dell’interruttore, avente il terminale di emettitore collegato verso massa ed avente il terminale di collettore collegato al secondo terminale dell’avvolgimento primario, in cui detto transistore IGBT à ̈ configurato per funzionare nella zona di saturazione durante la prima fase di guasto e nella zona lineare durante la seconda fase di guasto.
11. 11. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 10, in cui il valore della tensione di soglia del comparatore di tensione à ̈ maggiore della massima tensione di saturazione del transistore IGBT.
12. 12. Circuito integrato comprendente: - un sistema elettronico (2) secondo almeno una delle rivendicazioni da 2 a 11; - un circuito logico (4) avente un primo terminale d’uscita (O1) collegato con il terminale di controllo (g) dell’interruttore e con il primo terminale di comando del circuito elettronico ed avente un secondo terminale d’uscita (O2) collegato con il quarto terminale d’ingresso del circuito elettronico, in cui il circuito logico à ̈ configurato per: ï‚· in caso di assenza di guasti, generare il segnale di tensione di controllo per comandare la chiusura dell’interruttore durante una fase di carica dell’avvolgimento primario del trasformatore e comandare l’apertura dell’interruttore durante la fase di scarica per generare una scintilla sulla candela; ï‚· in caso di rilevamento di un guasto, generare il segnale di abilitazione spegnimento in sicurezza (Sen_ssd) indicativo della attivazione della fase di scarica in sicurezza.
13. 13. Veicolo, in particolare un autoveicolo, comprendente un sistema elettronico secondo almeno una delle rivendicazioni da 2 a 11.
14. 14. Metodo per scaricare un trasformatore (7) in caso di guasto durante una fase di carica del trasformatore, detto trasformatore avente un avvolgimento primario (15) con primo terminale collegato ad una tensione di batteria (Vbatt) e con un secondo terminale per generare un segnale primario di tensione (Vhvc), detto avvolgimento primario essendo collegato in serie ad un interruttore (3) avente un terminale di controllo (g) che trasporta un segnale di tensione di controllo (Vctrl) dell’apertura o chiusura dell’interruttore, il metodo comprendente i passi di: - rilevare il guasto durante la fase di carica del trasformatore; - generare, durante una prima fase (t3, t4) di una fase di scarica in sicurezza, una corrente di scarica (Isk) che scorre dal terminale di controllo verso massa allo scopo di scaricare il valore del segnale di tensione di controllo; - limitare, durante una seconda fase della fase di scarica in sicurezza (t5, t6, t7) successiva alla prima fase, il valore del segnale primario di tensione ad un valore massimo sostanzialmente uguale alla somma del valore della tensione di batteria e di un ulteriore valore.