JP2002235643A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火装置の信頼性と動作安定の両立を図る。 【解決手段】 点火装置のパワースイッチング素子は、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１５
である。ＩＧＢＴ１５のコレクタ・ゲート間にＩＧＢＴ
保護用のツェナダイオード１５ａが接続される。１次電
流遮断回路の出力端子３７は、ツェナダイオード１５ａ
のツェナ電流によりＩＧＢＴ１５にコレクタ電圧クラン
プ用の自己バイアスをかけるゲート抵抗素子２１を介し
てＩＧＢＴ１５のゲートに接続される。一方、１次電流
制限回路２７の出力端子２８は、ゲート抵抗素子２１よ
りも低抵抗のラインを介してＩＧＢＴ１５のゲートに接
続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用点火装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などの内燃機関用点火装置は、エ
ンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）から送ら
れる点火制御信号に応じて作動するパワースイッチング
素子（パワートランジスタ）を用いて点火コイルに流れ
る１次電流を通電／遮断している。

【０００３】この種の点火装置においては、パワートラ
ンジスタや点火コイルの損傷や破壊を防止するため、例
えば、特開平８−２８４１５号公報に開示されるよう
に、点火コイルに流れる１次電流を検出して１次電流を
所定値以上流さないよう制限する１次電流制限回路や、
ＥＣＵから送られてくる点火信号などの通電状態が所定
時間以上続いた場合に、パワートランジスタをオフして
１次電流の通電を強制的に遮断する連続通電防止回路を
備えたものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】点火装置のパワースイ
ッチング素子は、点火コイルの1次電流遮断時に発生す
るコレクタ電圧が素子耐圧をオーバーしないようにする
ために、耐圧保護を目的としてコレクタ電圧クランプ用
のツェナダイオードを設けたものがある。このツェナダ
イオードは、パワースイッチング素子がバイポーラ形ト
ランジスタである場合には、ベース・コレクタ間に接続
され、ＩＧＢＴの場合にはゲート・コレクタ間に接続さ
れる。

【０００５】パワースイッチング素子にＩＧＢＴを用い
た点火装置は近年提案されているが、コレクタ電圧クラ
ンプ用のツェナダイオードを用いた場合に、解析調査の
結果、次のようなことが解ってきた。

【０００６】上記クランプ動作は、ＩＧＢＴのゲート
に自己バイアス用の抵抗（ここではこの抵抗をゲート抵
抗素子と称することもある）を設け、コレクタ電圧がツ
ェナダイオード以上になった場合に流れるツェナ電流に
より上記抵抗素子にＩＧＢＴの自己バイアス電圧を発生
させ、これによりＩＧＢＴを再通電させることによりコ
レクタ電位をクランプするものである。したがって、ツ
ェナダイオードの電流容量とツェナ動作抵抗の仕様を考
慮して、ゲート抵抗素子の抵抗値を設定する必要があ
る。

【０００７】前記ゲート抵抗素子が小さい場合には、大
きなツェナ電流が流れる。そのため、ツェナ動作抵抗に
よってツェナ電圧が設定値以上に上昇し、且つこの上昇
速度であるｄｖ／ｄｔが大きくなるため、ツェナ部酸化
膜下の空乏層の成長が間に合わず素子耐圧を充分確保で
きなくなる可能性がある。

【０００８】一方、１次電流制限回路は、ＩＧＢＴの
エミッタ側に設けた１次電流検出抵抗の電圧ドロップを
モニタし、１次電流が設定値以上になった場合にゲート
の電位を調整して、ＩＢＧＴを不飽和にするフィードバ
ックループ制御により電流制限をかけている。

【０００９】このようなフィードバックループ制御で
は、ループの一巡伝達遅れによる位相ずれでコレクタ電
流及び1次電圧が発振するのを防止する必要がある。Ｉ
ＧＢＴはゲート酸化膜の影響でゲートに比較的大きな容
量が存在しているため、位相ずれを少なくするためには
フィードバックループの回路抵抗をできるだけ小さくす
ることが望まれる。

【００１０】ところで、この種の点火装置では、上記し
た１次電流制限回路のほかに次のような種々の目的で１
次電流の通電を遮断する回路が設けられている。例え
ば、点火制御信号に応じて１次電流を遮断する制御回路
や、点火制御信号が設定値以上に連続する場合（１次電
流が設定値以上に連続する場合）に強制的に１次電流を
遮断する連続通電防止回路や、バッテリ電圧が異常上昇
した場合に１次電流を強制的に遮断する過電圧保護回路
があげられる。１次電流の遮断はパワースイッチング素
子のゲート電圧をローレベルに落として行なわれる。こ
のような１次電流遮断回路の出力端子や１次電流制限回
路を設ける場合にも上記の課題に対処する必要があ
るが、従来はそのような配慮をなした回路構成をなした
ものが提案されていなかった。

【００１１】本発明の目的は、上記課題を解決して点火
装置の信頼性と動作安定の両立を図ることにある。ま
た、上記した連続通電防止回路，過電圧保護回路が加わ
った場合でも、上記課題をコンパクトな回路構成で対応
できるようにすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、点火コイルの１次電流の通電／遮断に用
いるパワースイッチング素子にＩＧＢＴを用い、このＩ
ＧＢＴのコレクタ・ゲート間にＩＧＢＴ保護用のツェナ
ダイオードを接続し、かつ前記したような１次電流制限
回路、１次電流遮断回路を備えた点火装置において、前
記１次電流遮断回路の出力端子は、前記ツェナダイオー
ドのツェナ電流により前記ＩＧＢＴにコレクタ電圧クラ
ンプ用の自己バイアスをかける抵抗を介して前記ＩＧＢ
Ｔのゲートに接続され、一方、前記１次電流制限回路の
出力端子は、前記抵抗よりも低抵抗のラインを介して前
記ＩＧＢＴのゲートに接続されている構成とした。

【００１３】また、その応用として、前記１次電流遮断
回路は、点火制御信号に応じてＩＧＢＴのゲート電圧を
ローレベルに落とす制御回路のほかに、ゲート電圧に異
常が生じた場合に強制的に該ゲート電圧をローレベルに
落とす強制遮断回路（例えばゲート電圧がバッテリ電源
などの異常により過電圧となった場合にゲート電圧をグ
ランドに落としてＩＧＢＴひいては１次電流を強制遮断
する過電圧保護回路や、点火制御信号ひいてはゲート電
圧が設定値以上の長さとなった場合にゲート電圧をロー
レベルに落として１次電流を強制遮断する連続通電防止
回路など）を備え、この制御回路および強制遮断回路の
出力端子を共有にして、この共有の出力端子を前記抵抗
を介して前記ＩＧＢＴのゲートに接続したものを提案す
る。

【００１４】上記のようにすれば、１次電流制限回路の
フィードバックループの回路抵抗を小さくするといった
要求に応えつつ、ＩＧＢＴのコレクタ電圧クランプに用
いる自己バイアスのゲート抵抗値を充分に確保すること
が可能になる。

【００１５】したがって、ＩＧＢＴのコレクタ電圧が耐
圧保護用ツェナ電圧以上になる場合に、ツェナ電流によ
ってＩＧＢＴが自己バイアスかけられ、ＩＧＢＴが再通
電することによりツェナ電圧の上昇速度ｄｖ／ｄｔを十
分抑えられるため、ＩＢＧＴのコレクタ電圧をツェナ電
圧でクランプすることができ、素子破壊を防止すること
ができる。

【００１６】また、ＩＧＢＴのゲートと１次電流制限回
路の出力端子間を低抵抗または外部抵抗ゼロの状態にし
て、１次電流制御のフィードバック回路を形成し得るの
で、一巡伝達遅れの位相ずれを小さくして１次電流及び
１次電圧の発振を防止できる。

【００１７】１次電流遮断回路を複数種の目的をもった
回路（点火制御のための１次電流遮断、過電圧保護のた
めの１次電流遮断、連続通電防止のための１次電流遮断
など）で構成しても、それらの出力端子を共有にして前
記ＩＧＢＴのゲートと前記クランプ用のゲート抵抗素子
を介して接続することで、ＩＣの端子数削減及び回路構
成をコンパクトにすることができ、小型で安価な点火装
置を提供することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を用いて説
明する。

【００１９】本実施例の説明に先立ち、図１により従来
知られている内燃機関用点火システムの通常の構成例を
説明する。

【００２０】１はＥＣＵ、２′は点火コイルを駆動する
ための点火装置（点火駆動回路）、３は点火コイル、４
は点火プラグを示す。

【００２１】ＥＣＵ１はエンジン状態に応じて点火タイ
ミング信号を算出するＣＰＵ８を有し、ＥＣＵ１の出力
段は、ＰＮＰトランジスタ９、ＮＰＮトランジスタ１
０、抵抗１１より構成されている。

【００２２】ＥＣＵ１は、ＣＰＵ８により算出された適
正な点火タイミング信号でトランジスタ９，１０をオ
ン，オフ制御し、点火装置２にハイ，ローのパルス（点
火制御信号）を出力する。

【００２３】点火装置２′は、耐圧保護ツェナダイオー
ド５ａを備えるパワートランジスタ５と、ハイブリッド
ＩＣ１３に実装された電流検出用抵抗６，電流制御（点
火コイル１次電流制御）回路７および入力抵抗１２とに
より構成される。ＥＣＵ１の出力信号（点火制御信号）
がローからハイ信号になると、パワートランジスタ５は
通電を開始し、点火コイル３の１次コイルに１次電流が
流れる。点火制御信号がハイからロー信号に切り換わる
と、パワートランジスタ５の通電が遮断され、点火コイ
ル３の２次コイルに数十キロＶの高電圧（点火電圧）が
発生する。このとき、１次コイル側にも３００〜４００
Ｖ程度の高電圧が誘起され、これを耐圧保護用のツェナ
ダイオード５ａがクランプすることにより、パワートラ
ンジスタ５を保護している。

【００２４】電流制御回路７は、１次電流検出用の抵抗
６により検出される電圧値より１次電流値を監視し、１
次電流が所定値以上にならないように制御する。

【００２５】次に本発明の一実施例に係る点火装置の構
成を図２により説明する。

【００２６】図２において、１４は点火コイル、１５は
点火コイルの１次コイルに流れる１次電流を通電，遮断
するＩＧＢＴである。

【００２７】点火装値２は、耐圧保護ツェナダイオード
１５ａを備えるＩＢＧＴ１５、ハイブリッドＩＣ基板６
０（図２の破線で囲む領域）、上記基板６０に実装され
た制御用ＩＣ７０（図２の点線で示す領域）などによっ
て構成されている。

【００２８】ＩＣ７０は、電源Ｖｃｃをつくるためのツ
ェナダイオード１９、点火コイル１４の１次電流を制限
する１次電流制限回路２７、電源電圧（バッテリ電圧）
が設定値以上になった場合にそれを検出する過電圧検出
回路４８、この過電圧検出回路４８の出力で作動するト
ランジスタ５０、点火制御信号の入力回路３２、その出
力段に接続されたＩＧＢＴ制御用のトランジスタ３４、
ＩＧＢＴ１５のゲートに所定時間以上のハイレベルの電
圧が加わってＩＧＢＴ１５が連続通電状態にある場合
（１次電流を通電させる点火制御信号が設定時間以上を
越える場合）に、それを検出する連続通電検出回路３８
及びそれに用いるトランジスタ４１，コンデンサ４０，
抵抗３９、および上記連続通電状態が検出されると作動
するトランジスタ４４などからなる。

【００２９】上記したトランジスタ５０，３４，４４は
ＮＰＮトランジスタであり、そのエミッタは共通のライ
ンを介して最終段の出力トランジスタ（ＮＰＮトランジ
スタ）３６のベースに接続されている。

【００３０】トランジスタ３６は、過電圧検出回路４８
がバッテリ電圧の異常上昇を検出した場合と、入力端子
２９の点火制御信号がローレベルにある場合と、連続通
電検出回路３８が連続通電を検出した場合に、各トラン
ジスタ５０，３４，４４を介してオン状態になり、ＩＧ
ＢＴのゲート電圧を、出力端子３７を介してローレベル
（グランド）に落とすものである。それにより１次電流
は遮断される。

【００３１】ここで、過電圧検出回路４８，トランジス
タ５０および３６が過電圧保護回路を構成し、入力回路
３２，トランジスタ３４および３６が点火制御信号に応
じた制御回路を構成し、抵抗３９，コンデンサ４０，連
続通電検出回路３８，トランジスタ４４および３６が連
続通電防止回路を構成する。また、上記過電圧保護回
路，制御回路，連続通電防止回路が１次電流遮断回路を
構成し、トランジスタ３６のコレクタ端子３７が１次電
流遮断回路のＩＣ出力端子３７となる。すなわち、出力
端子３７は、上記した過電圧保護回路，制御回路，連続
通電防止回路の共有の出力端子となる。１次電流遮断回
路の出力端子３７は後述するコレクタ電圧クランプ用の
抵抗（ゲート抵抗素子）２１を介してＩＧＢＴ１５のゲ
ートライン１００に接続されている。上記した過電圧保
護回路および連続通電防止回路は、１次電流を強制的に
遮断する強制遮断回路でもある。

【００３２】ハイブリッドＩＣ基板６０は、バッテリ電
源と接続されるバッテリ端子１６、ＩＧＢＴ１５のゲー
トに接続されるゲート端子２２、点火信号を入力する端
子２９、グランド端子１８′を有し、前記制御用ＩＣ７
０を搭載すると共に、その周辺に抵抗１７，２０，２
１，２３，２４，２５，３０，４６を形成してなる。こ
のうち抵抗２１がコレクタ電圧クランプの自己バイアス
用のゲート抵抗素子となり、抵抗２３が１次電流検出用
の抵抗素子となる。また、基板６０にはＩＣＢＴ１５の
ゲートライン１００やエミッタライン１０１となる配線
が形成されている。基板６０は例えばセラミック基板で
ある。

【００３３】制御用ＩＣ７０の各端子は次のような接続
態様をなしている。Ｖｃｃ端子１８は、抵抗１７を介し
て基板６０のバッテリ端子１６と接続される。過電圧検
出回路４８の入力端子４７は、抵抗４６を介してバッテ
リ端子１６と接続される。点火信号入力回路３２の入力
端子３１は、保護抵抗３０を介して基板６０の点火信号
入力端子２９と接続される。グランド端子１８″は基板
６０のグランド端子１８′と接続される。電流検出用の
端子２７′は、分圧抵抗２４，２５を介して１次電流検
出用の抵抗２３と接続される。１次電流制限回路の出力
端子２８は、ＩＧＢＴ１５のゲート端子２２と接続され
る。１次電流遮断回路の出力端子３７は、ゲート抵抗素
子２１を介してＩＧＢＴ１５のゲート端子２２と接続さ
れる。

【００３４】点火装置２の電源は、バッテリ端子１６か
らとり、抵抗１７および制御ＩＣのＶｃｃ端子１８を介
してツェナダイオード１９に印加されることによりＶｃ
ｃ電圧が作られる。このＶｃｃ電位は、トランジスタ３
６がオフの条件の下で入力抵抗２０，２１を介してＩＧ
ＢＴ１５のゲートに印加されるよう構成されている。

【００３５】電流検出用の抵抗２３は、ＩＧＢＴ通電時
に流れる１次電流によって電圧ドロップし、その電圧ド
ロップが抵抗２４および２５で分圧されて電流制限回路
２７によって検出される。

【００３６】この電圧ドロップによる電位が所定値以上
になると、電流制限回路２７は端子２８を介してＩＧＢ
Ｔ１５のゲート電圧を降下させ、それによりＩＧＢＴ１
５を不飽和状態にして電流制限をかけるフィードバック
制御回路が形成される。

【００３７】ＥＣＵ（図１の符号１に相当）からの点火
制御信号は、保護抵抗３０を介して入力回路３２に入力
される。入力回路３２は、オン−オフ・スレッシュホー
ルド電圧にヒステリシスを持たせた反転回路であり、入
力電圧が設定したスレッシュホールド以上のハイレベル
信号になると、ローレベルの信号を出力し、入力電圧が
設定したスレッシュホールド以下（ローレベル信号）に
なるとハイレベル信号を出力する。

【００３８】この出力によって次段のトランジスタ４２
および３４は、それぞれ抵抗４１，３３を介して駆動さ
れる。トランジスタ４２は、連続通電検出に用いられ
る。

【００３９】過電圧検出回路４８は、抵抗４６を介して
バッテリ電圧を入力し、バッテリ電圧が設定値以上にな
った場合に抵抗４９を介してトランジスタ５０を駆動す
る。

【００４０】連続通電検出回路３８は、入力回路３２の
出力がローレベル（ゲート電圧ハイレベル；１次電流通
電時）にあるときに、抵抗３９とコンデンサ４０で構成
される時定数チャージ電圧をモニタし、設定値以上（換
言すれば所定時間以上）になった場合に抵抗４３を介し
てトランジスタ４４をオン状態にする。それにより、Ｉ
ＧＢＴ１５に印加されるゲート電圧がハイからローレベ
ルに落とされ、ＩＧＢＴ１５の連続通電が遮断（１次コ
イルの通電が遮断）される。

【００４１】抵抗３９とコンデンサ４０で構成されるタ
イマーのチャージ電圧は、ＥＣＵから出力される点火信
号がローレベル（入力回路３２の出力がハイレベル）の
場合には、トランジスタ４２がオン状態になって、この
トランジスタ４２を通して放電される。点火信号がハイ
レベル（入力回路３２の出力がローレベル）になると、
上記したＣＲ時定数充電を開始する。すなわち、上記タ
イマーは、入力回路３２の信号のレベルによりセット／
リセットされる。

【００４２】トランジスタ３４，４４，５０のコレクタ
は、それぞれ抵抗３５，４５，５１を介してＶｃｃ電源
にプルアップされている。トランジスタ３４，４４，５
０は、いずれも１次コイルの電流遮断系のトランジスタ
であり、これらのトランジスタのいずれか一つがオンす
れば、最終段トランジスタ３６がオンし、それにより１
次コイルの電流が遮断されるようになっている。すなわ
ち、トランジスタ３４，４４，５０は、最終段の電流遮
断用のスイッチング素子３６を共有している。

【００４３】この１次電流遮断回路の出力端子３７と１
次電流制限回路２７の出力端子２８とを分離すること
で、端子３７と２８とが別々にＩＧＢＴ１５のゲートラ
イン１００に接続されている。また、１次電流制限回路
２７の出力端子２８を１次電流遮断回路の出力端子３７
よりもＩＧＢＴ１５のゲートに近い位置でゲートライン
１００に接続している。ゲートライン１００における出
力端子３７の接続点３７′と出力端子端子２８の接続点
２８′との間には、コレクタクランプ用のゲート抵抗２
１が介在している。

【００４４】次に本実施例の一連の動作を、図３に示す
波形（タイムチャート）を用いて説明する。

【００４５】図３において、３ａはＥＣＵから出力され
る点火信号、３ｂはＩＧＢＴ１５のゲート電圧、３ｃは
ＩＧＢＴ１５に流れるコレクタ電流（１次電流）、３ｄ
は点火コイル１４の２次コイルに発生する２次電圧を示
す。

【００４６】シーケンスの通常点火において、点火信
号がローの状態において入力回路３２はハイを出力する
ため、次段トランジスタ３４のベースには抵抗３３を介
して電流が印加され、トランジスタ３４がオンする。そ
れにより、コレクタ抵抗３５によって制限された電流を
最終段トランジスタ３６に供給して、トランジスタ３６
をＯＮさせる。これによってＩＧＢＴ１５のゲート電圧
はローになり、ＩＧＢＴ１５のコレクタ電流（１次電
流）は非通電状態となっている。

【００４７】この状態ではトランジスタ４２もＯＮして
いるため、抵抗３９とコンデンサ４０によって構成され
る時定数タイマーのチャージ電圧もローになっている。

【００４８】点火信号が上昇しオン−スレッシュホール
ド電圧以上になると、入力回路３２はローを出力するた
めトランジスタ３４および３６はオフして、ＩＧＢＴゲ
ート電圧はハイになり、１次電流を通電する。

【００４９】また、トランジスタ４２はオフして、コン
デンサ４０の電圧はＶｃ＝Ｖ（１−ｅ^{-(t/R × C)}）で定
義される時定数をもって充電される。コレクタ電流が通
電されると、点火コイル１４の1次電流は1次インダクタ
ンスと1次抵抗による時定数を持って立ち上がる。

【００５０】ＥＣＵによって演算された点火タイミング
で点火制御信号（点火信号）はローになる。この時、点
火信号がオフ−スレッシュホールド以下になると、トラ
ンジスタ３４，３６がオンしてＩＧＢＴ１５のゲート電
圧がローになり、ＩＧＢＴ１５がオフし、１次電流は急
速に遮断され点火コイル１４の２次側に数十キロボルト
の２次電圧を誘起する。２次電圧は点火コイルの仕様よ
って異なるが、通常３０ｋＶ〜４５ｋＶの電圧である。
これと同時にトランジスタ４２がオンしてコンデンサ４
０の電荷を引き抜き、時定数タイマーをリセットする。

【００５１】図３では、点火コイルの高圧端が点火プラ
グから外れてスパークしない状態の波形を示している。
このようにしたのは、後述するゲート電圧のクランプし
た状態が顕著に表れるためである。

【００５２】２次電圧が発生すると、ＩＧＢＴ１５のコ
レクタには点火コイル１４の発生電圧（２次電圧）に対
して１次コイルと２次コイルの巻数比に対応した電圧
（ここでは、この電圧をノイズ電圧と称することもあ
る）が発生する。このノイズ電圧は、例えば、巻数比６
０の点火コイルで２次電圧が４０ｋＶの場合には、６６
６Ｖ程度の高電圧である。これがＩＧＢＴのコレクタに
そのままかかるとＩＧＢＴ１５が損なわれる。そこで、
通常の点火用ＩＧＢＴには、コレクタ電圧が素子耐電圧
以上にならないように、３５０Ｖ〜５００Ｖのクランプ
用ツェナダイオード１５ａがＩＧＢＴ１５のコレクタ・
ゲート間に設けられている。

【００５３】このツェナダイオード１５ａによってコレ
クタ電圧はクランプされ、それ以上に上がることはな
い。

【００５４】コレクタクランプの動作原理は、コレクタ
電圧がツェナ電圧を越えると、ツェナ電流が流れ（ツェ
ナ電流はゲート抵抗２１，端子３７，トランジスタ３６
を介してグランドに流れる）、それによりゲートに設け
たゲート抵抗２１に電圧が発生し、この電圧がＩＧＢＴ
１５のオン動作電圧まで上昇すると、ＩＧＢＴ１５がバ
イアスされて再通電することでコレクタ電位をクランプ
する。

【００５５】次に点火信号が設定時間以上にハイレベル
となりＩＧＢＴが連続通電状態になった場合について説
明する。図３では、この状態をシーケンスにより示
す。

【００５６】シーケンスの連続通電においては、点火
信号がオンしてＩＧＢＴゲート電圧はハイになりコレク
タ電流（１次電流）を通電するし、コンデンサ４０の電
圧は時定数をもって充電される。

【００５７】連続通電によりＩＧＢＴ１５のコレクタ電
流が上昇し電流制限値まで流れると、まず電流制限回路
２７が動作してＩＧＢＴを不飽和にする。それにより、
ゲート電圧が降下しコレクタ電流（１次電流）が制限さ
れる。

【００５８】この１次電流制限は、ＩＧＢＴ１５のエミ
ッタに接続された電流検出用抵抗２３に発生する電圧を
検出し、ＩＧＢＴ１５のゲートを制御して不飽和状態に
するフィードバック制御回路である。このフィードバッ
クループの一巡伝達遅れによる位相ずれが大きくなると
コレクタ電流および１次電圧は発振するおそれがある。

【００５９】ＩＧＢＴ１５のゲートは、そのＭＯＳ構造
から容量が存在しているため、フィードバックループを
形成するＩＧＢＴゲートの抵抗が大きくなると容量の影
響で位相ずれが大きくなる。この位相ずれを少なくする
ために、１次電流制限回路の出力端子２８とＩＧＢＴ１
５のゲート間は抵抗をできるだけ小さくして直接制御す
ることが望ましい。

【００６０】そこで、本実施例では、ＩＧＢＴ１５の自
己バイアス用のゲート抵抗２１を１次電流制限のフィー
ドバックループ系から外すようにした。そのために、Ｉ
ＧＢＴ１５のゲート端子２２と１次電流制限回路の出力
端子２８との間にはゲート抵抗２１を配置せず、かつ出
力端子２８と電流遮断系の出力端子（ＩＧＢＴ自己バイ
アス用の端子兼用）３７とを別々（それぞれ独立した端
子として分離させる）にして、電流制限端子２８と電流
遮断系端子３７との間にゲート抵抗２１を設けた。この
ようにすれば、１次電流遮断回路の出力端子３７は、Ｉ
ＧＢＴ１５の自己バイアス確保のためのゲート抵抗素子
２１を介してＩＧＢＴ１５のゲートに接続され、一方、
１次電流制限回路２７の出力端子２８は、ゲート抵抗素
子２１よりも低抵抗のラインを介してＩＧＢＴ１５のゲ
ートに接続され、１次電流および電圧の発振を防止する
ことが可能になる。

【００６１】上記した連続通電時の電流制限状態が継続
され、コンデンサ４０の電位が設定値まで上昇すると、
連続通電検出回路３８は抵抗４３を介してトランジスタ
４４，３６をオンさせてＩＧＢＴ１５のゲート電圧をロ
ーレベルにする。

【００６２】これによってコレクタ電流は急速に遮断さ
れ、点火コイル１４の２次側に高電圧を誘起させる。同
時にＩＧＢＴ１５のコレクタには、上記したノイズ電圧
を発生するが、それにより生じるツェナ電流によりゲー
ト抵抗２１の電圧がＩＧＢＴ１５のオン動作電圧まで上
昇すると、ＩＧＢＴ１５がバイアスされて再通電するこ
とでコレクタ電圧をクランプする。

【００６３】動作波形としては説明していないが、異常
が発生してバッテリ電圧が上がり、過電圧検出回路４８
が動作すると、トランジスタ５０および３６がオンし、
ＩＧＢＴ１５のゲート電圧をローにする。この時、コレ
クタ電流が通電中であると、この動作によってコレクタ
電流は急速に遮断され、点火コイル１４の２次側に高電
圧を誘起させる。同時にＩＧＢＴ１５のコレクタに高電
圧（ノイズ電圧）が誘起されるが、このノイズ電圧は、
既述したようにＩＧＢＴ１５を再通電させてクランプす
る。

【００６４】ＩＧＢＴ１５においてツェナダイオードが
動作するためには、ゲート抵抗２５が必要となり、ゲー
ト抵抗の値はツェナの動作抵抗とツェナ電流を考慮して
決定する必要がある。ゲート抵抗がない状態でツェナが
動作すると、ツェナ電圧はツェナ電流によって動作抵抗
分上昇し、ＩＧＢＴ素子耐圧をオーバーする。またこの
状態において、電圧上昇速度ｄｖ／ｄｔが急速である
と、酸化膜したの空乏層の成長が間に合わず充分な耐圧
が確保出来ず破壊に至る可能性がある。一方で１次電流
制限回路としてはフィードバックループの一巡伝達遅れ
の関係でゲート抵抗を大きくできないという問題がある
ため、本実施例のように回路構成することは有効であ
る。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、ＩＧＢＴを用いた点火
装置において、１次電流制限機能を安定させることと１
次電流遮断時のコレクタ電圧クランプ動作とを両立させ
ることにより素子の損壊を防止し、信頼性の高い点火装
置を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来より知られている通常の点火装置の構成例
を示す回路図。

【図２】本発明の一実施例を示す回路図。

【図３】上記実施例の動作波形を示すタイムチャート。

【符号の説明】 １…ＥＣＵ、２…点火装置、３，１４…点火コイル、４
…点火プラグ、６，２３…１次電流検出用抵抗、７，２
７…１次電流制限回路、１５…ＩＧＢＴ、１５ａ…ツェ
ナダイオード、２１…クランプ用ゲート抵抗素子、２２
…ゲート端子、２８…１次電流制限回路の出力端子、２
８′…出力端子２８の接続点、３２…点火信号入力回
路、３７…１次電流遮断回路の出力端子、３７′…出力
端子３７の接続点、３８…連続通電検出回路、４８…過
電圧検出回路、６０…ハイブリッドＩＣ基板、７０…制
御ＩＣ、１００…ゲートライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 良一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 深津 克明 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 佐藤 亮 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G019 BA01 CA14 EA11 EA18 FA04 FA06 FA12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火制御信号に応じて作動するパワース
   イッチング素子を用いて点火コイルに流れる１次電流を
   通電／遮断する点火装置であって、１次電流を検出して
   １次電流を所定値以上流さないよう制限する１次電流制
   限回路と、前記パワースイッチング素子のゲート電圧を
   ローレベルに落として１次電流の通電を遮断する１次電
   流遮断回路とを備えた点火装置において、 前記パワースイッチング素子は、絶縁ゲート型バイポー
   ラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと称する）であり、こ
   のＩＧＢＴのコレクタ・ゲート間にＩＧＢＴ保護用のツ
   ェナダイオードが接続され、 前記１次電流遮断回路の出力端子は、前記ツェナダイオ
   ードのツェナ電流により前記ＩＧＢＴにコレクタ電圧ク
   ランプの自己バイアスをかける抵抗を介して前記ＩＧＢ
   Ｔのゲートに接続され、一方、前記１次電流制限回路の
   出力端子は、前記抵抗よりも低抵抗のラインを介して前
   記ＩＧＢＴのゲートに接続されていることを特徴とする
   内燃機関用点火装置。
2. 【請求項２】 前記１次電流制限回路および前記１次電
   流遮断回路は、それらの出力端子を別々にした一つのＩ
   Ｃに形成され、それらの出力端子が前記ＩＣを搭載する
   基板に設けたＩＧＢＴゲートラインに接続され、かつ前
   記１次電流制限回路の出力端子を前記１次電流遮断回路
   の出力端子よりも前記ＩＧＢＴのゲートに近い位置で前
   記ゲートラインに接続し、このゲートラインにおける前
   記１次電流制限回路の出力端子接続点と前記１次電流遮
   断回路の出力端子接続点との間に前記抵抗が設けられて
   いる請求項１記載の内燃機関用点火装置。
3. 【請求項３】 前記１次電流遮断回路は、点火制御信号
   に応じて前記ＩＧＢＴのゲート電圧をローレベルに落と
   す制御回路と、前記ゲート電圧に異常が生じた場合に強
   制的に前記ＩＧＢＴのゲート電圧をローレベルに落とす
   強制遮断回路とよりなり、この制御回路および強制遮断
   回路の出力端子を共有にして、この共有の出力端子が前
   記ゲートラインに前記抵抗を介して接続されている請求
   項１又は２記載の内燃機関用点火装置。
4. 【請求項４】 前記強制遮断回路は、前記ゲート電圧が
   設定時間以上にハイレベルにあるときにゲート電圧を強
   制的にローレベルに落とす連続通電防止回路と、バッテ
   リ電圧が設定値以上の状態のときに前記ゲート電圧をロ
   ーレベルに落とす過電圧保護回路よりなる請求項３記載
   の内燃機関用点火装置。
5. 【請求項５】 前記抵抗は１００Ω以上である請求項１
   から４のいずれか１項記載の内燃機関用点火装置。