JP2014238024A - スイッチ制御回路、イグナイタ、エンジン点火装置、車両 - Google Patents

Abstract

【課題】集積化が容易なソフト遮断機能付きのスイッチ制御回路を提供する。
【解決手段】スイッチ制御回路１１は、スイッチ素子１２のオン／オフ信号Ｓｇを生成する出力部１１２と；出力部１１２の抵抗要素ＲＨと共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗ＲＶを含み、スイッチ素子１２の強制オフ時に可変抵抗ＲＶの抵抗値を段階的に切り替えることにより、抵抗分圧回路で定まるオン／オフ信号Ｓｇの信号レベルを緩やかに遷移させるソフト遮断部１１６と；出力部１１２及びソフト遮断部１１６を制御する制御部１１１と；を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチ制御回路に関する。

車両のエンジン点火装置を構成するイグナイタには、ＥＣＵ［engine control unit］からの点火指示信号ＩＧＴ［iginition timing signal］に応じて、ＩＧＢＴ［insulated gate bipolar transistor］やＭＯＳＦＥＴ［metal oxide semiconductor field effect transistor］等のスイッチ素子をオン／オフするスイッチ制御回路が内蔵されている。

特開２０１１−１２４２６９号公報

ところで、上記したスイッチ制御回路の多くは、何らかの異常（点火指示信号ＩＧＴの論理異常やスイッチ制御回路の温度異常など）が生じたときに、スイッチ素子を強制的にオフさせてこれに流れる電流を遮断する異常保護機能を備えている。

ただし、異常保護動作時にスイッチ素子を急峻にオフさせると、イグニッションコイルに過大な二次電圧が生じて、点火プラグの誤点火を生じるおそれがある。そのため、従来のスイッチ制御回路では、過大な二次電圧の発生を防止するために、スイッチ素子に流れる電流を緩やかに遮断する電流遮断動作（いわゆるソフト遮断（ソフトシャットオフ））が行われていた。

上記のソフト遮断を実現するための手法としては、抵抗ＲとキャパシタＣから成るＲＣ時定数回路を用いることにより、１０ｍｓ〜１００ｍｓ程度の時定数τ（＝Ｒ×Ｃ）で、スイッチ素子の制御信号（ＩＧＢＴのゲート信号）を緩やかに引き下げる手法が考えられる。しかしながら、ＲＣ時定数回路を用いて上記の時定数τを得るためには、数十メガΩの抵抗Ｒ或いはナノオーダ以上の容量Ｃが必要となるので、スイッチ制御回路の集積化を阻害する要因の一つとなっていた。

なお、特許文献１には、検出温度に応じてＩＧＢＴに流れる電流を通常動作時よりも低い値に制限するイグナイタ用電力半導体装置が開示されている。しかしながら、その電流制限手法は、ＩＧＢＴのゲート電圧を生成するための電流を可変制御するものであり、後述する本発明とは、その本質的な構成を異にするものであった。

本発明は、本願の発明者らが見出した上記の課題に鑑み、集積化が容易なソフト遮断機能付きのスイッチ制御回路、並びに、これを用いたイグナイタ、エンジン点火装置、及び車両を提供することを目的とする。

本明細書中に開示されたスイッチ制御回路は、スイッチ素子のオン／オフ信号を生成する出力部と；前記出力部の抵抗要素と共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗を含み、前記スイッチ素子の強制オフ時に前記可変抵抗の抵抗値を段階的に切り替えることにより、前記抵抗分圧回路で定まる前記オン／オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させるソフト遮断部と；前記出力部及び前記ソフト遮断部を制御する制御部と；を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成るスイッチ制御回路において、前記ソフト遮断部は、前記オン／オフ信号をオン時の信号レベルから前記スイッチ素子のオンスレッショルドレベルまで一気に遷移させた後、さらにオフ時の信号レベルまで緩やかに遷移させる構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第１または第２の構成から成るスイッチ制御回路において、前記ソフト遮断部は、時定数回路を模擬した挙動または直線的な挙動で前記オン／オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させる構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成るスイッチ制御回路において、前記制御部は、点火指示信号に応じて前記出力部を制御するプリドライバ部としての機能と、前記点火指示信号がオン時の論理レベルとされたままで所定の待機時間が経過したときに前記スイッチ素子を強制的にオフさせるタイマ保護部としての機能を備える構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成るスイッチ制御回路において、前記可変抵抗は、前記スイッチ素子の制御端に対して並列に接続された複数の抵抗と、各抵抗毎の電流経路を導通／遮断する複数のスイッチと、を含む構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第５いずれかの構成から成るスイッチ制御回路において、前記出力部は、上側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された上側トランジスタと、下側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された下側トランジスタと、前記スイッチ素子の制御端に接続された電流制限抵抗とを含む構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第６いずれかの構成から成るスイッチ制御回路は、半導体チップに集積化されている構成（第７の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されたイグナイタは、スイッチ素子と、上記第７の構成から成るスイッチ制御回路と、をパッケージングして成る構成（第８の構成）とされている。

また、本明細書中に開示されたエンジン点火装置は、イグニッションコイルと、前記イグニッションコイルの一次側コイルに流れる電流をオン／オフさせる上記第８の構成から成るイグナイタと、前記イグニッションコイルの二次側コイルに接続される点火プラグとを有する構成（第９の構成）とされている。

また、本明細書中に開示された車両は、上記第９の構成から成るエンジン点火装置と、前記エンジン点火装置に電力を供給するカーバッテリと、前記エンジン点火装置を制御するエンジンコントロールユニットと、を有する構成（第１０の構成）とされている。

本発明によれば、集積化が容易なソフト遮断機能付きのスイッチ制御回路、並びに、これを用いたイグナイタ、エンジン点火装置、及び、車両を提供することが可能となる。

エンジン点火装置１を備えた車両Ｘの全体構成を示すブロック図 スイッチ制御回路１１の一構成例を示す回路図 スイッチ制御動作の一例を示すタイミングチャート ソフト遮断部１１６の一構成例を示す回路図 ソフト遮断動作の一例を示すタイミングチャート ゲート信号Ｓｇの第１立ち下げパターンを示す波形図 点火指示信号Ｓｃとコレクタ電流Ｉｃとの関係を示すタイミングチャート ゲート信号Ｓｇの第２立ち下げパターンを示すタイミングチャート 車両Ｘの一構成例を示す外観図

＜全体構成＞
図１は、エンジン点火装置１を備えた車両Ｘの全体構成を示すブロック図である。エンジン点火装置１は、カーバッテリ２及びＥＣＵ３と共に、車両Ｘに搭載された形態で用いられる。なお、以下の説明では、電気回路上の抵抗として機能する要素を一般化して「抵抗要素」と称し、容量として機能する要素（寄生容量などを含む）を一般化して「容量要素」と称することがある。

図１で示すように、エンジン点火装置１は、イグナイタ１０と、イグニッションコイル２０と、点火プラグ３０と、を有する。

イグナイタ１０は、スイッチ制御回路１１と、スイッチ素子１２と、抵抗要素１３と、をパッケージングした半導体集積回路装置として提供される。

スイッチ制御回路１１は、ＬＳＩチップとして形成されており、ＥＣＵ３から入力される点火指示信号Ｓｃに応じてスイッチ素子１２のゲート信号Ｓｇを生成する機能（ゲート制御機能）を備えている。また、スイッチ制御回路１１は、スイッチ素子１２のコレクタ電流Ｉｃ（エミッタ電流Ｉｅ）に応じた検出電圧（エミッタ電圧）Ｖｅを監視し、その監視結果に応じてコレクタ電流Ｉｃを所定の上限値Ｉｌｍｔ以下に制限する機能（異常時のＩＧＢＴ保護機能）を備えている。さらに、スイッチ制御回路１１は、点火指示信号Ｓｃがオン時の論理レベル（例えばハイレベル）とされたままで所定の待機時間が経過したときに、スイッチ素子１２を強制的にオフさせてコレクタ電流Ｉｃを遮断する機能（タイマ保護機能）も備えている。スイッチ制御回路１１の構成及び動作については後述する。

なお、本図では描写されていないが、イグナイタ１０を電子制御燃料噴射装置（ＥＦＩ［electronic fuel injection］）に対応させる必要がある場合、スイッチ制御回路１１には、ＥＣＵに対して点火確認信号ＩＧＦ［ignition confirmation signal］を送出する機能を追加すればよい。

スイッチ素子１２は、スイッチ制御回路１１によってオン／オフされるスイッチ素子であり、図１ではＩＧＢＴが採用されている。スイッチ素子１２は、ゲートがスイッチ制御回路１１に接続されており、コレクタがイグニッションコイル２０の一次側コイル２１に接続されており、エミッタが抵抗要素１３（例えば、ＩＧＢＴのエミッタとＧＮＤフレームとを接続するワイヤの抵抗成分）を介して接地されている。なお、スイッチ素子１２としては、ＭＯＳＦＥＴを採用してもよい。

イグニッションコイル２０は、巻線数Ｎ１の一次側コイル２１と巻線数Ｎ２（＞Ｎ１）の二次側コイル２２を含み、カーバッテリ２から供給される電源電圧Ｖｃｃをより高い二次電圧Ｖｓｐに変換（昇圧）する役割を果たす。一次側コイル２１の第１端と二次側コイル２２の第１端は、いずれもカーバッテリ２に接続されている。一次側コイル２１の第２端は、スイッチ素子１２のコレクタに接続されている。二次側コイル２２の第２端は、点火プラグ３０に接続されており、二次側コイル２２に生じる二次電圧Ｖｓｐが点火プラグ３０に供給される。

点火プラグ３０は、イグニッションコイル２０によって得られる二次電圧Ｖｓｐを用いて、車両Ｘのエンジン（図１では不図示）を点火するためのスパークを発生させる。

カーバッテリ２は、エンジン点火装置１を含め、車両Ｘに搭載された各種電装品に電力を供給するための電源である。

ＥＣＵ３は、車両Ｘのエンジン駆動に関わる各種制御を実行する。特に、ＥＣＵ３は、上記各種制御の一つとして、イグナイタ１０（特にスイッチ制御回路１１）の動作制御に用いられる点火指示信号Ｓｃを出力する。具体的に述べると、ＥＣＵ３は、スイッチ素子１２をオンさせるときに点火指示信号Ｓｃをオン時の論理レベル（例えばハイレベル）とし、スイッチ素子１２をオフさせるときに点火指示信号Ｓｃをオフ時の論理レベル（例えばローレベル）とする。

＜スイッチ制御回路＞
図２は、スイッチ制御回路１１の一構成例を示す回路図である。本構成例のスイッチ制御回路１１は、主な回路要素として、制御部１１１と、トーテムポール出力部１１２と、発振部１１３と、電流検出部１１４と、電流制限部１１５と、ソフト遮断部１１６と、を含む。また、本構成例のスイッチ制御回路１１は、外部との電気的な接続を確立する手段として、ゲート制御パッド１１ａと、エミッタ電圧検出パッド１１ｂと、接地用パッド１１ｃと、電源用パッド１１ｄと、信号入力パッド１１ｅと、を含む。

制御部１１１は、ＥＣＵ３から信号入力パッド１１ｅを介して入力される点火指示信号Ｓｃに応じて、トーテムポール出力部１１２の駆動信号（ゲート信号ＧＨ及びＧＬ）を生成するプリドライバ部としての機能を備えている。また、制御部１１１は、クロック信号ＣＬＫのパルス数をカウントするタイマ１１１ａ（カウンタ）を含んでおり、そのカウント値に応じてソフト遮断信号ＳＴを生成するタイマ保護部としての機能も備えている。

トーテムポール出力部１１２は、ＣＭＯＳ［Complementary MOS］構造を形成するＰチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＭＨ及びＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＭＬ（上側トランジスタ及び下側トランジスタに相当）と、電流制限抵抗ＲＨ及びＲＬを含む。トランジスタＭＨのソースは、電源用パッド１１ｄを介して電源電圧Ｖｃｃの印加端（上側電源端に相当）に接続されている。トランジスタＭＨのドレインは、電流制限抵抗ＲＨの第１端に接続されている。電流制限抵抗ＲＨの第２端と電流制限抵抗ＲＬの第１端とは互いに接続されており、その接続ノードは、ゲート制御パッド１１ａを介してスイッチ素子１２のゲートに接続されている。電流制限抵抗ＲＬの第２端は、トランジスタＭＬのドレインに接続されている。トランジスタＭＬのソースは、接地用パッド１１ｃを介して接地端（下側電源端に相当）に接続されている。トランジスタＭＨ及びＭＬのゲートは、それぞれ、ゲート信号ＧＨ及びＧＬの印加端に接続されている。なお、電流制限抵抗ＲＨ及びＲＬを単一の電流制限抵抗に置き換える場合には、トランジスタＭＨ及びＭＬの接続ノードとスイッチ素子１２のゲートとの間に単一の電流制限抵抗を挿入すればよい。

発振部１１３は、所定周波数のクロック信号ＣＬＫを制御部１１１に出力する。

電流検出部１１４は、エミッタ電圧検出パッド１１ｂを介して入力される検出電圧Ｖｅを監視してコレクタ電流Ｉｃ（エミッタ電流Ｉｅ）の状態を検出し、その検出結果に応じて電流制限信号Ｓｄを生成する。なお、電流制限信号Ｓｄは、コレクタ電流Ｉｃが上限値Ｉｌｍｔよりも小さいときにローレベルとなり、コレクタ電流Ｉｃが上限値Ｉｌｍｔよりも大きいときにハイレベルとなる。

電流制限部１１５は、スイッチ素子１２のオン期間中に電流制限信号Ｓｄがハイレベルに立ち上がると、ゲート信号Ｓｇのハイレベルを通常時よりも引き下げることにより、コレクタ電流Ｉｃを上限値Ｉｌｍｔ以下に制限する。なお、ゲート信号Ｓｇのハイレベルを引き下げる手法については、抵抗飽和とスイッチ制御のいずれを採用しても構わない。

ソフト遮断部１１６は、トーテムポール出力部１１２の抵抗要素（例えば電流制限抵抗ＲＨ）と共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗ＲＶを含み、異常保護動作によってスイッチ素子１２が強制的にオフされる際、制御部１１１から入力されるソフト遮断信号ＳＴに応じて可変抵抗ＲＶの抵抗値を段階的に低下させていく。その結果、抵抗分圧回路の分圧比α（＝ＲＶ／（ＲＨ＋ＲＶ））に応じて定まるゲート信号Ｓｇの信号レベル（＝α×Ｖｃｃ）をオン時の信号レベル（例えばＶｃｃ）からオフ時の信号レベル（例えばＧＮＤ）まで段階的に引き下げることができるので、コレクタ電流Ｉｃを緩やかに遮断することが可能となる。なお、ソフト遮断部１１６の構成及び動作については後述する。

図３は、スイッチ制御動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順番に、点火指示信号Ｓｃ、ゲート信号Ｓｇ、コレクタ電圧Ｖｃ、二次電圧Ｖｓｐ、電流制限信号Ｓｄ、及び、コレクタ電流Ｉｃが描写されている。

時刻ｔ１において、点火指示信号Ｓｃがオン時の論理レベル（例えばハイレベル）に切り替わると、制御部１１１は、トランジスタＭＨをオンさせてトランジスタＭＬをオフさせる。その結果、ゲート信号Ｓｇがハイレベル（ほぼ電源電圧Ｖｃｃ）となり、スイッチ素子１２がオンとなる。従って、カーバッテリ２から、イグニッションコイル２０の一次側コイル２１、スイッチ素子１２、及び、抵抗要素１３を介して接地端に至る経路にコレクタ電流Ｉｃ（エミッタ電流Ｉｅ）が流れ、一次側コイル２１にエネルギが蓄えられる。

その後、時刻ｔ２において、点火指示信号Ｓｃがオフ時の論理レベル（例えばローレベル）に切り替わると、制御部１１１は、トランジスタＭＨをオフさせてトランジスタＭＬをオンさせる。その結果、ゲート信号Ｓｇがローレベル（ほぼ接地電圧ＧＮＤ）となり、スイッチ素子１２がオフとなる。このとき、一次側コイル２１には自己誘導作用によって大きな逆起電力が発生し、コレクタ電圧Ｖｃが急激に上昇する。また、二次側コイル２２には、一次側コイル２１との相互誘導作用により、巻数比（Ｎ２／Ｎ１）に応じてさらに大きな起電力が発生する。このようにして発生した二次側コイル２２の起電力により、点火プラグ３０には非常に高い二次電圧Ｖｓｐ（１万ボルト以上）が掛かり、スパーク（火花）が生じてエンジンの点火が行われる。

なお、時刻ｔ１〜ｔ２では、点火指示信号Ｓｃのハイレベル期間Ｔ１が数ｍｓ程度と短く、コレクタ電流Ｉｃが上限値Ｉｌｍｔに達していないので、電流制限信号Ｓｄはローレベルに維持されている。従って、ゲート信号Ｓｇのハイレベルは引き下げられることなく通常レベルのままとなる。

一方、時刻ｔ３以降では、点火指示信号Ｓｃのハイレベル期間が長く、時刻ｔ４において、コレクタ電流Ｉｃが上限値Ｉｌｍｔに達している。その結果、時刻ｔ４以降では、電流制限信号Ｓｄがハイレベルに立ち上がり、ゲート信号Ｓｇのハイレベルが適切な時定数で引き下げられるので、コレクタ電流Ｉｃが上限値Ｉｌｍｔに制限される。

なお、ＥＣＵ３の誤動作などにより、点火指示信号Ｓｃがハイレベルとされたままで所定の待機時間Ｔ２（１００ｍｓ程度）が経過した場合、時刻ｔ５では、スイッチ素子１２を強制的にオフさせてコレクタ電流Ｉｃを遮断する異常保護動作（タイマ保護動作）が発動する。ただし、異常保護動作時にスイッチ素子１２を急峻にオフさせると、イグニッションコイル２０に過大な二次電圧Ｖｓｐが生じて、点火プラグ３０の誤点火を生じるおそれがある（図中の破線を参照）。

そのため、スイッチ制御回路１１には、時刻ｔ５〜ｔ６で示したように、ソフト遮断時間Ｔ３（１０ｍｓ〜１００ｍｓ）をかけてコレクタ電流Ｉｃを緩やかに遮断するソフト遮断部１１６が設けられている。以下、ソフト遮断部１１６の構成及び動作について、詳細な説明を行う。

＜ソフト遮断部＞
図４は、ソフト遮断部１１６の一構成例を示す回路図である。本構成例のソフト遮断部１１６は、先述の可変抵抗ＲＶを形成する回路要素として、スイッチ素子１２のゲートに対して並列に接続されたｎ個（ただしｎ≧２）の抵抗Ｒ１〜Ｒｎと、各抵抗Ｒ１〜Ｒｎ毎の電流経路を導通／遮断するｎ個のＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＭ１〜Ｍｎ（スイッチに相当）と、を含む。

回路要素間の接続関係について具体的に述べる。抵抗Ｒ１〜Ｒｎの第１端は、いずれもスイッチ素子１２のゲートに接続されている。抵抗Ｒ１〜Ｒｎの第２端は、それぞれトランジスタＭ１〜Ｍｎのドレインに接続されている。トランジスタＭ１〜Ｍｎのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタＭ１〜Ｍｎのゲートは、いずれも制御部１１１に接続されており、それぞれにソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴｎ（先述のソフト遮断信号ＳＴに相当）が印加されている。なお、トランジスタＭ１〜Ｍｎは、それぞれ、ソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴｎがハイレベルであるときにオンとなり、ソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴｎがローレベルであるときにオフとなる。また、トランジスタＭ１〜Ｍｎのオン抵抗値は、抵抗Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値（数ｋΩ）と比べて無視できるほど低いものとする。

図５は、ソフト遮断動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、点火指示信号Ｓｃ、ゲート信号ＧＨ及びＧＬ、クロック信号ＣＬＫ、タイマ１１１ａのカウント値（ＴＭ＿ｃｏｕｎｔ）、並びに、ソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴｎが描写されている。

時刻ｔ１１において、点火指示信号Ｓｃがハイレベルに立ち上がると、ゲート信号ＧＨ及びＧＬがいずれもローレベルに立ち下げられるので、トランジスタＭＨがオンとなり、トランジスタＭＬがオフとなる。このとき、ソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴｎは、いずれもローレベルとされている。従って、ゲート信号Ｓｇがハイレベル（ほぼ電源電圧Ｖｃｃ）となり、スイッチ素子１２がオンとなる。また、時刻ｔ１１以降、タイマ１１１ａでは、クロック信号ＣＬＫのパルスカウントが開始される。なお、タイマ１１１ａのカウント値は、点火指示信号Ｓｃのパルスエッジ（立上りエッジまたは立下りエッジ）でゼロ値にリセットされる構成にしておけばよい。

その後、時刻ｔ１２において、タイマ１１１ａのカウント値が所定値ｘに達すると、点火指示信号Ｓｃがハイレベルとされたまま待機時間Ｔ２が経過したという判断の下、スイッチ素子１２を強制的にオフさせてコレクタ電流Ｉｃを遮断する異常保護動作（タイマ保護動作）が発動される。

まず、時刻ｔ１２〜ｔ１３（クロック信号ＣＬＫのパルス周期に相当）では、ゲート信号ＧＨ及びＧＬがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ＳＴ１がハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ＳＴ２〜ＳＴｎがいずれもローレベルとされる。このとき、電流制限抵抗ＲＨと抵抗Ｒ１によって抵抗分圧回路が形成されるので、ゲート信号Ｓｇの信号レベルは、電源電圧Ｖｃｃから１段階引き下げられた電圧Ｖ１（＝｛Ｒ１／（ＲＨ＋Ｒ１）｝×Ｖｃｃ）となる（図６を参照）。

次に、時刻ｔ１３〜ｔ１４では、ゲート信号ＧＨ及びＧＬがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ＳＴ２がハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ＳＴ１及びＳＴ３〜ＳＴｎがいずれもローレベルとされる。このとき、電流制限抵抗ＲＨと抵抗Ｒ２（＜Ｒ１）によって抵抗分圧回路が形成されるので、ゲート信号Ｓｇの信号レベルは、電圧Ｖ１からさらに１段階引き下げられた電圧Ｖ２（＝｛Ｒ２／（ＲＨ＋Ｒ２）｝×Ｖｃｃ）となる（図６を参照）。

次に、時刻ｔ１４〜ｔ１５では、ゲート信号ＧＨ及びＧＬがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ＳＴ３がハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ＳＴ１及びＳＴ２並びにＳＴ４〜ＳＴｎがいずれもローレベルとされる。このとき、電流制限抵抗ＲＨと抵抗Ｒ３（＜Ｒ２＜Ｒ１）によって抵抗分圧回路が形成されるので、ゲート信号Ｓｇの信号レベルは、電圧Ｖ２からさらに１段階引き下げられた電圧Ｖ３（＝｛Ｒ３／（ＲＨ＋Ｒ３）｝×Ｖｃｃ）となる（図６を参照）。

以降も同様にして、クロック信号ＣＬＫのパルス周期毎に、可変抵抗ＲＶの抵抗値が段階的に低下されていき、延いては、ゲート信号Ｓｇの信号レベルが段階的に引き下げられていく。そして、時刻ｔ１６〜ｔ１７では、ゲート信号ＧＨ及びＧＬがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ＳＴｎがハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴ（ｎ−１）がいずれもローレベルとされる。このとき、ゲート信号Ｓｇの信号レベルは、可変範囲内で最も低い電圧Ｖｎ（＝｛Ｒｎ／（ＲＨ＋Ｒｎ）｝×Ｖｃｃ）となる。

その後、時刻ｔ１７〜ｔ１８では、ソフト遮断信号ＳＴ１〜ＳＴｎの論理レベルが維持されたまま、ゲート信号ＧＨがハイレベルに立ち上げられて、トランジスタＭＨがオフされる。その結果、電源電圧Ｖｃｃの印加端とスイッチ素子１２のゲートとの間が遮断されるので、ゲート信号Ｓｇがさらに低下する。このような期間を設けることにより、トランジスタＭＬのオンに先立って、ゲート信号Ｓｇを十分に引き下げておくことができる。

そして、時刻ｔ１８では、ソフト遮断信号ＳＴｎがローレベルに立ち下げられると共にゲート信号ＧＬがハイレベルに立ち上げられる。その結果、スイッチ素子１２のゲートと接地端との間が導通されるので、ゲート信号Ｓｇがローレベル（ほぼ接地電圧ＧＮＤ）まで低下する。

本構成例のスイッチ制御回路１１であれば、ＲＣ時定数回路を用いてゲート信号Ｓｇを鈍らせていた従来構成と異なり、数ｋΩの抵抗Ｒ１〜Ｒｎ（例えば４ビット１６階調）を用いて１０ｍｓ〜１００ｍｓのソフト遮断時間Ｔ３を実現することができるので、半導体チップへの集積化が容易となる。また、クロック信号ＣＬＫの発振周波数が温度依存性を持たないように発振部１１７の回路設計を行うことにより、ソフト遮断時間Ｔ３の高精度化を図ることも可能となる。

なお、上記の実施形態では、抵抗Ｒ１〜Ｒｎを抵抗値の高いものから順に択一していくことにより、可変抵抗ＲＶの抵抗値を段階的に引き下げていく構成を例に挙げたが、抵抗値の可変手法についてはこれに限定されるものではなく、例えば、抵抗Ｒ１〜Ｒｎを任意の組み合わせで同時に選択することにより、可変抵抗ＲＶの抵抗値（＝選択された抵抗の合成抵抗値）を段階的に引き下げていく構成としても構わない。

図６は、ゲート信号Ｓｇの第１立ち下げパターンを示す波形図である。本図に示すように、第１立ち下げパターンは、ＲＣ時定数回路を模擬した挙動で、ゲート信号Ｓｇの信号レベルをオン時の信号レベル（Ｖｃｃ）からオフ時の信号レベル（ＧＮＤ）まで緩やかに引き下げていく構成とされている。

第１立ち下げパターンを採用すれば、ＲＣ時定数回路を用いてゲート信号Ｓｇを鈍らせていた従来構成と同様の挙動を模擬的に実現することができるので、既存セットへの適応性が高いと考えられる。

ただし、ゲート信号Ｓｇの立ち下げパターンについては、何らこれに限定されるものではなく、例えば、ゲート信号Ｓｇの信号レベルを直線的に引き下げていく構成（後出の図８を参照）としても構わない。

また、第１立ち下げパターンでは、オン時の信号レベル（Ｖｃｃ）を起点としてソフト遮断（ゲート信号Ｓｇの引き下げ）を行う様子を描写したが、ソフト遮断の起点は、必ずしもこれに限るものではない。以下では、この点について図７を参照しながら詳述する。

図７は、点火指示信号Ｓｃとコレクタ電流Ｉｃとの関係を示すタイミングチャートであり、上から順に、点火指示信号Ｓｃ、スイッチ素子１２のゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥ及びコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ、並びに、コレクタ電流Ｉｃが描写されている。

時刻ｔ２１において点火指示信号Ｓｃがハイレベルに立ち上がったとき、スイッチ素子１２のゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥは、一様にハイレベルまで立ち上がるのではなく、スイッチ素子１２のオンスレッショルドレベルＶｔｈ付近で一旦フラットとなる（時刻ｔ２２〜ｔ２３を参照）。また、時刻ｔ２４において点火指示信号Ｓｃがローレベルに立ち下がったときも、上記と同じく、スイッチ素子１２のゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥは、一様にローレベルまで立ち下がるのではなく、スイッチ素子１２のオンスレッショルドレベルＶｔｈ付近で一旦フラットとなる（時刻ｔ２５〜ｔ２６を参照）。このような挙動はスイッチ素子１２に付随する入力容量Ｃｉｅｓと出力容量Ｃｏｅｓ（先出の図４を参照）との容量差に起因して不可避的に発生する。

ここで、スイッチ素子１２の強制オフ時における点火プラグ３０の誤点火を防止するためには、ゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥがオンスレッショルドレベルＶｔｈを下回って以後の期間においてコレクタ電流Ｉｃを緩やかに引き下げていくことが重要であり、ゲートエミッタ間電圧ＶＧＥがオンスレッショルドレベルＶｔｈを下回る以前の期間においてコレクタ電流Ｉｃを緩やかに引き下げていく技術的意義は乏しい。このような考察を踏まえて、以下では、ゲート信号Ｓｇの第２立ち下げパターンを提案する。

図８は、ゲート信号Ｓｇの第２立ち下げパターンを示すタイミングチャートであり、上から順に、スイッチ素子１２のゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥ（ゲート信号Ｓｇに相当）と、コレクタ電流Ｉｃが描写されている。

本図に示すように、第２立ち下げパターンは、時刻ｔ３１において、ゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥをオン時の信号レベル（Ｖｃｃ）からスイッチ素子１２のオンスレッショルドレベル（Ｖｔｈ）まで一気に引き下げた後、そこからソフト遮断時間Ｔ３（時刻ｔ３１〜ｔ３２）をかけて、ゲート・エミッタ間電圧ＶＧＥをオフ時の信号レベル（ＧＮＤ）まで緩やかに引き下げる構成、言い換えれば、スイッチ素子１２のオンスレッショルドレベル（Ｖｔｈ）を起点としてコレクタ電流Ｉｃのソフト遮断を行う構成とされている。

第２立ち下げパターンを採用すれば、オン時の信号レベル（Ｖｃｃ）を起点としてソフト遮断を行う構成（第１立ち下げパターン）と比べて、可変抵抗ＲＶの階調数を不必要に増大せずに済むので、ソフト遮断部１１６の回路規模を縮小することが可能となる。

＜車両＞
図９は、車両Ｘの一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、車載機器Ｘ１１〜Ｘ１７と、これらの車載機器Ｘ１１〜Ｘ１７に電力を供給するバッテリ（図１のカーバッテリ２に相当、図９では不図示）と、を搭載している。

車載機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニット（図１のＥＣＵ３に相当）である。車両Ｘに搭載されるエンジン点火装置１は、上記のエンジンコントロールユニットによって制御される。

車載機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。

車載機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。

車載機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power Steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。

車載機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。

車載機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、電動サンルーフ、電動シート、及び、エアコンなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。

車載機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［electronic toll collection system］など、ユーザの任意で車両Ｘに装着される電子機器である。

＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、例えばイグナイタに利用することができる。

１ エンジン点火装置
２ カーバッテリ
３ ＥＣＵ
１０ イグナイタ
１１ スイッチ制御回路
１１ａ ゲート制御パッド
１１ｂ エミッタ電圧検出パッド
１１ｃ 接地用パッド
１１ｄ 電源用パッド
１１ｅ 信号入力パッド
１１１ 制御部（プリドライバ部、タイマ保護部）
１１１ａ タイマ
１１２ トーテムポール出力部
１１３ 発振部
１１４ 電流検出部
１１５ 電流制限部
１１６ ソフト遮断部
１２ スイッチ素子
１３ 抵抗要素
２０ イグニッションコイル
２１ 一次側コイル
２２ 二次側コイル
３０ 点火プラグ
ＭＨ Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（上側トランジスタ）
ＭＬ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（下側トランジスタ）
ＲＨ、ＲＬ 電流制限抵抗
ＲＶ 可変抵抗
Ｒ１〜Ｒｎ 抵抗
Ｍ１〜Ｍｎ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（スイッチ）
Ｘ 車両
Ｘ１１〜Ｘ１７ 車載機器

Claims (10)

1. スイッチ素子のオン／オフ信号を生成する出力部と；
   前記出力部の抵抗要素と共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗を含み、前記スイッチ素子の強制オフ時に前記可変抵抗の抵抗値を段階的に切り替えることにより、前記抵抗分圧回路で定まる前記オン／オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させるソフト遮断部と；
   前記出力部及び前記ソフト遮断部を制御する制御部と；
   を有することを特徴とするスイッチ制御回路。
2. 前記ソフト遮断部は、前記オン／オフ信号をオン時の信号レベルから前記スイッチ素子のオンスレッショルドレベルまで一気に遷移させた後、さらにオフ時の信号レベルまで緩やかに遷移させることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ制御回路。
3. 前記ソフト遮断部は、時定数回路を模擬した挙動または直線的な挙動で前記オン／オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチ制御回路。
4. 前記制御部は、点火指示信号に応じて前記出力部を制御するプリドライバ部としての機能と、前記点火指示信号がオン時の論理レベルとされたままで所定の待機時間が経過したときに前記スイッチ素子を強制的にオフさせるタイマ保護部としての機能を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のスイッチ制御回路。
5. 前記可変抵抗は、
   前記スイッチ素子の制御端に対して並列に接続された複数の抵抗と、
   各抵抗毎の電流経路を導通／遮断する複数のスイッチと、
   を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスイッチ制御回路。
6. 前記出力部は、
   上側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された上側トランジスタと、
   下側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された下側トランジスタと、
   前記スイッチ素子の制御端に接続された電流制限抵抗と、
   を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のスイッチ制御回路。
7. 半導体チップに集積化されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のスイッチ制御回路。
8. スイッチ素子と、
   請求項７に記載のスイッチ制御回路と、
   をパッケージングして成ることを特徴とするイグナイタ。
9. イグニッションコイルと、
   前記イグニッションコイルの一次側コイルに流れる電流をオン／オフさせる請求項８に記載のイグナイタと、
   前記イグニッションコイルの二次側コイルに接続される点火プラグと、
   を有することを特徴とするエンジン点火装置。
10. 請求項９に記載のエンジン点火装置と、
    前記エンジン点火装置に電力を供給するカーバッテリと、
    前記エンジン点火装置を制御するエンジンコントロールユニットと、
    を有することを特徴とする車両。

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