JP2016089674A - イグナイタおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな回路規模でソフトシャットオフが可能なイグナイタを提供する。【解決手段】電圧コンパレータ３０２は、点火信号ＩＧＴに応じた電圧ＶＩＮを基準電圧ＶＲＥＦと比較し、判定信号ＳＤＥＴを生成する。過電圧保護素子２０６は、パワートランジスタ２０４のゲートエミッタ間に設けられる。ソフトシャットオフ回路３２０は、判定信号ＳＤＥＴがアサートレベルである状態が、所定の通電保護時間ＴＰにわたり持続するとイネーブル状態となり、イネーブル状態において、駆動ステージ３００Ｂの出力をハイインピーダンスとするとともに、パワートランジスタ２０４のゲートに補正電流ＩＣＭＰを供給する。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの点火プラグと接続されるイグニッションコイルを制御するイグナイタに関する。

図１は、ガソリンエンジン車（以下、単に車両ともいう）１００のエンジンルーム１０１の斜視図である。エンジンルーム１０１には、エンジン１１０、吸気マニホールド１１２、エアクリーナ１１３、ラジエータ１１４、バッテリ１０２などが収容される。図１には４気筒エンジンが示される。

エンジン１１０には、気筒ごとにプラグホール（不図示）が設けられ、プラグホールには、点火プラグ（不図示）が挿入される。エンジン１１０の各気筒には、エアクリーナ１１３、吸気マニホールド１１２を経由した空気と、図示しない燃料タンクからの燃料との混合気体が供給される。点火プラグを適切なタイミングで点火（スパーク）させることで、エンジンが始動、回転する。

図２は、車両１００ｒの電気系統の一部のブロック図である。車両１００ｒの電気系統は、バッテリ１０２、イグニッションコイル１０４、点火プラグ１０６、ＥＣＵ１０８、イグナイタ２００を備える。ＥＣＵ１０８は、点火プラグ１０６の点火タイミングを指示する点火信号ＩＧＴを、エンジン１１０の回転と同期して周期的に発生する。イグニッションコイル１０４の２次コイルＬ２は点火プラグ１０６と接続される。イグナイタ２００は、点火信号ＩＧＴに応じてイグニッションコイル１０４の１次コイルＬ１の電流を制御することにより、２次コイルＬ２に数十ｋＶもの高電圧を発生させ、点火プラグ１０６を放電させて、エンジン１１０内の混合気を爆発させる。

イグナイタ２００は、スイッチ素子２０２およびスイッチ制御装置３００ｒを備える。スイッチ素子２０２はたとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、そのコレクタは１次コイルＬ１と接続され、そのエミッタは接地される。スイッチ制御装置３００ｒは、点火信号ＩＧＴに応じてスイッチ素子２０２の制御端子（ゲート）の電圧を制御し、スイッチ素子２０２のオン、オフを制御する。具体的にはスイッチ制御装置３００ｒは、点火信号ＩＧＴがハイレベルの期間、スイッチ素子２０２をオン状態とする。スイッチ素子２０２がオンすると、１次コイルＬ１の両端間にバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが印加され、１次コイルＬ１に流れる電流が時間とともに増大する。点火信号ＩＧＴがローレベルに遷移すると、スイッチ制御装置３００ｒはスイッチ素子２０２を瞬時にターンオフさせ、１次コイルＬ１の電流Ｉ_Ｌ１を遮断する。このとき１次コイルＬ１には、電流Ｉ_Ｌ１の時間微分に比例した数百Ｖもの１次電圧Ｖ_Ｌ１（＝Ｌ・ｄＩ_Ｌ１／ｄｔ）が発生する。このとき２次コイルＬ２には、１次電圧Ｖ_Ｌ１に巻線比を乗じた数十ｋＶもの２次電圧Ｖ_Ｓが発生する。

スイッチ制御装置３００ｒは、主として判定ステージ３００Ａと、駆動ステージ３００Ｂを備える。判定ステージ３００Ａは、ＥＣＵ１０８からの点火信号ＩＧＴを受け、そのレベル（ハイ・ロー）を判定する。たとえば判定ステージ３００Ａは、入力ライン３０１の電圧Ｖ_ＩＮを所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較し、ハイ・ロー２値の判定信号Ｓ_ＤＥＴを生成する電圧コンパレータ３０２を含む。

駆動ステージ３００Ｂは、判定信号Ｓ_ＤＥＴに応じて、スイッチ素子２０２のオン、オフを切りかえる。遅延回路３０４は、判定信号Ｓ_ＤＥＴに所定の遅延を与える。この遅延量は、点火信号ＩＧＴの遷移と点火プラグの放電の時間の時間差（遅れ）が所定値となるように設定される。プリドライバ３０６およびゲートドライバ３０８は、遅延回路３０４の出力に応じてスイッチ素子２０２のゲート電圧を制御する。

特開２０１１−１８５１６５号公報 特開２０１４−０５１９０４号公報

ＥＣＵ１０８が正常動作する際には、点火信号ＩＧＴは、ハイレベルとなった後、適切な時間の経過後にローレベルに遷移し、点火プラグ１０６が点火する。ところがＥＣＵ１０８に何らかの異常が生ずると、点火信号ＩＧＴがローレベルに遷移せずにハイレベルを維持し続け、スイッチ素子２０２がオンし続ける。これにより、スイッチ素子２０２の発熱が大きくなったり、イグニッションコイル１０４の１次コイルＬ１に大電流が流れるといった問題が生じうる。

この問題を解決するために、通電保護回路３１０が設けられる。通電保護回路３１０は、点火信号ＩＧＴがハイレベルに遷移してから所定の通電保護時間Ｔ_Ｐが経過すると強制的にスイッチ素子２０２をオフし、点火プラグ１０６を点火させるものである。図３（ａ）は、通電保護回路３１０の動作を説明する波形図である。点火信号ＩＧＴがハイレベルに遷移するとスイッチ素子２０２がターンオンし、コイル電流（ＩＧＢＴのコレクタ電流）Ｉ_Ｃが増大する。通電保護回路３１０にはタイマーが内蔵され、タイマーは、点火信号ＩＧＴ（判定信号Ｓ_ＤＥＴ）がハイレベルである時間を測定する。そしてタイマーのカウント値が通電保護時間Ｔ_Ｐに対応する設定値（＃＃）に達すると、スイッチ素子２０２を強制オフし、コイル電流Ｉ_Ｃを遮断する。この場合、コイル電流Ｉ_Ｃの強制遮断により、イグニッションコイル１０４の２次コイルＬ２の電圧（２次電圧Ｖ_Ｓ）が大きく変化し、点火プラグ１０６が点火することとなる。

エンジンやＥＣＵの種類によっては、スイッチ素子２０２の強制オフにともなう点火プラグ１０６の点火が好ましくない場合がある。この場合、図３（ｂ）に示すように、通電保護時間Ｔ_Ｐの経過後にスイッチ素子２０２を緩やかにオフさせ、コイル電流Ｉ_Ｃを緩やかに減少させるソフトシャットオフ機能が要求される。

通電保護にともなうスイッチ素子２０２のターンオフによる点火を防止するためには、コイル電流Ｉ_Ｃを数十ｍｓ〜数百ｍｓもの長い時間スケールＴ_ＳＳＯで減少させる必要があり、そのためにはスイッチ素子２０２のゲート電圧を、ハイレベル電圧（たとえば５Ｖ）からローレベル電圧（０Ｖ）まで、数十ｍｓ〜数百ｍｓの時間スケールで低下させる必要がある。

ところが、このような長い時定数を生成するためには、数十ＭΩもの高抵抗が必要であり、あるいは数ｎＦものキャパシタが必要となる。これらの素子はスイッチ制御装置３００ｒの半導体チップに集積化することはサイズの観点から現実的でなく、外付けの追加のチップ部品が必要となり、コスト増加、面積増加の要因となる。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、小さな回路規模でソフトシャットオフが可能なイグナイタの提供にある。

本発明のある態様は、イグナイタに関する。イグナイタは、イグニッションコイルの１次コイルと接続されるスイッチ素子と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号に応じてスイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、を備える。スイッチ素子は、パワートランジスタと、パワートランジスタのゲートエミッタ間に設けられた過電圧保護素子と、を含む。スイッチ制御装置は、点火信号に応じた電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する電圧コンパレータと、判定信号がスイッチ素子のオンに対応するアサートレベルであるとき、パワートランジスタのゲートにハイレベル電圧を印加し、判定信号がスイッチ素子のオフに対応するネゲートレベルであるとき、パワートランジスタのゲートにローレベル電圧を印加する駆動ステージと、判定信号がアサートレベルである状態が、所定の通電保護時間にわたり持続するとイネーブル状態となり、イネーブル状態において、駆動ステージの出力をハイインピーダンスとするとともに、パワートランジスタのゲートに補正電流を供給するソフトシャットオフ回路と、を含む。

この態様によると、過電圧保護素子のリーク電流によってゲート容量（寄生容量）を放電することにより、大容量キャパシタや高抵抗を外付けすることなく小さな回路規模で、十分に長い時定数でゲート電圧を低下させることができ、点火を伴わないソフトシャットオフを実現できる。また実効的な放電電流は、リーク電流と補正電流の差分となるため、補正電流により時定数を調節できる。
ゲート、エミッタ、コレクタは便宜的な名称であり、パワートランジスタの種類に応じて、それぞれベース、ソース、ドレインと読み替えればよい。

過電圧保護素子は、逆直列接続されたダイオードペア（Anti-Series Diode Pair）を含んでもよい。
これにより、パワートランジスタのゲートソース間のサージ耐圧を、正、負両方に関して高めることができる。
過電圧保護素子は、直列に接続される複数のダイオードペアを含んでもよい。

ソフトシャットオフ回路は、イネーブル状態においてオン状態となり、オン状態において補正電流をパワートランジスタのゲートに供給する電流源を含んでもよい。

補正電流は、イグニッションコイルに供給されるバッテリ電圧が大きいほど、大きくてもよい。バッテリ電圧が高いほど、パワートランジスタの発熱量が増加し、パワートランジスタの温度が上昇する。保護素子のリーク電流は正の温度特性を有するため、温度上昇にともない補正電流を増大させることで、時定数のばらつきを抑えることができる。

補正電流は、イグナイタの周囲温度が高いほど、大きくてもよい。イグナイタの周囲温度が高いほど、パワートランジスタの温度のベースラインも高くなる。保護素子のリーク電流は正の温度特性を有するため、温度が高いほど補正電流を増大させることで、時定数のばらつきを抑えることができる。

駆動ステージは、電源ラインと接地ラインの間に直列に設けられたハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含むゲートドライバと、判定信号に応じてハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタのオン、オフを制御するプリドライバと、を含んでもよい。ソフトシャットオフ回路は、イネーブル状態において、ハイサイドトランジスタを利用して補正電流を供給してもよい。
この場合、ハイサイドトランジスタを補正電流を生成する電流源として利用できるため、回路規模を小さくできる。

イグナイタは、パワートランジスタに流れるコイル電流に応じた検出電圧を生成する電流検出回路をさらに備えてもよい。スイッチ制御装置は、検出電圧が所定のしきい値電圧を超えないようにパワートランジスタのゲート電圧を調節する過電流保護回路をさらに含んでもよい。過電流保護回路は、ソフトシャットオフ回路のイネーブル状態において、無効化されてもよい。
過電流保護回路を設けることにより、スイッチ素子のオンが長時間持続した場合に、コイル電流（パワートランジスタのコレクタ電流）を所定レベルでクランプし、上昇し続けるのを防止できる。また過電流保護回路を、ソフトシャットオフ回路がイネーブル状態の間、無効化することで、過電流保護回路によってゲート電圧が調節されて放電の時定数が変化するのを防止できる。

電流検出回路は、パワートランジスタのエミッタと接地ラインの間に設けられた電流検出抵抗を含み、電流検出抵抗の電圧降下が検出電圧であってもよい。過電流保護回路は、電流検出抵抗と並列に設けられ、ソフトシャットオフ回路のイネーブル状態においてオン、ディセーブル状態でオフとなる第１トランジスタを含んでもよい。
これにより、ソフトシャットオフ回路のイネーブル状態では、第１トランジスタをオンすることで電流検出抵抗の電圧降下に対応する検出値が実質的にゼロとなるため、過電流保護を無効化できる。また電流検出抵抗をバイパスすることで、電流検出抵抗が時定数に影響を及ぼすのを防止できる。

電流検出抵抗は、チップ部品であってもよいし、ボンディングワイヤの抵抗成分であってもよいし、スイッチ制御装置のＩＣに集積化された抵抗であってもよい。

過電流保護回路は、パワートランジスタのゲートと接地ラインの間に設けられた第２トランジスタと、検出電圧をしきい値電圧と比較し、検出電圧がしきい値電圧を超えると第２トランジスタをオンするコンパレータと、を含んでもよい。
この態様によれば、コイル電流があるしきい値レベルを超えると、第２トランジスタがオンし、ゲート電圧を低下させてコイル電流を減少させることができる。

ソフトシャットオフ回路は、判定信号がネゲートレベルに遷移するとディセーブル状態となってもよい。これにより、通常動作時には補正電流をゼロとして無駄な消費電力を低減できる。

ソフトシャットオフ回路は、判定信号がアサートレベルに遷移するとカウント動作を開始するカウンタを含み、カウンタのカウント値が通電保護時間に対応する設定値となると、イネーブル状態となってもよい。

本発明の別の態様もまた、イグナイタに関する。このイグナイタは、イグニッションコイルの１次コイルと接続されるスイッチ素子と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号に応じてスイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、を備える。スイッチ素子は、パワートランジスタと、パワートランジスタのゲートエミッタ間に逆直列接続されたダイオードペアと、を含む。スイッチ制御装置は、点火信号に応じた電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する電圧コンパレータと、判定信号がスイッチ素子のオンに対応するアサートレベルであるとき、パワートランジスタのゲートにハイレベル電圧を印加し、判定信号がスイッチ素子のオフに対応するネゲートレベルであるとき、パワートランジスタのゲートにローレベル電圧を印加する駆動ステージと、判定信号がアサートレベルである状態が所定の通電保護時間にわたり持続するとイネーブル状態となり、イネーブル状態において駆動ステージの出力をハイインピーダンスとするとともに、パワートランジスタのゲートの電荷を、ダイオードペアを介して放電することにより、パワートランジスタのゲート電圧を緩やかに低下せしめるソフトシャットオフ回路と、を備える。

本発明のさらに別の態様もまた、イグナイタに関する。このイグナイタは、イグニッションコイルの１次コイルと接続されるスイッチ素子と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号に応じてスイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、を備える。スイッチ素子は、パワートランジスタと、パワートランジスタのゲートエミッタ間に逆直列接続されたダイオードペアと、を含む。スイッチ制御装置は、点火信号に応じた電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する電圧コンパレータと、判定信号がスイッチ素子のオンに対応するアサートレベルであるとき、パワートランジスタのゲートにハイレベル電圧を印加し、判定信号がスイッチ素子のオフに対応するネゲートレベルであるとき、パワートランジスタのゲートにローレベル電圧を印加する駆動ステージと、判定信号がアサートレベルである状態が所定の通電保護時間にわたり持続するとイネーブル状態となり、イネーブル状態において駆動ステージからパワートランジスタのゲートに補正電流を供給することにより、パワートランジスタのゲートの電荷を、ダイオードペアのリーク電流と補正電流との差分電流で放電することにより、パワートランジスタのゲート電圧を緩やかに低下せしめるソフトシャットオフ回路と、を備える。

スイッチ制御装置は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。

本発明の別の態様は、車両に関する。車両は、ガソリンエンジンと、点火プラグと、１次コイルと、点火プラグと接続される２次コイルと、を有するイグニッションコイルと、点火プラグの点火を指示する点火信号を生成するＥＣＵと、点火信号に応じてイグニッションコイルを駆動する上述のいずれかのイグナイタと、を備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、小さな回路規模でソフトシャットオフを実現できる。

ガソリンエンジン車のエンジンルームの斜視図である。 車両の電気系統の一部のブロック図である。 図３（ａ）は、通電保護回路の動作を説明する波形図であり、図３（ｂ）はソフトシャットオフを説明する図である。 実施の形態に係るイグナイタの回路図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、スイッチ素子２０２の構成例を示す回路図である。 図４のイグナイタの動作波形図である。 ソフトシャットオフ回路がイネーブル状態であるときのイグナイタの等価回路図である。 スイッチ制御装置の第１の構成例を示す回路図である。 スイッチ制御装置の第２の構成例を示す回路図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、パワートランジスタのジャンクション温度Ｔ_Ｊの時間変化を示す図である。 補正電流Ｉ_Ｓの、周囲温度Ｔａ依存性およびバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの依存性の一例を示す図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、ソフトシャットオフ回路およびゲートドライバの変形例を示す回路図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａと部材Ｂが接続」された状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図４は、実施の形態に係るイグナイタ２００の回路図である。イグナイタ２００は、その入力端子ＩＮにＥＣＵ１０８からの点火信号ＩＧＴを受け、点火信号ＩＧＴに応じて、その出力端子ＯＵＴに接続されるイグニッションコイル１０４の１次コイルＬ１の電流（コイル電流、あるいはコレクタ電流という）を制御する。

イグナイタ２００は、スイッチ素子２０２およびスイッチ制御装置３００を備え、モジュール化されてひとつのパッケージに収容される。スイッチ制御装置３００の基本構成は図１のそれと同じであり、判定ステージ３００Ａ、駆動ステージ３００Ｂを備え、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣである。

スイッチ素子２０２は、パワートランジスタ２０４、保護素子２０６、２０８を備え、高耐圧プロセスで製造されるひとつの半導体基板に集積化されている。パワートランジスタ２０４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。パワートランジスタ２０４のコレクタＣはＯＵＴ端子と接続され、そのエミッタＥはＧＮＤ（接地）端子と接続される。なおパワートランジスタ２０４としてＭＯＳＦＥＴを用いてもよく、この場合、エミッタをソース、コレクタをドレインと読み替えればよい。

保護素子２０６は、過電圧保護を目的としてパワートランジスタ２０４のゲートエミッタ間に設けられる。たとえば保護素子２０６は、パワートランジスタ２０４のゲートエミッタ間に逆直列接続されたダイオードペアＤ１、Ｄ２を含んでもよい。この場合、ゲートエミッタ間に正の過電圧（サージノイズ）が印加された場合、ゲートエミッタ間電圧Ｖ_ＧＥは、ＢＶ＋Ｖ_Ｆにてクランプされる。またゲートエミッタ間に負の過電圧が印加された場合、ゲートエミッタ間電圧Ｖ_ＧＥは、−ＢＶ−Ｖ_Ｆにてクランプされる。ＢＶはダイオードの逆降伏電圧であり、Ｖ_Ｆは順方向電圧である。

スイッチ制御装置３００は、判定ステージ３００Ａ、駆動ステージ３００Ｂおよびソフトシャットオフ回路３２０を備えて、ひとつの半導体基板に集積化された機能ＩＣである。

判定ステージ３００Ａは、電圧コンパレータ３０２を備える。入力ライン３０１には、ＥＣＵ１０８からの点火信号ＩＧＴが入力される。電圧コンパレータ３０２の前段には、入力ライン３０１の高周波ノイズを除去する高周波フィルタが挿入されてもよい。

電圧コンパレータ３０２は、入力ライン３０１の電圧Ｖ_ＩＮを基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較し、判定信号Ｓ_ＤＥＴを生成する。本実施の形態ではＶ_ＩＮ＞Ｖ_ＲＥＦの状態が、スイッチ素子２０２のオンに、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_ＲＥＦの状態が、スイッチ素子２０２のオフに対応づけられる。また、判定信号Ｓ_ＤＥＴは、Ｖ_ＩＮ＞Ｖ_ＲＥＦのとき、ハイレベル（アサート）、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_ＲＥＦのときローレベル（ネゲート）であり、したがって、判定信号Ｓ_ＤＥＴのハイレベルは、スイッチ素子２０２のオンに対応するアサートレベルであり、判定信号Ｓ_ＤＥＴのローレベルは、スイッチ素子２０２のオフに対応するネゲートレベルである。なお、ハイレベル、ローレベルとアサート、ネゲートの割り当ては設計事項であり、入れかえてもよい。

駆動ステージ３００Ｂは、判定ステージ３００Ａにより生成された判定信号Ｓ_ＤＥＴに応じて、スイッチ素子２０２のオン、オフを制御する。駆動ステージ３００Ｂは判定信号Ｓ_ＤＥＴがスイッチ素子２０２のオンに対応するアサートレベル（ハイレベル）であるとき、パワートランジスタ２０４のゲートＧにハイレベル電圧Ｖ_Ｈを印加し、判定信号Ｓ_ＤＥＴがスイッチ素子２０２のオフに対応するネゲートレベル（ローレベル）であるとき、パワートランジスタ２０４のゲートＧにローレベル電圧Ｖ_Ｌを印加する。ハイレベル電圧Ｖ_Ｈは、たとえば５Ｖ、ローレベル電圧Ｖ_Ｌは接地電圧Ｖ_ＧＮＤ（＝０Ｖ）である。スイッチ制御装置３００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴを受け、安定化してハイレベル電圧Ｖ_Ｈを生成するレギュレータを含んでもよい。

駆動ステージ３００Ｂは、遅延回路３０４、プリドライバ３０６、ゲートドライバ３０８を含む。遅延回路３０４は、判定信号Ｓ_ＤＥＴに所定の遅延を与える。この遅延量は、点火信号ＩＧＴの遷移と点火プラグの放電の時間の時間差（遅れ）が所定値となるように設定される。ゲートドライバ３０８は、ＧＡＴＥ端子を介して、パワートランジスタ２０４のゲートＧにハイレベル電圧Ｖ_Ｈを出力する状態φ_Ｈ、ローレベル電圧Ｖ_Ｌを出力する状態φ_Ｌが切りかえ可能となっている。プリドライバ３０６は、遅延された判定信号Ｓ_ＤＥＴ’に応じて、ゲートドライバ３０８の状態を制御する。ゲートドライバ３０８は、上記の２つの状態φ_Ｈ、φ_Ｌに加えて、その出力がハイインピーダンスとなる状態（ハイインピーダンス状態という）φ_ＨＺが切りかえ可能に構成される。

ソフトシャットオフ回路３２０は、判定信号Ｓ_ＤＥＴがアサートレベルである状態が、所定の通電保護時間Ｔ_Ｐにわたり持続するとイネーブル状態となる。ソフトシャットオフ回路３２０はイネーブル状態において、ゲートドライバ３０８を状態φ_Ｈからハイインピーダンス状態φ_Ｚに切りかえ、駆動ステージ３００Ｂの出力をハイインピーダンスとする。またソフトシャットオフ回路３２０は、イネーブル状態において、パワートランジスタ２０４のゲートＧに補正電流Ｉ_ＣＭＰを供給する。

たとえばソフトシャットオフ回路３２０は、判定信号Ｓ_ＤＥＴのポジティブエッジを契機として時間測定を開始するタイマー回路を含み、タイマー回路で計測した時間が通電保護時間Ｔ_Ｐに達すると、イネーブル状態となってもよい。タイマー回路は、アナログ回路であるとデジタル回路であるとを問わない。

またソフトシャットオフ回路３２０は、判定信号Ｓ_ＤＥＴがネゲートレベルに遷移するとディセーブル状態となってもよい。これにより、通常動作時には補正電流Ｉ_ＣＭＰをゼロとして無駄な消費電力を低減できる。

図５（ａ）〜（ｄ）は、スイッチ素子２０２の構成例を示す回路図である。上述のように、パワートランジスタ２０４のゲートエミッタ間、ゲートコレクタ間には保護素子２０６、２０８が設けられ、保護素子２０６、２０８はそれぞれ、逆直列接続されたダイオードペアＤ１、Ｄ２（Ｄｐとも示す）を含む。ダイオードペアＤ１、Ｄ２は、図４に示すようにカソードコモンであってもよいし、図５（ａ）に示すようにアノードコモンであってもよい。保護素子２０６、２０８の一方をカソードコモンのダイオードペア、他方をアノードコモンのダイオードペアで構成してもよい。

また保護素子２０６、２０８はそれぞれ、直列にスタックされる複数のダイオードペアＤｐを含んでもよい。図５（ｂ）には、アノードコモンのダイオードペアＤｐが複数個、スタックされる構成が示され、図５（ｃ）には、カソードコモンのダイオードペアＤｐが複数個、スタックされる構成が示される。

ダイオードペアＤｐ、１段当たりの耐圧（Ｖｆ＋ＢＶ）は半導体プロセスにも依存するが典型的には数Ｖである。たとえばダイオードペアＤｐの耐圧を７Ｖとし、パワートランジスタ２０４のゲートエミッタ間電圧、ゲートコレクタ間電圧を４２０Ｖ以下にクランプしたい場合には、６０段（＝４２０／７）のダイオードペアＤｐをスタックすればよい。

図５（ｄ）に示すように、図４のダイオードＤ１、Ｄ２それぞれを、複数のダイオードを直列接続して構成してもよい。同様に図５（ａ）のダイオードＤ１、Ｄ２それぞれを、複数のダイオードを直列接続して構成してもよい。ダイオードＤ１、Ｄ２はツェナーダイオードであってもよい。

以上がイグナイタ２００の基本構成である。続いてその動作を説明する。
図６は、図４のイグナイタ２００の動作波形図である。
時刻ｔ０より前に、点火信号ＩＧＴはローレベルであり、ゲートドライバ（ＤＲ）３０８は状態φ_Ｌであり、パワートランジスタ２０４のゲート電圧Ｖ_Ｇはローレベル電圧Ｖ_Ｌである。時刻ｔ１に点火信号ＩＧＴがハイレベルに遷移し、続いて時刻ｔ２に入力電圧Ｖ_ＩＮが基準電圧Ｖ_ＲＥＦを超えると判定信号Ｓ_ＤＥＴがハイレベルとなる。これにより、ゲートドライバ３０８は状態φ２に切りかえられ、パワートランジスタ２０４がオンし、コイル電流Ｉ_Ｃが増大していく。

ソフトシャットオフ回路３２０は判定信号Ｓ_ＤＥＴがハイレベルとなると、時間測定を開始する。通電保護時間Ｔ_Ｐが経過するとイネーブル状態となる（ｔ２）。図６においてＳＳＯはソフトシャットオフ回路３２０の状態を示す。ソフトシャットオフ回路３２０がイネーブル状態となると、ゲートドライバ３０８はハイインピーダンス状態φ_ＨＺとなる。またソフトシャットオフ回路３２０は、パワートランジスタ２０４のゲートに補正電流Ｉ_ＣＭＰを供給する。

図７は、ソフトシャットオフ回路３２０がイネーブル状態であるときのイグナイタ２００の等価回路図である。パワートランジスタ２０４のゲートエミッタ間、ゲートコレクタ間には、寄生容量（ゲート入力容量）が存在する。この寄生容量をＣｉで示す。Ｖ_Ｈ＜ＢＶ＋Ｖ_Ｆであるから、保護素子２０６のダイオードＤ２はブレークダウンせず、保護素子２０６には、微小なリーク電流Ｉ_ＬＥＡＫが流れる。

この状態では、パワートランジスタ２０４の寄生容量Ｃｉは、保護素子２０６のリーク電流Ｉ_ＬＥＡＫにより放電される。それと同時に、ゲート容量Ｃｉはソフトシャットオフ回路３２０からの補正電流Ｉ_ＣＭＰで充電される。したがってゲート容量Ｃｉは、放電電流Ｉ_ＤＩＳ＝Ｉ_ＬＥＡＫ−Ｉ_ＣＭＰで放電される。

時刻ｔ２において、ゲート容量Ｃｉに蓄えられている電荷量Ｑは、式（１）で与えられる。
Ｑ＝Ｃｉ×Ｖ_Ｈ …（１）

放電電流Ｉ_ＤＩＳである時間Ｔにわたり容量Ｃｉを放電したときの電荷量は、式（２）で与えられる。
Ｑ＝∫_０ ^ＴＩ_ＤＩＳ（ｔ）ｄｔ …（２）
説明の簡潔化と理解の容易化のため、リーク電流Ｉ_ＬＥＡＫ、補正電流Ｉ_ＣＭＰが時間によらず一定であるとする。このとき放電電流Ｉ_ＤＩＳも一定となり、式（３）を得る。
Ｑ＝Ｔ×Ｉ_ＤＩＳ …（３）

式（１）と（３）から、式（４）を得る。式（４）は、ゲート容量Ｃｉの電荷をある時間（ソフトシャットオフ時間という）Ｔ_ＳＳＯで完全に放電するために必要な電流量Ｉ_ＤＩＳを示す。
Ｉ_ＤＩＳ＝Ｃ_ｉ×Ｖ_Ｈ／Ｔ_ＳＳＯ …（４）

ソフトシャットオフ時間Ｔ_ＳＳＯは、点火プラグ１０６がスパークしない程度に長くなければならない。たとえばＴ_ＳＳＯ＝５０ｍｓ、Ｖ_Ｈ＝５Ｖ、Ｃｉ＝２ｎＦであるとすれば、要求される放電電流Ｉ_ＤＩＳは、Ｉ_ＤＩＳ＝２００ｎＡ（＝０．２μＡ）となる。たとえばデバイスの典型的なジャンクション温度Ｔ_Ｊにおけるリーク電流Ｉ_ＬＥＡＫが１．６μＡであるとすれば、補正電流Ｉ_ＣＭＰの典型値を、Ｉ_ＤＩＳ−Ｉ_ＬＥＡＫ＝１．４μＡとすればよい。

図６に戻る。時刻ｔ２にゲートドライバ３０８の出力がハイインピーダンスとなると、ゲート容量Ｃｉが放電電流Ｉ_ＤＩＳで放電され、ゲート電圧Ｖ_Ｇは放電時間（ソフトシャットオフ時間）Ｔ_ＳＳＯに応じた時定数で十分長い時間をかけて低下していく。その結果、コイル電流Ｉ_Ｃも緩やかに減少させることができ、２次電圧Ｖ_Ｓの変動を抑制し、点火プラグ１０６をスパークを防止できる。

以上がイグナイタ２００の動作である。
このように、イグナイタ２００によれば、パワートランジスタ２０４の保護素子２０６の微小なリーク電流Ｉ_ＬＥＡＫを利用して、ゲート電圧を緩やかに低下させることにより、ソフトシャットオフを実現できる。保護素子２０６は、パワートランジスタ２０４を過電圧から保護するという別の機能を有するため、保護素子２０６を追加したことによる回路面積の増加は本質的ではない。

また回路構成としては、従来のイグナイタ２００ｒに加えて、ゲートドライバ３０８をハイインピーダンス状態φ_ＨＺに切りかえるための回路と、補正電流Ｉ_ＣＭＰを生成するための回路のみを追加すればよく、長い時定数を実現するために大容量キャパシタや高抵抗が不要であるため、小さな回路規模でソフトシャットオフが実現できる。

本発明は、図４のブロック図・回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな回路に及ぶものであり、特定の回路構成に限定されるものではないが、以下では、その具体的な構成を説明する。

図８は、スイッチ制御装置３００の第１の構成例を示す回路図である。
ソフトシャットオフ回路３２０は、イネーブル状態においてオン状態となる電流源３２２を含む。電流源３２２は、オン状態において補正電流Ｉ_ＣＭＰをパワートランジスタのゲートＧＡＴＥに供給する。スイッチ３２４は、電流源３２２のオン、オフを切りかえるために設けられる。なおスイッチ３２４の位置は特に限定されず、補正電流Ｉ_ＣＭＰのオン、オフが切りかえ可能であればどこに配置してもよい。たとえばスイッチ３２４に相当するトランジスタが、電流源３２２の内部に設けられてもよい。

ソフトシャットオフ回路３２０は、カウンタ３２６を含む。カウンタ３２６は、通電保護時間Ｔ_Ｐを測定する上述のタイマーであり、判定信号Ｓ_ＤＥＴがアサートレベルに遷移するとクロック信号ＣＬＫのカウントを開始する。ロジック回路３２８は、カウンタ３２６のカウント値が通電保護時間Ｔ_Ｐに対応する設定値に達すると、イネーブル信号ＥＮをアサートし、ソフトシャットオフ回路３２０をイネーブル状態とする。またロジック回路３２８は、判定信号Ｓ_ＤＥＴのネガティブエッジを検出すると、イネーブル信号ＥＮをネゲートし、ソフトシャットオフ回路３２０をディセーブル状態とする。

ゲートドライバ３０８は、電源ラインＶ_Ｈと接地ラインＶ_Ｌの間に直列に設けられたハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２を含む。またゲート電圧Ｖ_Ｇのスルーレート（傾き）を最適化するために、抵抗Ｒ１、Ｒ２が挿入されてもよい。

プリドライバ３０６はイネーブル信号ＥＮを受ける。プリドライバ３０６は、イネーブル信号ＥＮがネゲート（つまりソフトシャットオフ回路３２０がディセーブル状態）のとき、判定信号Ｓ_ＤＥＴ’に応じてトランジスタＭ１、Ｍ２のゲート電圧を制御する。またプリドライバ３０６は、イネーブル信号ＥＮがアサート（つまりソフトシャットオフ回路３２０がイネーブル状態）のとき、判定信号Ｓ_ＤＥＴ’にかかわらず、トランジスタＭ１、Ｍ２をオフ状態とし、ゲートドライバ３０８の出力をハイインピーダンスとする。

図９は、スイッチ制御装置３００の第２の構成例を示す回路図である。このスイッチ制御装置３００は、過電流保護機能を備える。具体的にはイグナイタ２００は、電流検出回路２１０をさらに備える。電流検出回路２１０は、パワートランジスタ２０４に流れるコイル電流Ｉ_Ｃを検出する。たとえば電流検出回路２１０は、パワートランジスタ２０４のエミッタＥと接地ラインの間に設けられた電流検出抵抗Ｒ_ＣＳを含み、電流検出抵抗Ｒ_ＣＳの電圧降下を電流検出値Ｖ_ＣＳとして出力してもよい。電流検出値Ｖ_ＣＳは、スイッチ制御装置３００のＣＳ（電流検出）端子に入力される。電流検出抵抗Ｒ_ＣＳは、チップ部品であってもよいし、ボンディングワイヤの抵抗成分であってもよいし、スイッチ制御装置のＩＣに集積化された抵抗であってもよい。

スイッチ制御装置３００は、過電流保護回路３３０をさらに備える。過電流保護回路３３０は、コイル電流Ｉ_Ｃの検出値Ｖ_ＣＳが所定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨを超えないようにパワートランジスタ２０４のゲート電圧Ｖ_Ｇを調節する。過電流保護回路３３０は、ソフトシャットオフ回路３２０のイネーブル状態において無効化され、ゲート電圧Ｖ_Ｇの調節を行なわない。

過電流保護回路３３０を設けることにより、スイッチ素子２０２のオンが長時間持続した場合に、コイル電流Ｉ_Ｃ（パワートランジスタのコレクタ電流）を所定レベルでクランプし、上昇し続けるのを防止できる。また過電流保護回路３３０を、ソフトシャットオフ回路３２０がイネーブル状態の間、無効化することで、過電流保護回路３３０によってゲート電圧Ｖ_Ｇが調節されて放電の時定数が変化するのを防止できる。

過電流保護回路３３０は、電流検出抵抗Ｒ_ＣＳと並列に設けられ、ソフトシャットオフ回路３２０のイネーブル状態においてオン、ディセーブル状態でオフとなる第１トランジスタ３３２を含む。過電流保護回路３３０は、電流検出抵抗Ｒ_ＣＳの電圧降下に応じた検出値Ｖ_ＣＳが所定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨを超えないようにパワートランジスタ２０４のゲート電圧Ｖ_Ｇを調節してもよい。

これにより、ソフトシャットオフ回路３２０のイネーブル状態では、第１トランジスタ３３２をオンすることで電流検出抵抗Ｒ_ＣＳの電圧降下に対応する検出値Ｖ_ＣＳが実質的にゼロとなり、Ｖ_ＣＳ＜Ｖ_ＴＨとなるため過電流保護を無効化できる。また電流検出抵抗Ｒ_ＣＳをバイパスすることで、電流検出抵抗Ｒ_ＣＳが時定数に影響を及ぼすのを防止できる。

過電流保護回路３３０は、パワートランジスタ２０４のゲートと接地ラインの間に設けられた第２トランジスタ３３６と、検出電圧Ｖ_ＣＳをしきい値電圧Ｖ_ＴＨと比較し、Ｖ_ＣＳ＞Ｖ_ＴＨのとき第２トランジスタ３３６をオンするコンパレータ３３４と、を含む。これにより、コイル電流Ｉ_Ｃがあるしきい値レベルを超えると、第２トランジスタ３３６がオンし、ゲート電圧Ｖ_Ｇを低下させてコイル電流Ｉ_Ｃを減少させることができる。

以上がスイッチ制御装置３００の第２の構成例である。このスイッチ制御装置３００によればソフトシャットオフを邪魔することなく、過電流保護を行なうことができる。

続いて、補正電流Ｉ_ＣＭＰについて説明する。イグナイタ２００の放熱性能によっては、デバイス（パワートランジスタ２０４）のジャンクション温度Ｔ_Ｊが、イグナイタ２００の周囲温度Ｔａや、パワートランジスタ２０４の自己発熱の影響で大きく変化する場合がある。保護素子２０６をダイオードで構成する場合、そのリーク電流Ｉ_ＬＥＡＫは、ジャンクション温度Ｔ_Ｊに依存して変化し、具体的には、ジャンクション温度Ｔ_Ｊが高いほど、リーク電流Ｉ_ＬＥＡＫは大きくなる。したがって、ジャンクション温度Ｔ_Ｊの変動による、ゲート容量Ｃｉの放電時間の変動を抑制するためには、ジャンクション温度Ｔ_Ｊに応じて、補正電流Ｉ_ＣＭＰを変化させ、放電電流Ｉ_ＤＩＳを一定に保つことが望ましい。

ここでスイッチ制御装置３００とスイッチ素子２０２が別々の半導体チップに集積化される場合、補正電流Ｉ_ＣＭＰを生成するスイッチ制御装置３００側において、パワートランジスタ２０４のジャンクション温度Ｔ_Ｊを直接知ることは難しい。そこでソフトシャットオフ回路３２０は、以下のようにして、補正電流Ｉ_ＣＭＰを変化させてもよい。

図１０（ａ）、（ｂ）は、パワートランジスタ２０４のジャンクション温度Ｔ_Ｊの時間変化を示す図である。図１０（ａ）には、周囲温度Ｔａの依存性が示される。ジャンクション温度Ｔ_Ｊは、周囲温度Ｔａを始点として、コイル電流Ｉ_Ｃとパワートランジスタ２０４のコレクタエミッタ間電圧Ｖ_ＣＥの積である消費電力Ｐに応じた傾きで増大していく。したがって周囲温度Ｔａが高いほどジャンクション温度Ｔ_Ｊは高くなり、リーク電流Ｉ_ＬＥＡＫの時間積分値（放電電荷量）も大きくなる。そこで、ソフトシャットオフ回路３２０は、周囲温度Ｔａが高いほど補正電流Ｉ_ＣＭＰを大きくすることにより、放電電流Ｉ_ＤＩＳ（＝Ｉ_ＬＥＡＫ−Ｉ_ＣＭＰ）の変動を抑えてもよい。

図１０（ｂ）には、パワートランジスタ２０４の自己発熱の依存性が示される。スイッチ制御装置３００に過電流保護回路３３０が設けられる場合、コイル電流Ｉ_Ｃは実質的に一定とみなすことができる。一方、パワートランジスタ２０４のコレクタエミッタ間電圧は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが高いほど、大きくなるから、パワートランジスタ２０４の自己発熱量（つまりジャンクション温度Ｔ_Ｊの傾き）は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが高いほど大きくなる。したがってバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが高いほどジャンクション温度Ｔ_Ｊは高くなり、リーク電流Ｉ_ＬＥＡＫの時間積分値（放電電荷量）も大きくなる。そこで、ソフトシャットオフ回路３２０は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが高いほど補正電流Ｉ_ＣＭＰを大きくすることにより、放電電流Ｉ_ＤＩＳ（＝Ｉ_ＬＥＡＫ−Ｉ_ＣＭＰ）の変動を抑えてもよい。

図１１は、補正電流Ｉ_Ｓの周囲温度Ｔａの依存性およびバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの依存性の一例を示す図である。

正の温度特性を有する電流を生成する回路は公知であり、ソフトシャットオフ回路３２０の電流源は、こうした公知技術を用いて構成できる。たとえば正の温度特性を有する電流源としては、ポリシリコン抵抗、拡散抵抗、ウェル抵抗の温度依存性を利用したもの、サーミスタを利用したもの、バイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧（ＰＮ接合の順方向電圧）の温度依存性を利用したもの、熱電圧Ｖ_Ｔを利用したもの等が例示されるが、その構成は特に限定されない。

任意の電圧に応じた電流を生成する電流源も公知であり、ソフトシャットオフ回路３２０の電流源は、こうした公知技術を用いて構成できる。たとえばソフトシャットオフ回路３２０は、電圧／電流変換回路、ｇｍアンプ等を用いて構成することができる。

当業者によれば、正の温度特性を有し、および／または、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴに対して正の依存性を有する補正電流Ｉ_ＣＭＰを生成するための電流源にさまざまなバリエーションが存在しうること、それらのバリエーションが本発明の範囲に含まれることが理解される。

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

（第１変形例）
実施の形態では、ソフトシャットオフ回路３２０が補正電流Ｉ_ＣＭＰを生成する電流源３２２を含む場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。パワートランジスタ２０４のゲート容量Ｃｉの容量値、ハイレベル電圧Ｖ_Ｈおよびリーク電流Ｉ_ＬＥＡＫの電流量の組み合わせによっては、補正電流Ｉ_ＣＭＰを供給しなくても、適切な１０〜１００ｍｓ程度の適切な放電時間が得られる場合もあり得る。この場合、電流源３２２は省略し、補正電流Ｉ_ＣＭＰは供給しなくてもよい。

（第２変形例）
実施の形態では、ソフトシャットオフ回路３２０が補正電流Ｉ_ＣＭＰを生成する電流源３２２を含み、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴや周囲温度Ｔａに応じて補正電流Ｉ_ＣＭＰを変化させる場合を説明したが本発明はそれに限定されない。イグナイタ２００が搭載されるプラットフォームによっては、ソフトシャットオフにより点火プラグ１０６のスパークを防止できれば十分であり、ソフトシャットオフ時間Ｔ_ＳＳＯが変動することが許容される場合もある。この場合、補正電流Ｉ_ＣＭＰを一定としてもよいし、周囲温度Ｔａのみに依存して変化させてもよいし、あるいはバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴのみに依存して変化させてもよい。

（第３変形例）
ソフトシャットオフ回路３２０は、ゲートドライバ３０８を利用して補正電流Ｉ_ＣＭＰを生成してもよい。図１２（ａ）、（ｂ）は、ソフトシャットオフ回路３２０およびゲートドライバ３０８の変形例を示す回路図である。図１２（ａ）に示すように、ゲートドライバ３０８のハイサイドトランジスタＭ１を、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成してもよい。プリドライバ３０６は、ソフトシャットオフ回路３２０のイネーブル状態において、ローサイドトランジスタＭ２をオフする。またソフトシャットオフ回路３２０はイネーブル状態において、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートに、適切なゲート電圧Ｖ_Ｇ１を与えることにより、ハイサイドトランジスタＭ１に補正電流Ｉ_ＣＭＰを発生させる。図１２（ａ）において、トランジスタＭ１はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。あるいは、トランジスタＭ１、Ｍ２をバイポーラトランジスタで構成してもよい。

図１２（ｂ）に示すように、ソフトシャットオフ回路３２０は、トランジスタＭ３と電流源ＣＳ１を含んでもよい。トランジスタＭ３は、ハイサイドトランジスタＭ１と同型であり、ハイサイドトランジスタＭ１とともにカレントミラー回路を形成する。電流源ＣＳ１は、ソフトシャットオフ回路３２０のイネーブル状態においてオンとなり、補正電流Ｉ_ＣＭＰを指示する電流を生成し、カレントミラー回路の入力側トランジスタＭ３に供給する。図１２（ｂ）において、トランジスタＭ１〜Ｍ３はバイポーラトランジスタであってもよい。

（第４変形例）
図９のイグナイタ２００において、電流検出回路２１０を電流検出抵抗Ｒ_ＣＳで構成したが本発明はそれに限定されない。コイル電流Ｉ_Ｃを検出する手段としては、パワートランジスタ２０４に流れる電流をカレントミラー回路によりコピーし、コピーされた電流を検出してもよいし、パワートランジスタ２０４のオン抵抗を利用してコイル電流を検出してもよい。あるいは、イグニッションコイル１０４に補助巻線を追加し、補助巻線に流れる電流にもとづいてコイル電流Ｉ_Ｃを推定してもよい。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められることはいうまでもない。

１００…車両、１０２…バッテリ、１０４…イグニッションコイル、Ｌ１…１次コイル、Ｌ２…２次コイル、１０６…点火プラグ、１０８…ＥＣＵ、１１０…エンジン、１１２…吸気マニホールド、１１３…エアクリーナ、１１４…ラジエータ、２００…イグナイタ、２０２…スイッチ素子、２０４…パワートランジスタ、２０６…保護素子、２１０…電流検出回路、３００…スイッチ制御装置、３００Ａ…判定ステージ、３００Ｂ…駆動ステージ、３０１…入力ライン、３０２…電圧コンパレータ、３０４…遅延回路、３０６…プリドライバ、３０８…ゲートドライバ、３１０…通電保護回路、３２０…ソフトシャットオフ回路、３２２…電流源、３２４…スイッチ、３２６…カウンタ、３２８…ロジック回路、Ｒ_ＣＳ…電流検出抵抗、３３０…過電流保護回路、３３２…第１トランジスタ、３３４…コンパレータ、３３６…第２トランジスタ。

Claims (15)

1. イグニッションコイルの１次コイルと接続されるスイッチ素子と、
   ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
   を備え、
   前記スイッチ素子は、
   パワートランジスタと、
   前記パワートランジスタのゲートエミッタ間に設けられた過電圧保護素子と、
   を含み、
   前記スイッチ制御装置は、
   前記点火信号に応じた電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する電圧コンパレータと、
   前記判定信号が前記スイッチ素子のオンに対応するアサートレベルであるとき、前記パワートランジスタのゲートにハイレベル電圧を印加し、前記判定信号が前記スイッチ素子のオフに対応するネゲートレベルであるとき、前記パワートランジスタのゲートにローレベル電圧を印加する駆動ステージと、
   前記判定信号が前記アサートレベルである状態が、所定の通電保護時間にわたり持続するとイネーブル状態となり、前記イネーブル状態において、前記駆動ステージの出力をハイインピーダンスとするとともに、前記パワートランジスタのゲートに補正電流を供給するソフトシャットオフ回路と、
   を含むことを特徴とするイグナイタ。
2. 前記過電圧保護素子は、逆直列接続されたダイオードペアを含むことを特徴とする請求項１に記載のイグナイタ。
3. 前記ソフトシャットオフ回路は、
   前記イネーブル状態においてオン状態となり、前記オン状態において前記補正電流を前記パワートランジスタのゲートに供給する電流源を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のイグナイタ。
4. 前記補正電流は、前記イグニッションコイルに供給されるバッテリ電圧が大きいほど、大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイグナイタ。
5. 前記補正電流は、前記イグナイタの周囲温度が高いほど、大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイグナイタ。
6. 前記駆動ステージは、
   電源ラインと接地ラインの間に直列に設けられたハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含むゲートドライバと、
   前記判定信号に応じて前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタのオン、オフを制御するプリドライバと、
   を含み、
   前記ソフトシャットオフ回路は、前記イネーブル状態において、前記ハイサイドトランジスタを利用して前記補正電流を供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のイグナイタ。
7. 前記パワートランジスタに流れるコイル電流に応じた検出電圧を生成する電流検出回路をさらに備え、
   前記スイッチ制御装置は、前記検出電圧が所定のしきい値電圧を超えないように前記パワートランジスタのゲート電圧を調節する過電流保護回路をさらに含み、
   前記過電流保護回路は、前記ソフトシャットオフ回路のイネーブル状態において、無効化されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のイグナイタ。
8. 前記電流検出回路は、前記パワートランジスタのエミッタと接地ラインの間に設けられた電流検出抵抗を含み、前記電流検出抵抗の電圧降下が前記検出電圧であり、
   前記過電流保護回路は、前記電流検出抵抗と並列に設けられ、前記ソフトシャットオフ回路の前記イネーブル状態においてオン、ディセーブル状態でオフとなる第１トランジスタを含むことを特徴とする請求項７に記載のイグナイタ。
9. 前記過電流保護回路は、
   前記パワートランジスタのゲートと接地ラインの間に設けられた第２トランジスタと、
   前記検出電圧を前記しきい値電圧と比較し、前記検出電圧が前記しきい値電圧を超えると前記第２トランジスタをオンするコンパレータと、
   を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のイグナイタ。
10. 前記ソフトシャットオフ回路は、前記判定信号がネゲートレベルに遷移するとディセーブル状態となることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のイグナイタ。
11. 前記ソフトシャットオフ回路は、前記判定信号が前記アサートレベルに遷移するとカウント動作を開始するカウンタを含み、前記カウンタのカウント値が前記通電保護時間に対応する設定値となると、前記イネーブル状態となることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のイグナイタ。
12. イグニッションコイルの１次コイルと接続されるスイッチ素子と、
    ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
    を備え、
    前記スイッチ素子は、
    パワートランジスタと、
    前記パワートランジスタのゲートエミッタ間に逆直列接続されたダイオードペアと、
    を含み、
    前記スイッチ制御装置は、
    前記点火信号に応じた電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する電圧コンパレータと、
    前記判定信号が前記スイッチ素子のオンに対応するアサートレベルであるとき、前記パワートランジスタのゲートにハイレベル電圧を印加し、前記判定信号が前記スイッチ素子のオフに対応するネゲートレベルであるとき、前記パワートランジスタのゲートにローレベル電圧を印加する駆動ステージと、
    前記判定信号が前記アサートレベルである状態が所定の通電保護時間にわたり持続するとイネーブル状態となり、前記イネーブル状態において前記駆動ステージの出力をハイインピーダンスとするとともに、前記パワートランジスタのゲートの電荷を、前記ダイオードペアを介して放電することにより、前記パワートランジスタのゲート電圧を緩やかに低下せしめるソフトシャットオフ回路と、
    を備えることを特徴とするイグナイタ。
13. イグニッションコイルの１次コイルと接続されるスイッチ素子と、
    ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
    を備え、
    前記スイッチ素子は、
    パワートランジスタと、
    前記パワートランジスタのゲートエミッタ間に逆直列接続されたダイオードペアと、
    を含み、
    前記スイッチ制御装置は、
    前記点火信号に応じた電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する電圧コンパレータと、
    前記判定信号が前記スイッチ素子のオンに対応するアサートレベルであるとき、前記パワートランジスタのゲートにハイレベル電圧を印加し、前記判定信号が前記スイッチ素子のオフに対応するネゲートレベルであるとき、前記パワートランジスタのゲートにローレベル電圧を印加する駆動ステージと、
    前記判定信号が前記アサートレベルである状態が所定の通電保護時間にわたり持続するとイネーブル状態となり、前記イネーブル状態において前記駆動ステージから前記パワートランジスタのゲートに補正電流を供給することにより、前記パワートランジスタのゲートの電荷を、前記ダイオードペアのリーク電流と前記補正電流との差分電流で放電することにより、前記パワートランジスタのゲート電圧を緩やかに低下せしめるソフトシャットオフ回路と、
    を備えることを特徴とするイグナイタ。
14. 前記スイッチ制御装置は、ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のイグナイタ。
15. ガソリンエンジンと、
    点火プラグと、
    １次コイルと、前記点火プラグと接続される２次コイルと、を有するイグニッションコイルと、
    前記点火プラグの点火を指示する点火信号を生成するＥＣＵと、
    前記点火信号に応じて前記イグニッションコイルを駆動する請求項１から１４のいずれかに記載のイグナイタと、
    を備えることを特徴とする車両。

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