JP2016089813A - イグナイタおよび車両、イグニッションコイルの制御方法 - 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】判定ステージ３００Ａは、点火信号ＩＧＴに応じた電圧Ｖ_ＩＮを基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較し、判定信号Ｓ_ＤＥＴを生成する。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、オフを制御する。タイマー回路３２２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である状態が、所定の通電保護時間にわたり持続すると、通電保護信号Ｓ１１をアサートする。時変電圧生成回路３２４は、通電保護信号Ｓ１１のアサートを契機として、初期電圧から時間とともに低下する時変電圧Ｖ_ＳＳＯを生成する。アンプ３２６は、スイッチ素子２０２に流れるコイル電流Ｉ_Ｃに応じた検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯに近づくように、スイッチ素子２０２の制御端子の電圧を変化させる。
【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（Ignition Timing）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（２次電圧Ｖ_Ｓ）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を生成する判定コンパレータ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。これをソフトシャットダウン機能という。

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、ソフトシャットダウン機能を具備した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。スイッチ制御装置は、点火信号に応じた電圧を所定の基準電圧と比較し、判定信号を生成する判定ステージと、判定信号に応じてスイッチ素子のオン、オフを制御する駆動ステージと、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状態が、所定の通電保護時間にわたり持続すると、通電保護信号をアサートするタイマー回路と、通電保護信号のアサートを契機として初期電圧から時間とともに低下する時変電圧を生成する時変電圧生成回路と、スイッチ素子に流れるコイル電流に応じた検出電圧が時変電圧に近づくように、スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させるアンプと、を含む。

この態様では、通電保護信号がアサートされると時変電圧が低下し、スイッチ素子の制御端子の電圧を、検出電圧が時変電圧に追従するように低下させる。したがって時変電圧を緩やかに低下させることにより、ソフトシャッタダウンが実現できる。

アンプは、スイッチ素子の制御端子から電流をシンクするように構成されてもよい。これにより、アンプは、スイッチ素子の制御端子の電圧を低下させる方向にのみ作用し、アンプによってコイル電流が増大するのを防止できる。

アンプは、検出電圧が時変電圧より高いときに、検出電圧が時変電圧に近づくように、スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させてもよい。

アンプは、スイッチ素子の制御端子と接地ラインの間に設けられた出力トランジスタと、検出電圧と時変電圧を比較し、検出電圧が時変電圧を超えると出力トランジスタをオンする電圧コンパレータと、を含んでもよい。

アンプは、スイッチ素子の制御端子と接地ラインの間に設けられた出力トランジスタと、検出電圧と時変電圧の誤差に応じて出力トランジスタの制御端子の電圧を調節する誤差増幅器と、を含んでもよい。

時変電圧生成回路は、時変電圧が発生する第１ノードと、所定の第１電圧レベルにレギュレートされた第１電圧ラインと第１ノードの間に設けられた第１抵抗と、第１ノードと接地ラインの間に設けられた可変インピーダンス回路と、を含んでもよい。可変インピーダンス回路は、通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、初期電圧に対応する初期インピーダンスからゼロに向かって時間とともに小さくなってもよい。
第１電圧レベルをＶ_ＲＥＧ、第１抵抗の抵抗値をＲ１、可変インピーダンス回路のインピーダンスをＲｖと書くとき、式（１）の時変電圧Ｖ_ＳＳＯを生成できる。
Ｖ_ＳＳＯ＝Ｖ_ＲＥＧ×Ｒｖ／（Ｒ１＋Ｒｖ） …（１）
そして可変インピーダンス回路のインピーダンスＲｖを最大値Ｒ_ＭＡＸから最小値Ｒ_ＭＩＮ（ゼロ）に向かって低下させることにより、時変電圧Ｖ_ＳＳＯを、Ｖ_ＲＥＧ×Ｒ_ＭＡＸ／（Ｒ１＋Ｒ_ＭＡＸ）からゼロまで変化させることができる。

可変インピーダンス回路は、第１ノードと接地ラインの間に設けられた第２抵抗と、第２抵抗と並列に設けられた第１トランジスタと、通電保護信号のアサートを契機として時間とともに増大する第１スロープ電圧を生成し、第１トランジスタの制御端子に供給する第１スロープ電圧源と、を含んでもよい。
この構成では、可変インピーダンス回路のインピーダンスＲｖは、第２抵抗の抵抗値Ｒ２と、第１トランジスタのオン抵抗（オフ抵抗）の合成抵抗となる。第１トランジスタの制御端子に第１スロープ電圧を印加するとそのオン抵抗は、時間とともに低下する。したがって可変インピーダンス回路のインピーダンスを、時間とともに低下させることができる。

第１スロープ電圧源は、第１キャパシタと、第１キャパシタに所定の電流を供給する第１電流源と、第１キャパシタと並列に設けられ、通電保護信号に応答してオン、オフが制御される第１スイッチと、を含んでもよい。第１キャパシタの電圧が、第１スロープ電圧であってもよい。
この構成によれば、時間とともにリニアに増大する第１スロープ電圧が生成でき、第１トランジスタをＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）とすることで、そのオン抵抗（オフ抵抗）を好適に制御できる。

可変インピーダンス回路は、直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変インピーダンス要素と、複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を制御するインピーダンスコントローラと、を含んでもよい。各可変インピーダンス要素は、そのインピーダンスが所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている。インピーダンスコントローラは、複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を順に選択し、選択された可変インピーダンス要素のインピーダンスを、最大値から最小値に向けて時間とともに変化させる。
この態様によれば、短い時定数を用いて、複数の可変インピーダンス要素を順に制御することにより、長い時定数を得ることができる。これにより、外付けのキャパシタや抵抗等を用いなくても、ＩＣ（Integrated Circuit）内で、長い時定数を生成できる。

インピーダンスコントローラは、通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに増大する第１スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第１スロープ電圧源と、第１スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Ｎビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、を含んでもよい。インピーダンスコントローラは、サーモメータコードに応じたひとつの可変インピーダンス要素を選択し、選択された可変インピーダンス要素のインピーダンスを第１スロープ電圧に応じて制御し、サーモメータコードに応じて既に選択された可変インピーダンス要素のインピーダンスを、最小値で固定してもよい。

可変インピーダンス要素はそれぞれ、第２抵抗と、第２抵抗の高電位側の一端と接地ラインの間に直列に設けられた第１トランジスタおよび第２トランジスタと、第２抵抗の高電位側の一端と接地ラインの間に設けられた第３トランジスタと、を含んでもよい。インピーダンスコントローラは、第１スロープ電圧を複数の可変インピーダンス要素それぞれの第１トランジスタの制御端子に出力し、サーモメータコードの第ｉビット（１≦ｉ≦Ｎ）に応じて、ｉ番目の可変インピーダンス要素の第２トランジスタおよび（ｉ−１）番目の可変インピーダンス要素の第３トランジスタを制御してもよい。

可変インピーダンス回路は、並列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変インピーダンス要素と、複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を制御するインピーダンスコントローラと、を含んでもよい。各可変インピーダンス要素は、そのインピーダンスが所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている。インピーダンスコントローラは、複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を順に選択し、選択された可変インピーダンス要素のインピーダンスを、最大値から前記最小値に向けて時間とともに変化させる。
この態様によっても、可変インピーダンス要素を直列に接続した場合と同様に、長い時定数を得ることができる。

インピーダンスコントローラは、通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに増大する第１スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第１スロープ電圧源と、第１スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Ｎビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、を含んでもよい。インピーダンスコントローラは、サーモメータコードに応じたひとつの可変インピーダンス要素を選択し、選択された可変インピーダンス要素のインピーダンスを第１スロープ電圧に応じて制御し、サーモメータコードに応じて既に選択された可変インピーダンス要素のインピーダンスを、最小値で固定してもよい。

可変インピーダンス要素はそれぞれ、第２抵抗と、第２抵抗の低電位側の一端と接地ラインの間に直列に設けられた第１トランジスタおよび第２トランジスタと、第２抵抗の低電位側の一端と接地ラインの間に設けられた第３トランジスタと、を含んでもよい。インピーダンスコントローラは、第１スロープ電圧を複数の可変インピーダンス要素それぞれの第１トランジスタの制御端子に出力し、サーモメータコードの第ｉビット（１≦ｉ≦Ｎ）に応じて、ｉ番目の可変インピーダンス要素の第２トランジスタおよび（ｉ−１）番目の可変インピーダンス要素の第３トランジスタを制御してもよい。

時変電圧生成回路は、時変電圧が発生する第１ノードと、一端の電位が固定され、他端が第１ノードと接続された第３抵抗と、第３抵抗と接続され、通電保護信号のアサートを契機として時間とともに変化するスロープ電流を生成するスロープ電流源と、を含んでもよい。第３抵抗とスロープ電流源の接続ノードの電圧が時変電圧であってもよい。
スロープ電流源が高電位側、第３抵抗が低電位側に配置される場合、スロープ電流を時間とともに減少させることで、時変電圧を低下させることができる。
反対にスロープ電流源が低電位側、第３抵抗が高電位側に配置される場合、スロープ電流を時間とともに増加させることで、時変電圧を低下させることができる。

スロープ電流源は、第４トランジスタおよび第５トランジスタを含む差動トランジスタ対と、差動トランジスタ対と接続されるテイル電流源と、第４トランジスタの制御端子に所定の第１バイアス電圧を供給する第１バイアス回路と、通電保護信号のアサートを契機として、第１バイアス電圧と同じ電圧レベルから時間とともに変化する第２バイアス電圧を生成し、第５トランジスタの制御端子に供給する第２バイアス回路と、を含み、第５トランジスタに流れる電流に応じてスロープ電流を生成してもよい。

第１バイアス回路は、所定の第２電圧が供給される第２電圧ラインと第４トランジスタの制御端子の間に設けられた第４抵抗と、第４トランジスタの制御端子と接地ラインの間に設けられた第５抵抗と、を含んでもよい。第２バイアス回路は、第２電圧ラインと第５トランジスタの制御端子の間に設けられた第６抵抗と、第５トランジスタの制御端子と接地ラインの間に設けられ、通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、初期電圧に対応する初期インピーダンスからゼロに向かって時間とともに小さくなる可変インピーダンス回路と、を含んでもよい。

スロープ電流源は、複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変電流源と、複数Ｎ個の可変電流源を制御する電流コントローラと、を含んでもよい。各可変電流源は、その出力電流が所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されてもよい。電流コントローラは、複数Ｎ個の可変電流源を順に選択し、選択された可変電流源の出力電流を、最大値と最小値の間で時間とともに変化させてもよい。スロープ電流源は、複数Ｎ個の可変電流源の出力電流の合計を出力してもよい。

電流コントローラは、通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに変化する第２スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第２スロープ電圧源と、第２スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Ｎビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、を含んでもよい。電流コントローラは、サーモメータコードに応じたひとつの可変電流源を選択し、選択された可変電流源の出力電流を第２スロープ電圧に応じて制御し、サーモメータコードに応じて既に選択された可変電流源の出力電流を、制御後の最終値で固定してもよい。

各可変電流源は、第４トランジスタおよび第５トランジスタを含む差動トランジスタ対と、差動トランジスタ対と接続されるテイル電流源と、第４トランジスタの制御端子に所定の第１バイアス電圧を供給する第１バイアス回路と、第２スロープ電圧およびサーモメータコードに応じて、第５トランジスタの制御端子に第２バイアス電圧を供給する第２バイアス回路と、を含み、第５トランジスタに流れる電流を出力してもよい。

アンプは、コイル電流がカレントリミットを超えないようにスイッチ素子の制御端子の電圧を変化させる過電流保護回路を兼ねており、初期電圧は、カレントリミットに応じて定められてもよい。
これにより回路面積の増大を抑制しつつ、ソフトシャットオフ機能を実現できる。

アンプは、通電保護信号がアサートされる前は非動作状態であり、通電保護信号がアサートされた後に、スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させる動作状態となってもよい。

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、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）、（ｂ）は、通電保護回路の動作を説明する波形図である。 実施の形態に係るイグナイタの回路図である。 図４のイグナイタの動作波形図である。 イグナイタの構成例を示す回路図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第１構成例に係る時変電圧生成回路の回路図である。 図８（ａ）は、第２構成例に係る時変電圧生成回路の回路図であり、図８（ｂ）は、第３構成例に係る時変電圧生成回路の回路図である。 図８（ａ）の時変電圧生成回路の一実施例の回路図である。 図９の時変電圧生成回路の動作波形図である。 図８（ｂ）の時変電圧生成回路の一実施例の回路図である。 図１２（ａ）〜（ｃ）は、第４構成例に係る時変電圧生成回路の回路図である。 図１３（ａ）は、第５構成例に係る時変電圧生成回路の回路図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の時変電圧生成回路の一実施例の回路図である。 第６構成例に係る時変電圧生成回路の回路図である。 図１５（ａ）〜（ｃ）は、第１変形例から第３変形例に係るイグナイタの一部の回路図である。

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。

スイッチ素子２０２はたとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチ素子２０２のコレクタはＯＵＴ端子と接続され、そのエミッタはＧＮＤ（接地）端子を介して接地される。なおスイッチ素子２０２は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。

スイッチ制御装置３００の基本構成は図２のそれと同様であり、判定ステージ３００Ａ、駆動ステージ３００Ｂ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、高周波フィルタ３０３および判定コンパレータ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。高周波フィルタ３０３は、入力ライン３０１の高周波ノイズを除去する。

判定コンパレータ３０２は、高周波フィルタ３０３の出力電圧Ｖ_ＦＩＬ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_ＦＩＬ＞Ｖ_ＲＥＦ（Ｖ_ＩＮ＞Ｖ_ＲＥＦ）の状態が、スイッチ素子２０２のオンに、Ｖ_ＦＩＬ＜Ｖ_ＲＥＦ（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_ＦＩＬ＞Ｖ_ＲＥＦのとき、ハイレベル（アサート）、Ｖ_ＦＩＬ＜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、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Ｔｄ１を与える。この遅延量Ｔｄ１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Ｓ２に応じてスイッチ素子２０２の制御端子（ゲート）の電圧Ｖ_Ｇを制御する。

続いてイグナイタ２００のソフトシャットオフ機能について説明する。

スイッチ制御装置３００はさらにソフトシャットオフ回路３２０を備える。ソフトシャットオフ回路３２０は、タイマー回路３２２、時変電圧生成回路３２４、アンプ３２６を備える。タイマー回路３２２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である状態が、所定の通電保護時間τにわたり持続すると、通電保護信号Ｓ１１をアサートする。タイマー回路３２２は、アナログタイマーであるとデジタルタイマーであるとを問わない。

時変電圧生成回路３２４は、通電保護信号Ｓ１１がアサートされると、初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴから時間とともに低下する時変電圧（ソフトシャットオフ電圧）Ｖ_ＳＳＯを生成する。アンプ３２６は、スイッチ素子２０２に流れるコイル電流Ｉ_Ｃに応じた検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯに近づくように、スイッチ素子２０２のゲート電圧Ｖ_Ｇを変化させる。アンプ３２６は、スイッチ素子２０２のゲートから電流（シンク電流Ｉ_ＳＩＮＫという）をシンク可能に構成される。アンプ３２６は、検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯより高いときに、検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯに近づくように、シンク電流Ｉ_ＳＩＮＫによりスイッチ素子２０２のゲート容量を放電してスイッチ素子２０２のゲート電圧Ｖ_Ｇを低下させてもよい。

本実施の形態において、ソフトシャットオフ回路３２０は、コイル電流Ｉ_ＣがカレントリミットＩ_ＣＬを超えないようにスイッチ素子２０２のゲート電圧を変化させる過電流保護回路を兼ねている。そして時変電圧Ｖ_ＳＳＯの初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴは、カレントリミットＩ_ＣＬに応じて定められる。これにより回路面積の増大を抑制しつつ、ソフトシャットオフ機能を実現できる。

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５は、図４のイグナイタ２００の動作波形図である。
時刻ｔ０に、点火信号ＩＧＴがアサートされ、判定信号Ｓ_ＤＥＴがハイレベルに遷移する。駆動ステージ３００Ｂは、スイッチ素子２０２のゲートにハイレベル電圧を印加してスイッチ素子２０２をターンオンする。スイッチ素子２０２がオンすると、コイル電流Ｉ_Ｃは時間とともに一定の傾きで増大していく。

時変電圧生成回路３２４が出力する時変電圧Ｖ_ＳＳＯは、初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴとなっており、ソフトシャットオフ回路３２０は、検出電圧Ｖ_ＣＳが初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴを超えないように、スイッチ素子２０２のゲート電圧Ｖ_Ｇを制御する過電流保護回路として動作する。時刻ｔ１に、検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯに達すると、ゲート電圧Ｖ_Ｇが低下し、コイル電流Ｉ_ＣがカレントリミットＩ_ＣＬにてクランプされる。

時刻ｔ０から通電保護時間τ経過後の時刻ｔ２に、通電保護信号Ｓ１１がアサートされる。これを契機として時変電圧生成回路３２４は、時変電圧Ｖ_ＳＳＯを時間とともに低下させる。するとアンプ３２６により、検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯに追従して低下するようにゲート電圧Ｖ_Ｇが制御され、これによりコイル電流Ｉ_Ｃが緩やかに減少していく。

このように図４のイグナイタ２００によれば、ソフトシャットオフを実現できる。このイグナイタ２００は、過電流保護回路のカレントリミットＩ_ＣＬを時間とともに低下させることにより、ソフトシャットオフを実現するものと捕らえることもできる。

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６は、イグナイタ２００の構成例を示す回路図である。
アンプ３２６は、電圧コンパレータ３２８と出力トランジスタ３３０とを備える。出力トランジスタ３３０は、スイッチ素子２０２の制御端子（ゲート）と接地ライン３１２の間に設けられる。電圧コンパレータ３２８は、検出電圧Ｖ_ＣＳと時変電圧Ｖ_ＳＳＯを比較し、検出電圧Ｖ_ＣＳが時変電圧Ｖ_ＳＳＯを超えると出力トランジスタ３３０をオンする。

電流センス抵抗Ｒ_ＣＳは、コレクタ電流Ｉ_Ｃの経路上に、より具体的には、スイッチ素子２０２のエミッタとＧＮＤ端子の間に設けられる。電流センス抵抗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。

続いて、時変電圧生成回路３２４の構成例を説明する。

図７（ａ）、（ｂ）は、第１構成例に係る時変電圧生成回路３２４の回路図である。
時変電圧生成回路３２４は、第１抵抗Ｒ１、第１ノードＮ１、可変インピーダンス回路３３２を備える。時変電圧Ｖ_ＳＳＯは第１ノードＮ１に発生する。第１抵抗Ｒ１は、所定の第１電圧レベルＶ_ＲＥＧにレギュレートされた第１電圧ライン３１３と第１ノードＮ１の間に設けられる。可変インピーダンス回路３３２は、第１ノードＮ１と接地ライン３１２の間に設けられる。可変インピーダンス回路３３２は、通電保護信号Ｓ１１がアサートされると、そのインピーダンスＲｖが、初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴに対応する初期インピーダンス（最大値）Ｒ_ＭＡＸからゼロ（最小値Ｒ_ＭＩＮ）まで時間とともに小さくなる。

この構成によれば、式（１）の時変電圧Ｖ_ＳＳＯを生成できる。
Ｖ_ＳＳＯ＝Ｖ_ＲＥＧ×Ｒｖ／（Ｒ１＋Ｒｖ） …（１）
そして可変インピーダンス回路３３２のインピーダンス（抵抗値）Ｒｖを最大値Ｒ_ＭＡＸから最小値Ｒ_ＭＩＮ（＝０）に向かって低下させることにより、時変電圧Ｖ_ＳＳＯを、Ｖ_ＲＥＧ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ_ＭＡＸ）から０まで低下させることができる。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のタイマー回路３２２および時変電圧生成回路３２４の一実施例の回路図である。タイマー回路３２２は、たとえばカウンタ３３６とデジタルコンパレータ３３８を含む。カウンタ３３６は、判定信号Ｓ_ＤＥＴがアサートされるとクロックＣＬＫをカウントする。デジタルコンパレータ３３８は、カウンタ３３６のカウント値ＣＮＴが、通電保護時間τの設定値Ｓ１２と等しくなると、通電保護信号Ｓ１１をアサートする。

可変インピーダンス回路３３２は、第２抵抗Ｒ２、第１トランジスタＭ１、第１スロープ電圧源３３４を備える。第２抵抗Ｒ２は、第１ノードＮ１と接地ライン３１２の間に設けられる。第１トランジスタＭ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、第２抵抗Ｒ２と並列に設けられる。第１スロープ電圧源３３４は、通電保護信号Ｓ１１がアサートされると時間とともに増大する第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを生成し、第１トランジスタＭ１の制御端子に供給する。第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを時間に対してリニアに一定の傾きで増加させることで、時変電圧Ｖ_ＳＳＯとして好ましい波形を得ることができる。

たとえば第１スロープ電圧源３３４は、第１キャパシタＣ１、第１電流源ＣＳ１、第１スイッチＳＷ１を含む。第１キャパシタＣ１の一端は接地され、第１電流源ＣＳ１は、第１キャパシタＣ１に所定の定電流を供給する。第１スイッチＳＷ１は、第１キャパシタＣ１と並列に設けられ、通電保護信号Ｓ１１に応答してオン、オフが制御される。第１キャパシタＣ１の電圧が第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰである。なお第１スロープ電圧源３３４の構成は特に限定されず、公知の回路を用いればよい。

時変電圧Ｖ_ＳＳＯは、数ｍｓ〜数百ｍｓのオーダーで変化する必要があり、この場合、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰも同様のオーダーで変化させる必要がある。これを図７（ｂ）の第１スロープ電圧源３３４で実現しようとすれば、第１電流源ＣＳ１の電流量を小さくするために数十ＭΩもの高抵抗が必要であり、あるいは、第１キャパシタＣ１として数ｎＦもの巨大な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。

以下では、第１スロープ電圧源３３４を半導体チップに集積化するための技術を説明する。

図８（ａ）は、第２構成例に係る時変電圧生成回路３２４ａの回路図である。可変インピーダンス回路３３２ａは、第１ノードＮ１と接地ライン３１２の間に直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎと、複数の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎのインピーダンスを制御するインピーダンスコントローラ３４０ａを備える。

各可変インピーダンス要素Ｒｖは、そのインピーダンスが独立して所定の最小値Ｒ_ＭＩＮ（ゼロ）と所定の最大値Ｒ_ＭＡＸの間で、制御信号に応じて可変に構成されている。インピーダンスコントローラ３４０ａは、複数Ｎ個の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎを順に選択し、選択された可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎのインピーダンスを、最大値Ｒ_ＭＡＸから最小値Ｒ_ＭＩＮ（ゼロ）に向けて時間とともに低下させる。

インピーダンスコントローラ３４０ａは、ひとつの第１スロープ電圧源３４２を含む。第１スロープ電圧源３４２は、時変電圧Ｖ_ＳＳＯに必要な時定数（遷移時間）Ｔ_ＳＳＯの１／Ｎの周期を有するスロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを繰り返し生成する。選択された可変インピーダンス要素Ｒｖのインピーダンスは、このスロープ電圧Ｖ_ＳＬＰに応じて制御される。

これにより、第１スロープ電圧源３４２に要求される時定数は、図７の第１スロープ電圧源３３４の時定数の１／Ｎで足りるため、第１スロープ電圧源３４２の構成部品を半導体チップに集積化することが可能となる。

図８（ｂ）は、第３構成例に係る時変電圧生成回路３２４ｂの回路図である。可変インピーダンス回路３３２ａは、第１ノードＮ１と接地ライン３１２の間に並列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎと、複数の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎのインピーダンスを制御するインピーダンスコントローラ３４０ｂを備える。

各可変インピーダンス要素Ｒｖは、そのインピーダンスが独立して、所定の最小値Ｒ_ＭＩＮ（非ゼロ）と所定の最大値Ｒ_ＭＡＸ（実質的に無限大）の間で、制御信号に応じて可変に構成されている。インピーダンスコントローラ３４０ａは、複数Ｎ個の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎを順に選択し、選択された可変インピーダンス要素Ｒｖのインピーダンスを、最大値（無限大）から最小値に向けて時間とともに低下させる。この構成によっても、図８（ａ）の時変電圧生成回路３２４ａと同様の効果を得ることができる。

図９は、図８（ａ）の時変電圧生成回路３２４ａの一実施例の回路図である。
可変インピーダンス要素Ｒｖはそれぞれ、第２抵抗Ｒ２、第１トランジスタＭ１、第２トランジスタＭ２、第３トランジスタＭ３を含む。なお、Ｎ番目の可変インピーダンス要素Ｒｖについては、第３トランジスタＭ３を省略してもよい。

複数の可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎの第２抵抗Ｒ２_１〜Ｒ２_Ｎは直列に接続される。第２トランジスタＭ２_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）および第１トランジスタＭ１_ｉは、対応する第２抵抗Ｒ２_ｉの高電位側の一端と接地ラインの間に直列に設けられる。また第３トランジスタＭ３_ｉは、対応する第２抵抗Ｒ２_ｉの高電位側の一端と接地ラインの間に設けられる。

インピーダンスコントローラ３４０ａは、第１スロープ電圧源３４２に加えて、カウンタ３４４、オシレータ３４６を含む。第１スロープ電圧源３３４は、通電保護信号Ｓ１１がアサートされると動作を開始し、時間とともに増大する第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを周期的に繰り返し発生する。第１スロープ電圧源３４２は、図７（ｂ）の第１スロープ電圧源３３４と同様に構成できる。

オシレータ３４６は、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰの周期ごとにアサートされる周期信号Ｓ１３を生成する。第１スイッチＳＷ１のゲートには、周期信号Ｓ１３が入力され、所定の周期毎に第１スイッチＳＷ１がターンオンし、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰがゼロリセットされる。

カウンタ３４４は、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰの周期ごとにアサートされる周期信号Ｓ１４を受け、ＮビットのサーモメータコードＴＣを生成する。このサーモメータコードＴＣの各ビットが、制御信号Ｓ３_１〜Ｓ３_Ｎとなる。

インピーダンスコントローラ３４０ａは、サーモメータコードＴＣに応じたひとつの可変インピーダンス要素Ｒｖを選択し、選択された可変インピーダンス要素Ｒｖのインピーダンスを第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰに応じて制御し、サーモメータコードＴＣに応じて既に選択された可変インピーダンス要素Ｒｖのインピーダンスを、最小値で固定する。具体的には、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰは、複数の可変インピーダンス要素Ｒｖそれぞれの第１トランジスタＭ１の制御端子に出力される。サーモメータコードＴＣの第ｉビット（１≦ｉ≦Ｎ）Ｓ３_ｉに応じて、ｉ番目の可変インピーダンス要素Ｒｖ_ｉの第２トランジスタＭ２_ｉおよび（ｉ−１）番目の可変インピーダンス要素Ｒｖ_ｉ−１の第３トランジスタＭ３_ｉ−１が制御される。

なお、オシレータ３４６を省略し、第１スロープ電圧源３４２を自走式のオシレータとしてもよい。この場合、第１スロープ電圧源３４２に、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを所定のピーク電圧と比較するコンパレータを追加し、このコンパレータの出力に応じて、第１スイッチＳＷ１を制御すればよい。またこのコンパレータの出力を利用してカウンタ３４４を動作させることができる。

図１０は、図９の時変電圧生成回路３２４ａの動作波形図である。このように図９の時変電圧生成回路３２４ａによれば、周期Ｔ_ＳＳＯ／Ｎのスロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを繰り返し利用することにより、長い時定数Ｔ_ＳＳＯを実現できる。

図１１は、図８（ｂ）の時変電圧生成回路３２４ｂの一実施例の回路図である。
可変インピーダンス要素Ｒｖ_１〜Ｒｖ_Ｎは同様に構成される。ｉ番目の可変インピーダンス要素Ｒｖ_ｉに関して、第２抵抗Ｒ２_ｉ、第２トランジスタＭ２_ｉ、第１トランジスタＭ１_ｉは、第１ノードＮ１と接地ライン３１２の間に直列に接続される。第３トランジスタＭ３_ｉは、第２抵抗Ｒ２_ｉ、第２トランジスタＭ２_ｉ、第１トランジスタＭ１_ｉの両端間に並列に設けられる。Ｎ番目の可変インピーダンス要素Ｒｖ_Ｎに関して、第３トランジスタＭ３_Ｎは省略してもよい。

インピーダンスコントローラ３４０ｂは、図９のインピーダンスコントローラ３４０ａと同様に構成することができる。インピーダンスコントローラ３４０ｂは、サーモメータコードＴＣに応じたひとつの可変インピーダンス要素Ｒｖを選択し、選択された可変インピーダンス要素Ｒｖのインピーダンスを第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰに応じて制御し、サーモメータコードＴＣに応じて既に選択された可変インピーダンス要素Ｒｖのインピーダンスを最小値で固定する。

具体的には各可変インピーダンス要素Ｒｖの第１トランジスタＭ１の制御端子には、第１スロープ電圧Ｖ_ＳＬＰが入力される。またサーモメータコードＴＣの第ｉビット（１≦ｉ≦Ｎ）Ｓ３_ｉに応じて、ｉ番目の可変インピーダンス要素Ｒｖ_ｉの第２トランジスタＭ２_ｉおよび（ｉ−１）番目の可変インピーダンス要素Ｒｖ_ｉ−１の第３トランジスタＭ３_ｉ−１が制御される。

この構成によっても、周期Ｔ_ＳＳＯ／Ｎのスロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを繰り返し利用することにより、長い時定数Ｔ_ＳＳＯを実現できる。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、第４構成例に係る時変電圧生成回路３２４ｃの回路図である。
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、時変電圧生成回路３２４ｃは、第３抵抗Ｒ３およびスロープ電流源３５０を含む。第３抵抗Ｒ３の一端の電位は固定される。スロープ電流源３５０は、第３抵抗Ｒ３と接続され、通電保護信号Ｓ１１がアサートされると、時間とともに変化するスロープ電流Ｉ_ＳＬＰを生成する。図１２（ａ）では、スロープ電流Ｉ_ＳＬＰを最大値からゼロに向かって時間とともに減少させることで、時変電圧Ｖ_ＳＳＯを生成できる。図１２（ｂ）では、スロープ電流Ｉ_ＳＬＰをゼロから最大値に向かって時間とともに増大させることで時変電圧Ｖ_ＳＳＯを生成できる。

図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の時変電圧生成回路３２４ｃの一実施例の回路図である。スロープ電流源３５０は、差動トランジスタ対３５２、テイル電流源３５４、第１バイアス回路３５６、第２バイアス回路３５８を含む。差動トランジスタ対３５２は、第４トランジスタＱ４および第５トランジスタＱ５を含む。テイル電流源３５４は、差動トランジスタ対３５２と接続される。第１バイアス回路３５６は、第４トランジスタＱ４の制御端子に所定の第１バイアス電圧Ｖｂ１を供給する。第２バイアス回路３５８は、通電保護信号Ｓ１１のアサートを契機として、第１バイアス電圧Ｖｂ１と同じ電圧レベルから時間とともに変化する第２バイアス電圧Ｖｂ２を生成し、第５トランジスタＱ５の制御端子に供給する。スロープ電流源３５０は、第５トランジスタＱ５に流れる電流に応じてスロープ電流Ｉ_ＳＬＰを生成する。トランジスタＱ４，Ｑ５は、バイポーラトランジスタであってもよい。たとえばスロープ電流源３５０には、電流Ｉ_Ｑ５を反転し、所定係数倍してスロープ電流Ｉ_ＳＬＰを生成するカレントミラー回路３５１が設けられる。

第１バイアス回路３５６は、所定の第２電圧Ｖ_ＲＥＧが供給される第２電圧ライン３５７と第４トランジスタＱ４の制御端子の間に設けられた第４抵抗Ｒ４と、第４トランジスタＱ４の制御端子と接地ライン３１２の間に設けられた第５抵抗Ｒ５と、を含む。

第２バイアス回路３５８は、第２電圧ライン３５７と第５トランジスタＱ５の制御端子の間に設けられた第６抵抗Ｒ６と、第５トランジスタＱ５の制御端子と接地ライン３１２の間に設けられた可変インピーダンス回路３６０を含む。可変インピーダンス回路３６０は、通電保護信号Ｓ１１のアサートを契機として、そのインピーダンスが、初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴに対応する初期インピーダンスＲ７からゼロに向かって時間とともに小さくなる。可変インピーダンス回路３６０は、上述の可変インピーダンス回路３３２と同様に構成することができる。

図１２（ｃ）の時変電圧生成回路３２４ｃの動作を説明する。Ｒ４＝Ｒ６、Ｒ５＝Ｒ７とする。通電保護信号Ｓ１１がアサートされる前は、Ｖｂ１＝Ｖｂ２であり、Ｉ_Ｑ５＝Ｉ_ｔ／２である。通電保護信号Ｓ１１がアサートされると、可変インピーダンス回路３６０のインピーダンスが低下し、第２バイアス電圧Ｖｂ２が低下し、電流Ｉ_Ｑ５およびスロープ電流Ｉ_ＳＬＰが減少する。かくして時間とともに低下する時変電圧Ｖ_ＳＳＯが生成される。

図１３（ａ）は、第５構成例に係る時変電圧生成回路３２４ｄの回路図である。スロープ電流源３５０ｄは、複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変電流源ＣＳｖ_１〜ＣＳｖ_Ｎと、複数Ｎ個の可変電流源ＣＳｖ_１〜ＣＳｖ_Ｎを制御する電流コントローラ３６２を含む。各可変電流源ＣＳｖは、その出力電流が所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている。電流コントローラ３６２は、複数Ｎ個の可変電流源ＣＳｖ_１〜ＣＳｖ_Ｎを順に選択し、選択された可変電流源の出力電流を、最大値と最小値の間で時間とともに変化させる。スロープ電流源３５０ｄは、複数Ｎ個の可変電流源ＣＳｖ_１〜ＣＳｖ_Ｎの出力電流の合計を出力する。

電流コントローラ３６２は、ひとつのスロープ電圧源３６４を含む。スロープ電圧源３６４は、時変電圧Ｖ_ＳＳＯに必要な時定数（遷移時間）Ｔ_ＳＳＯの１／Ｎの周期を有するスロープ電圧Ｖ_ＳＬＰを繰り返し生成する。選択された可変電流源ＣＳｖの出力電流は、このスロープ電圧Ｖ_ＳＬＰに応じて制御される。

これにより、スロープ電圧源３６４に要求される時定数は、Ｔ_ＳＳＯの１／Ｎで足りるため、スロープ電圧源３６４の構成部品を半導体チップに集積化することが可能となる。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の時変電圧生成回路３２４ｄの一実施例の回路図である。カレントミラー回路３５１は、複数の可変電流源ＣＳｖの出力電流の合計電流を折り返し、第３抵抗Ｒ３に出力する。各可変電流源ＣＳｖは、差動トランジスタ対３５２、テイル電流源３５４、第１バイアス回路（不図示）、可変インピーダンス要素Ｒｖを含む。可変インピーダンス要素Ｒｖは、第７抵抗Ｒ７、第１トランジスタＭ１〜第３トランジスタＭ３を含む。可変インピーダンス要素Ｒｖの構成は、図９の可変インピーダンス要素Ｒｖと同様である。

電流コントローラ３６２は、図９のインピーダンスコントローラ３４０ａと同様に構成され、第１トランジスタＭ１〜第３トランジスタＭ３は、図９と同様に制御される。

図１４は、第６構成例に係る時変電圧生成回路３２４ｅの回路図である。スロープ電流源３５０ｅは、カレントミラー回路３５１と可変電流源ＣＳｖを含む。可変電流源ＣＳｖは、第６トランジスタＱ６、可変インピーダンス回路３６６を含む。第６トランジスタＱ６のベース（ゲート）には所定電圧Ｖａが入力される。可変インピーダンス回路３６６は、第６トランジスタＱ６のエミッタ（ソース）と接地ライン３１２の間に設けられる。可変インピーダンス回路３６６は、通電保護信号Ｓ１１のアサートを契機として、そのインピーダンスが、初期電圧Ｖ_ＩＮＩＴに対応する初期インピーダンスから時間とともに変化する。スロープ電流源３５０ｅは、第６トランジスタＱ６に流れる電流Ｉ_Ｑ６に応じて、スロープ電流Ｉ_ＳＬＰを生成する。可変インピーダンス回路３６６は、上述の可変インピーダンス回路３３２あるいはその変形例と同様に構成すればよい。

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）
図１５（ａ）は、第１変形例に係るイグナイタ２００の一部の回路図である。この変形例では、ゲートドライバ３０８のローサイドトランジスタＭＬが、アンプ３２６の出力トランジスタ３３０と兼用される。

（第２変形例）
図１５（ｂ）は、第２変形例に係るイグナイタ２００の一部の回路図である。この変形例では、アンプ３２６は、電圧コンパレータ３２８に代えて誤差増幅器３２９を含む。誤差増幅器３２９は、検出電圧Ｖ_ＣＳと時変電圧Ｖ_ＳＳＯの誤差に応じて出力トランジスタ３３０の制御端子の電圧を調節する。

（第３変形例）
図１５（ｃ）は、第３変形例に係るイグナイタ２００の一部の回路図である。この変形例では、ソフトシャットオフ回路３２０とは別に、過電流保護回路３２１をさらに備える。アンプ３２６は、通電保護信号Ｓ１１がアサートされる前は非動作状態であり、通電保護信号Ｓ１１がアサートされた後に動作状態となってスイッチ素子２０２の制御端子の電圧を変化させる。

（第４変形例）
実施の形態では、電流センス抵抗Ｒ_ＣＳによりコイル電流Ｉ_Ｃを検出したが、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、スイッチ素子２０２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、スイッチ素子２０２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。

なお、図８（ａ）、（ｂ）、図９、図１１、図１２（ａ）〜（ｃ）、図１３（ａ）、（ｂ）、図１４の時変電圧生成回路３２４の用途は、イグナイタ２００には限定されず、その他の用途にも利用しうる。

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、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…判定コンパレータ、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、３１２…接地ライン、３１３…第１電圧ライン、３２０…ソフトシャットオフ回路、３２２…タイマー回路、３２４…時変電圧生成回路、３２６…アンプ、３２８…電圧コンパレータ、３２９…誤差増幅器、３３０…出力トランジスタ、Ｎ１…第１ノード、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、３３２…可変インピーダンス回路、３３４…第１スロープ電圧源、Ｃ１…第１キャパシタ、ＳＷ１…第１スイッチ、ＣＳ１…第１電流源、３３６…カウンタ、３３８…デジタルコンパレータ、３４０…インピーダンスコントローラ、３４２…第１スロープ電圧源、３４４…カウンタ、３４６…オシレータ、Ｒｖ…可変インピーダンス要素、Ｍ１…第１トランジスタ、Ｍ２…第２トランジスタ、Ｍ３…第３トランジスタ、Ｒ３…第３抵抗、３５０…スロープ電流源、３５１…カレントミラー回路、３５２…差動トランジスタ対、３５４…テイル電流源、３５６…第１バイアス回路、３５７…第２電圧ライン、３５８…第２バイアス回路、３６０…可変インピーダンス回路、３６２…電流コントローラ、３６４…スロープ電圧源、３６６…可変インピーダンス回路、Ｒ４…第４抵抗、Ｒ５…第５抵抗、Ｒ６…第６抵抗、Ｒ７…第７抵抗、Ｑ４…第４トランジスタ、Ｑ５…第５トランジスタ、Ｑ６…第６トランジスタ、ＣＳｖ…可変電流源、Ｓ１１…通電保護信号、Ｓ１２…設定値。

Claims (26)

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、
   前記スイッチ制御装置は、
   前記点火信号に応じた電圧を所定の基準電圧と比較し、判定信号を生成する判定ステージと、
   前記判定信号に応じて前記スイッチ素子のオン、オフを制御する駆動ステージと、
   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状態が、所定の通電保護時間にわたり持続すると、通電保護信号をアサートするタイマー回路と、
   前記通電保護信号のアサートを契機として、初期電圧から時間とともに低下する時変電圧を生成する時変電圧生成回路と、
   前記スイッチ素子に流れるコイル電流に応じた検出電圧が前記時変電圧に近づくように、前記スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させるアンプと、
   を含むことを特徴とするイグナイタ。
2. 前記アンプは、前記スイッチ素子の前記制御端子から電流をシンクするように構成されることを特徴とする請求項１に記載のイグナイタ。
3. 前記アンプは、前記検出電圧が前記時変電圧より高いときに、前記検出電圧が前記時変電圧に近づくように、前記スイッチ素子の前記制御端子の電圧を変化させる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. 前記アンプは、
   前記スイッチ素子の前記制御端子と接地ラインの間に設けられた出力トランジスタと、
   前記検出電圧と前記時変電圧を比較し、前記検出電圧が前記時変電圧を超えると前記出力トランジスタをオンする電圧コンパレータと、
   を含む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. 前記アンプは、
   前記スイッチ素子の前記制御端子と接地ラインの間に設けられた出力トランジスタと、
   前記検出電圧と前記時変電圧の誤差に応じて前記出力トランジスタの制御端子の電圧を調節する誤差増幅器と、
   を含む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。
6. 前記時変電圧生成回路は、
   前記時変電圧が発生する第１ノードと、
   所定の第１電圧レベルにレギュレートされた第１電圧ラインと前記第１ノードの間に設けられた第１抵抗と、
   前記第１ノードと接地ラインの間に設けられた可変インピーダンス回路であって、前記通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、前記初期電圧に対応する初期インピーダンスから時間とともに小さくなる可変インピーダンス回路と、
   を含む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. 前記時変電圧生成回路は、
   前記時変電圧が発生する第１ノードと、
   一端の電位が固定され、他端が前記第１ノードと接続された第３抵抗と、
   前記第３抵抗と接続され、前記通電保護信号のアサートを契機として、時間とともに変化するスロープ電流を生成するスロープ電流源と、
   を含む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。
8. 前記スロープ電流源は、
   第４トランジスタおよび第５トランジスタを含む差動トランジスタ対と、
   前記差動トランジスタ対と接続されるテイル電流源と、
   前記第４トランジスタの制御端子に所定の第１バイアス電圧を供給する第１バイアス回路と、
   前記通電保護信号のアサートを契機として、前記第１バイアス電圧と同じ電圧レベルから時間とともに変化する第２バイアス電圧を生成し、前記第５トランジスタの制御端子に供給する第２バイアス回路と、
   を含み、前記第５トランジスタに流れる電流に応じてスロープ電流を生成することを特徴とする請求項７に記載のイグナイタ。
9. 前記第１バイアス回路は、
   所定の第２電圧が供給される第２電圧ラインと前記第４トランジスタの制御端子の間に設けられた第４抵抗と、
   前記第４トランジスタの制御端子と接地ラインの間に設けられた第５抵抗と、
   を含み、
   前記第２バイアス回路は、
   前記第２電圧ラインと前記第５トランジスタの制御端子の間に設けられた第６抵抗と、
   前記第５トランジスタの制御端子と前記接地ラインの間に設けられ、前記通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、前記初期電圧に対応する初期インピーダンスからゼロに向かって時間とともに小さくなる可変インピーダンス回路と、
   を含むことを特徴とする請求項８に記載のイグナイタ。
10. 前記スロープ電流源は、
    複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変電流源であって、各可変電流源は、その出力電流が所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている、複数の可変電圧源と、
    前記複数Ｎ個の可変電流源を制御する電流コントローラであって、前記複数Ｎ個の可変電流源を順に選択し、選択された前記可変電流源の出力電流を、前記最大値と前記最小値の間で時間とともに変化させる電流コントローラと、
    を含み、
    前記スロープ電流源は、前記複数Ｎ個の可変電流源の出力電流の合計を出力することを特徴とする請求項７に記載のイグナイタ。
11. 前記電流コントローラは、
    前記通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに変化する第２スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第２スロープ電圧源と、
    前記第２スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Ｎビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、
    を含み、前記電流コントローラは、前記サーモメータコードに応じたひとつの可変電流源を選択し、選択された可変電流源の出力電流を前記第２スロープ電圧に応じて制御し、前記サーモメータコードに応じて既に選択された可変電流源の出力電流を、制御後の最終値で固定することを特徴とする請求項１０に記載のイグナイタ。
12. 各可変電流源は、
    第４トランジスタおよび第５トランジスタを含む差動トランジスタ対と、
    前記差動トランジスタ対と接続されるテイル電流源と、
    前記第４トランジスタの制御端子に所定の第１バイアス電圧を供給する第１バイアス回路と、
    前記第２スロープ電圧および前記サーモメータコードに応じて、前記第５トランジスタの制御端子に第２バイアス電圧を供給する第２バイアス回路と、
    を含み、前記第５トランジスタに流れる電流を出力することを特徴とする請求項１１に記載のイグナイタ。
13. 前記スロープ電流源は、
    そのベース／ゲートに所定電圧を受ける第６トランジスタと、
    前記第６トランジスタのエミッタ／ソースと接地ラインの間に設けられる可変インピーダンス回路であって、前記通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、前記初期電圧に対応する初期インピーダンスから時間とともに変化する可変インピーダンス回路と、
    を含み、前記第６トランジスタに流れる電流に応じて、前記スロープ電流を生成することを特徴とする請求項７に記載のイグナイタ。
14. 前記可変インピーダンス回路は、
    前記第１ノードと前記接地ラインの間に設けられた第２抵抗と、
    前記第２抵抗と並列に設けられた第１トランジスタと、
    前記通電保護信号のアサートを契機として時間とともに増大する第１スロープ電圧を生成し、前記第１トランジスタの制御端子に供給する第１スロープ電圧源と、
    を含むことを特徴とする請求項６または１３に記載のイグナイタ。
15. 前記第１スロープ電圧源は、
    第１キャパシタと、
    前記第１キャパシタに所定の電流を供給する第１電流源と、
    前記第１キャパシタと並列に設けられ、前記通電保護信号に応答してオン、オフが制御される第１スイッチと、
    を含み、前記第１キャパシタの電圧が前記第１スロープ電圧であることを特徴とする請求項１４に記載のイグナイタ。
16. 前記可変インピーダンス回路は、
    直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変インピーダンス要素であって、各可変インピーダンス要素は、そのインピーダンスが所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている、複数の可変インピーダンス要素と、
    前記複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を制御するインピーダンスコントローラであって、前記複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を順に選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最大値から前記最小値に向けて時間とともに変化させるインピーダンスコントローラと、
    を含むことを特徴とする請求項６または１３に記載のイグナイタ。
17. 前記インピーダンスコントローラは、
    前記通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに増大する第１スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第１スロープ電圧源と、
    前記第１スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Ｎビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、
    を含み、
    前記サーモメータコードに応じたひとつの前記可変インピーダンス要素を選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを前記第１スロープ電圧に応じて制御し、前記サーモメータコードに応じて既に選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最小値で固定することを特徴とする請求項１６に記載のイグナイタ。
18. 前記可変インピーダンス要素はそれぞれ、
    第２抵抗と、
    前記第２抵抗の高電位側の一端と前記接地ラインの間に直列に設けられた第１トランジスタおよび第２トランジスタと、
    前記第２抵抗の高電位側の一端と前記接地ラインの間に設けられた第３トランジスタと、
    を含み、
    前記インピーダンスコントローラは、前記第１スロープ電圧を前記複数の可変インピーダンス要素それぞれの前記第１トランジスタの制御端子に出力し、前記サーモメータコードの第ｉビット（１≦ｉ≦Ｎ）に応じて、ｉ番目の可変インピーダンス要素の前記第２トランジスタおよび（ｉ−１）番目の可変インピーダンス要素の前記第３トランジスタを制御することを特徴とする請求項１７に記載のイグナイタ。
19. 前記可変インピーダンス回路は、
    並列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の可変インピーダンス要素であって、各可変インピーダンス要素は、そのインピーダンスが所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている、複数の可変インピーダンス要素と、
    前記複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を制御するインピーダンスコントローラであって、前記複数Ｎ個の可変インピーダンス要素を順に選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最大値から前記最小値に向けて時間とともに変化させるインピーダンスコントローラと、
    を含むことを特徴とする請求項６または１３に記載のイグナイタ。
20. 前記インピーダンスコントローラは、
    前記通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに増大する第１スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第１スロープ電圧源と、
    前記第１スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Ｎビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、
    を含み、
    前記サーモメータコードに応じたひとつの前記可変インピーダンス要素を選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを前記第１スロープ電圧に応じて制御し、前記サーモメータコードに応じて既に選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最小値で固定することを特徴とする請求項１９に記載のイグナイタ。
21. 前記可変インピーダンス要素はそれぞれ、
    前記第１ノードと前記接地ラインの間に直列に接続された第２抵抗、第１トランジスタおよび第２トランジスタと、
    前記第２抵抗、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタの両端間に設けられた第３トランジスタと、
    を含み、
    前記インピーダンスコントローラは、前記第１スロープ電圧を前記複数の可変インピーダンス要素それぞれの前記第１トランジスタの制御端子に出力し、前記サーモメータコードの第ｉビット（１≦ｉ≦Ｎ）に応じて、ｉ番目の可変インピーダンス要素の前記第２トランジスタおよび（ｉ−１）番目の可変インピーダンス要素の前記第３トランジスタを制御することを特徴とする請求項２０に記載のイグナイタ。
22. 前記アンプは、前記コイル電流がカレントリミットを超えないように前記スイッチ素子の前記制御端子の電圧を変化させる過電流保護回路を兼ねており、前記初期電圧は、前記カレントリミットに応じて定められることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載のイグナイタ。
23. 前記アンプは、前記通電保護信号がアサートされる前は非動作状態であり、前記通電保護信号がアサートされた後に、前記スイッチ素子の前記制御端子の電圧を変化させる動作状態となることを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載のイグナイタ。
24. 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２３のいずれかに記載のイグナイタ。
25. 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２４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。
26. 点火プラグと接続されるイグニッションコイルの制御方法であって、
    ＥＣＵ（Engine Control Unit）が前記点火プラグの点火を指示する点火信号を生成するステップと、
    前記点火信号が伝送する入力ラインの電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成するステップと、
    前記判定信号に応じて、前記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のオン、オフを制御するステップと、
    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状態が、所定の通電保護時間にわたり持続すると、通電保護信号をアサートするステップと、
    前記通電保護信号のアサートを契機として、初期電圧から時間とともに低下する時変電圧を生成するステップと、
    前記スイッチ素子に流れるコイル電流に応じた検出電圧が前記時変電圧に近づくように、前記スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させるステップと、
    を備えることを特徴とする方法。

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