JP5900627B2 - イグナイタ、イグナイタの制御方法および内燃機関用点火装置 - Google Patents
イグナイタ、イグナイタの制御方法および内燃機関用点火装置 Download PDFInfo
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Description
実施例1にかかる内燃機関用点火装置の構成について説明する。図1は、この発明の実施例1にかかる内燃機関用点火装置100の要部の回路構成を示す回路図である。図1には、内燃機関用点火装置100に搭載されるマルチチップイグナイタ201の要部回路図も示した。ここでは、IGBT部1を構成する素子としてメインIGBT3およびセンスIGBT4を挙げて説明するが、これらは共に絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であっても構わない。この場合、後述するp+コレクタ層およびコレクタ電極に代えて、n+ドレイン層(第6半導体層)およびドレイン(第3主電極)電極を設ければよい。また、マルチチップイグナイタ201はイグナイタ200の一種であり2つの半導体チップA1、A2で構成される。
次に、実施例2にかかる内燃機関用点火装置の構成について説明する。図8は、この発明の実施例2にかかる内燃機関用点火装置300の要部の構成を示す回路図である。図8には、内燃機関用点火装置300に搭載されるワンチップイグナイタ401の要部回路図も示す。
2 制御IC部
3 メインIGBT
3a コレクタ
3b,4b ゲート
3c,4c エミッタ
4 センスIGBT
4e p+引き抜き領域
5 GC間ツェナーダイオード
6 GE間ツェナーダイオード
7 ダイオード
8,10 抵抗
8a,11a 接続点
9 センスGE間ツェナーダイオード
11 ツェナーダイオード
40 p+コレクタ層
41 n+バッファ層
42 n-ドリフト層
43 pベース層
44 n+エミッタ層
45 ゲート絶縁膜
46 ゲート電極
47 エミッタ電極
48 コレクタ電極
49 層間絶縁膜
100,300 内燃機関用点火装置
200 イグナイタ
201 マルチチップイグナイタ
202 点火コイル
203 点火プラグ
401 ワンチップイグナイタ
A1,A2 半導体チップ
BM,B バッテリー端子
B1、C1 出力特性
B2,C2 動作軌跡
C,CM コレクタ端子
CBG コンデンサ
G,GND グランド端子
Ic コレクタ電流
Io コレクタ電流の過電流制限電流値
Ip コレクタ電流のピーク値
Isns センス電流
RB バッテリー抵抗
Rsns センス抵抗
SIN,S 制御端子
SNS センス端子
VCE コレクタ電圧
VGE ゲート電圧
VGEo 過電流制限電流値のコレクタ電流を流すゲート電圧特定値
Vsns センス電圧
Vsnso 飽和センス電圧
Claims (23)
- 主たる電流の通電または遮断を制御するメイン絶縁ゲート型トランジスタと、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタと同一の半導体基板に、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタに並列に配置され、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を検知するセンス絶縁ゲート型トランジスタと、
前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流値から前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を算出し、当該算出された前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値に応じて当該メイン絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧を制御することにより前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流を制御する制御回路と、
を備えるイグナイタの制御方法であって、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタに過電流が流れて当該過電流の値が所定の上限値に達する前に、前記制御回路によって、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流値から前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を算出して、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流が前記過電流の所定の上限値になるように前記ゲート電圧を低下させることを特徴とするイグナイタの制御方法。 - 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの前記過電流が所定の上限値に達する前に、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流を飽和させることを特徴とする請求項1に記載のイグナイタの制御方法。
- 主たる電流の通電または遮断を制御するメイン絶縁ゲート型トランジスタと、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタと同一の半導体基板に、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタに並列に配置され、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を検知するセンス絶縁ゲート型トランジスタと、
前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流値から前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を算出し、当該算出された前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値に応じて当該メイン絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧を制御することにより前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、当該制御回路から出力される前記ゲート電圧を減少させて前記メイン絶縁ゲート型トランジスタに流れる過電流を制限し、
前記制御回路によって前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流が前記過電流の所定の上限値になるときの前記ゲート電圧の電圧値に前記ゲート電圧が減少された時点において、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流が飽和領域にあることを特徴とするイグナイタ。 - 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタと前記センス絶縁ゲート型トランジスタとの間隔は、100μm以上700μm以下であることを特徴とする請求項3に記載のイグナイタ。
- 前記センス絶縁ゲート型トランジスタの周囲は、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタから前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流入するキャリアを引き抜くキャリア引き抜き層で矩形状に囲まれていることを特徴とする請求項3に記載のイグナイタ。
- 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の第1主面側の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第3半導体層と、
前記第2半導体層の、前記第3半導体層と前記第1半導体層とに挟まれた部分の表面上に第1ゲート絶縁膜を介して設けられた第1ゲート電極と、
前記第2半導体層および前記第3半導体層に電気的に接続された第1主電極と、を有するメイン絶縁ゲート型トランジスタと、
前記第1半導体層の第1主面側の表面層に、前記第2半導体層と離して選択的に設けられた第2導電型の第4半導体層と、
前記第4半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第5半導体層と、
前記第4半導体層の、前記第5半導体層と前記第1半導体層とに挟まれた部分の表面上に第2ゲート絶縁膜を介して設けられた第2ゲート電極と、
前記第1主電極、前記第4半導体層および前記第5半導体層に電気的に接続された第2主電極と、を有するセンス絶縁ゲート型トランジスタと、
前記第1半導体層の第1主面側の表面上に、
前記第2ゲート電極と前記第1主電極との間に接続されるサージ保護用のセンスツェナーダイオードと、
前記第1主電極と前記第2主電極との間に接続され、前記第2主電極の電位を前記第1主電極の電位よりも高くする非対称双方向ダイオードと、
を備え、
前記センスツェナーダイオードおよび前記非対称双方向ダイオードは、それぞれ、前記センス絶縁ゲート型トランジスタの、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタに対向していない部分に対向するように配置されていることを特徴とするイグナイタ。 - 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタおよび前記センス絶縁ゲート型トランジスタは、前記第1主電極と前記第2主電極とが前記非対称双方向ダイオードの電極を介して接続されるように配置されていることを特徴とする請求項6に記載のイグナイタ。
- 前記センスツェナーダイオードの平面上の面積は、前記非対称双方向ダイオードの平面上の面積よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載のイグナイタ。
- 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の第1主面側の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第3半導体層と、
前記第2半導体層の、前記第3半導体層と前記第1半導体層とに挟まれた部分の表面上に第1ゲート絶縁膜を介して設けられた第1ゲート電極と、
前記第2半導体層および前記第3半導体層に電気的に接続された第1主電極と、を有するメイン絶縁ゲート型トランジスタと、
前記第1半導体層の第1主面側の表面層に、前記第2半導体層と離して選択的に設けられた第2導電型の第4半導体層と、
前記第4半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第5半導体層と、
前記第4半導体層の、前記第5半導体層と前記第1半導体層とに挟まれた部分の表面上に第2ゲート絶縁膜を介して設けられた第2ゲート電極と、
前記第1主電極、前記第4半導体層および前記第5半導体層に電気的に接続された第2主電極と、を有するセンス絶縁ゲート型トランジスタと、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧を減少させて前記メイン絶縁ゲート型トランジスタに流れる過電流を制限する制御回路と、
を備え、
前記制御回路によって前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流が前記過電流の所定の上限値になるときの前記ゲート電圧の電圧値に前記ゲート電圧が減少された時点において、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流が飽和領域にあることを特徴とするイグナイタ。 - 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の第1主面側の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第3半導体層と、
前記第2半導体層の、前記第3半導体層と前記第1半導体層とに挟まれた部分の表面上に第1ゲート絶縁膜を介して設けられた第1ゲート電極と、
前記第2半導体層および前記第3半導体層に電気的に接続された第1主電極と、を有するメイン絶縁ゲート型トランジスタと、
前記第1半導体層の第1主面側の表面層に、前記第2半導体層と離して選択的に設けられた第2導電型の第4半導体層と、
前記第4半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第5半導体層と、
前記第4半導体層の、前記第5半導体層と前記第1半導体層とに挟まれた部分の表面上に第2ゲート絶縁膜を介して設けられた第2ゲート電極と、
前記第1主電極、前記第4半導体層および前記第5半導体層に電気的に接続された第2主電極と、を有するセンス絶縁ゲート型トランジスタと、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタに過電流が流れて当該過電流の値が所定の上限値に達する前に、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流値から前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を算出して、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流が前記過電流の所定の上限値になるように前記メイン絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧を低下させる制御回路と、
を備えることを特徴とするイグナイタ。 - 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタと前記センス絶縁ゲート型トランジスタのと間の距離は、100μm以上700μm以下であることを特徴とする請求項6〜10のいずれか一つに記載のイグナイタ。
- 前記距離は、100μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項11に記載のイグナイタ。
- 前記センス絶縁ゲート型トランジスタの周囲は、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタから前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流入するキャリアを引き抜くキャリア引き抜き層で矩形状に囲まれていることを特徴とする請求項6〜12のいずれか一つに記載のイグナイタ。
- 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタは、前記センス絶縁ゲート型トランジスタの周囲の一部を囲むように当該センス絶縁ゲート型トランジスタに対向する隣り合う2辺からなるL字状部分または隣り合う3辺からなる凹状部分をもつ多角形状の平面形状を有することを特徴とする請求項6〜13のいずれか一つに記載のイグナイタ。
- 少なくとも前記メイン絶縁ゲート型トランジスタおよび前記センス絶縁ゲート型トランジスタが形成される第1半導体チップと、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタおよび前記センス絶縁ゲート型トランジスタを制御する制御回路が形成される第2半導体チップと、で構成されるマルチチップイグナイタであることを特徴とする請求項6〜14のいずれか一つに記載のイグナイタ。 - 少なくとも前記メイン絶縁ゲート型トランジスタと、前記センス絶縁ゲート型トランジスタと、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタおよび前記センス絶縁ゲート型トランジスタを制御する制御回路とを同一の半導体チップに形成したワンチップイグナイタであることを特徴とする請求項6〜14のいずれか一つに記載のイグナイタ。
- 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタおよび前記センス絶縁ゲート型トランジスタは、
前記第1半導体層の第2主面側に設けられた第2導電型の第6半導体層と、
前記第6半導体層に電気的に接続された第3主電極を備えた絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項6〜16のいずれか一つに記載のイグナイタ。 - 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタおよび前記センス絶縁ゲート型トランジスタは、
前記第1半導体層の第2主面側に設けられた第1導電型の第6半導体層と、
前記第6半導体層に電気的に接続された第3主電極を備えた絶縁ゲート型電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項6〜16のいずれか一つに記載のイグナイタ。 - 前記メイン絶縁ゲート型トランジスタは、プレーナ型ゲート構造、または、前記第3半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチの内部に前記第1ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極が設けられたトレンチゲート構造であることを特徴とする請求項6〜18のいずれか一つに記載のイグナイタ。
- 前記センス絶縁ゲート型トランジスタは、プレーナ型ゲート構造、または、前記第5半導体層および前記第4半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチの内部に第2ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極が設けられたトレンチゲート構造であることを特徴とする請求項6〜19のいずれか一つに記載のイグナイタ。
- 請求項3〜20のいずれか一つに記載のイグナイタを搭載することを特徴とする内燃機関用点火装置。
- 主たる電流の通電または遮断を制御するメイン絶縁ゲート型トランジスタと、
前記メイン絶縁ゲート型トランジスタと同一の半導体基板に、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタに並列に配置され、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を検知するセンス絶縁ゲート型トランジスタと、
前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流値から前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を算出し、当該算出された前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値に応じて当該メイン絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧を制御することにより前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流を制御する制御回路と、を備えたイグナイタを搭載し、
前記イグナイタを制御して、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタに過電流が流れて当該過電流の値が所定の上限値に達する前に、前記制御回路によって、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流値から前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流値を算出して、当該メイン絶縁ゲート型トランジスタの電流が前記過電流の所定の上限値になるように前記ゲート電圧を低下させることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 前記イグナイタを制御して、前記メイン絶縁ゲート型トランジスタの前記過電流が所定の上限値に達する前に、前記センス絶縁ゲート型トランジスタに流れるセンス電流を飽和させることを特徴とする請求項22に記載の内燃機関用点火装置。
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