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技術 イグナイタ用半導体装置、イグナイタシステム及び点火コイルユニット

出願人 富士電機株式会社
発明者 石井憲一
出願日 2015年3月20日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2015-057023
公開日 2016年10月6日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2016-176401
状態 特許登録済
技術分野 変成器又はリアクトル一般 内燃機関の点火装置
主要キーワード サージ対策 サージ保護 過熱検出回路 抵抗分圧器 点火コイルユニット 制御回路用 過熱保護回路 シリーズ抵抗
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図面 (9)

課題

入力端子に入力されるオン信号電圧電圧降下や、サージ電圧の影響を受け難く、スッチング素子が確実に動作して、点火不良を防止できる、イグナイタ用半導体装置及びイグナイタシステムを提供する。

解決手段

イグナイタ用半導体装置は、外部端子として、少なくとも、入力端子2と、点火コイル導電接続される出力端子3と、接地端子4と、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子1とを有し、前記点火コイルに流れる電流を制御するためのスイッチング素子5と、前記電源端子1を経由して電源供給され、前記入端子から入力される信号に基づき、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路7と、を備える。

概要

背景

内燃機関点火装置として、半導体装置によって点火コイルの一次側に流れる電流オンオフし、電磁誘導によって点火コイルの二次側に発生した高電圧により、点火プラグスパークさせるイグナイタシステムが利用されている。イグナイタシステムには、電気制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)内に点火コイルとイグナイタ用半導体装置を配置し機械的な機構で各気筒の点火プラグに配電するディストリビュータ方式と、点火プラグごとに点火コイルとイグナイタ用半導体装置を配置し気筒ごとに点火時期を調整する個別点火方式がある。個別点火方式を採用すると、イグナイタ用半導体装置は、温度ストレス電気的ストレス振動による機械的ストレスなどの厳しい環境に晒されることから、耐熱性信頼性の点でディストリビュータ方式よりも優れたものが求められている。

従来は、過熱過電流、異常電流(サージ電流)から保護するために、スイッチング素子を搭載したチップと、保護回路を搭載したチップとを組み合わせた、ハイブリット型のイグナイタ用半導体装置が使用されていたが、最近では、スイッチング素子と保護回路とを同一のチップ上に配置し小型化したものが使用されている。

例えば、下記の特許文献1には、過熱保護回路過電流保護回路を同一のチップ上に配置したイグナイタ用半導体装置(ワンチップイグナイタ)が開示されている。

以下、従来のワンチップイグナイタについて、図面を用いて説明する。

図7には、イグナイタ用半導体装置103の回路構成が示されている。イグナイタ用半導体装置103は、外部接続可能な、入力端子2、出力端子3、接地端子4を有し、ワンチップ上に搭載された、スイッチング素子5、過熱検出回路8、過電流検出回路9、プルダウンNMOS10、11、センス抵抗12、コレクタゲートツェナーダイオードCGZD)13、サージ保護ツェナーダイオード14、波形整形回路15、保護ダイオードD1、プルダウン抵抗R1、を備える。ここでは、スイッチング素子5を、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とする。

入力端子2は、スイッチング素子5のゲート電極に接続されている。出力端子3は、スイッチング素子5のコレクタ電極に接続されている。また、接地端子4は、スイッチング素子5のエミッタ電極に接続されている。入力端子2に入力される電圧がスイッチング素子5の閾値電圧よりも高い時はスイッチング素子5がターンオンして出力端子3と接地端子4との間に電流が流れ、閾値電圧よりも低い時はスイッチング素子5がターンオフして出力端子3と接地端子4との間に電流が流れない。

入力端子2とスイッチング素子5のゲート電極を繋ぐ信号線には過熱検出回路8及び過電流検出回路9が接続されており、オン信号は、スイッチング素子5をオンするための信号であると同時に、過熱検出回路8と過電流検出回路9に電源供給する電源にもなっている。

図8には、イグナイタ用半導体装置103を用いたイグナイタシステム1003の回路構成が示されている。イグナイタシステムは、電気制御ユニット203と、点火コイルユニット303と、点火プラグ40とから構成されている。

電気制御ユニット203は、安定化電源回路50と信号制御回路20とを備えている。安定化電源回路50は、バッテリー60のバッテリー電圧VBATから制御回路用電源電圧VCCを作り、信号制御回路20に電源供給することができる。信号制御回路20は、PMOS21とNMOS22とシリーズ抵抗23とによって構成されるインバータ回路を有し、電源電圧VCCを電源として、配線L2を介して接続されているイグナイタ用半導体装置103を制御することができる。

点火コイルユニット303は、イグナイタ用半導体装置103と、点火コイル31と、ダイオード32とを備える。点火コイル31の一次側の正極端子は、バッテリー60に接続されている。点火コイル31の一次側の負極端子は、配線L3を介してイグナイタ用半導体装置103の出力端子3に接続されている。点火コイル31の二次側の正極端子は、バッテリー60に接続されている。点火コイル31の二次側の負極端子はダイオード32を介して点火プラグ40に接続されている。

オン信号が信号制御回路20から配線L2を介して入力端子2へ送られると、イグナイタ用半導体装置103がオンし、点火コイル31の一次側に電流が流れる。次いで信号制御回路20から配線L2を介して入力端子2へオフ信号が送られると、イグナイタ用半導体装置103がオフし、点火コイル31の一次側の電流が遮断され、点火コイル31の二次側に電磁誘導によって高電圧が発生し、ダイオード32が降伏して点火プラグ40に高電圧が印加され、点火プラグ40がスパークする。

概要

入力端子に入力されるオン信号電圧の電圧降下や、サージ電圧の影響を受け難く、スッチング素子が確実に動作して、点火不良を防止できる、イグナイタ用半導体装置及びイグナイタシステムを提供する。 イグナイタ用半導体装置は、外部端子として、少なくとも、入力端子2と、点火コイルに導電接続される出力端子3と、接地端子4と、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子1とを有し、前記点火コイルに流れる電流を制御するためのスイッチング素子5と、前記電源端子1を経由して電源供給され、前記入端子から入力される信号に基づき、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路7と、を備える。

目的

本発明の目的は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源から電源供給し、スッチング素子が安定動作して確実に点火させる、イグナイタ用半導体装置、該イグナイタ用半導体装置を備えるイグナイタシステム、及び該イグナイタ用半導体装置を備える点火コイルユニットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

外部端子として、少なくとも、入力端子と、点火コイル導電接続される出力端子と、接地端子と、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子とを有し、前記点火コイルに流れる電流を制御するためのスイッチング素子と、前記電源端子を経由して電源供給され、前記入端子から入力される信号に基づき、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、を備えることを特徴とするイグナイタ用半導体装置。

請求項2

前記スイッチング素子と、前記ドライブ回路とが同一のチップ上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のイグナイタ用半導体装置。

請求項3

前記安定化電源供給配線は、電気制御ユニットの安定化電源供給配線であることを特徴とする請求項1又は2に記載のイグナイタ用半導体装置。

請求項4

前記チップ上に配置され、入力側が前記電源端子に接続され、出力側が前記ドライブ回路に接続された電源回路を備えている請求項1〜3のいずれか一項に記載のイグナイタ用半導体装置。

請求項5

前記チップ上に配置され、前記電源回路の出力部に接続され、前記スイッチング素子又は前記点火コイルを保護するための保護回路を備えている請求項4に記載のイグナイタ用半導体装置。

請求項6

前記ドライブ回路から電源供給されて動作し、前記スイッチング素子又は前記点火コイルを保護するための保護回路が、前記チップ上に配置されている請求項4に記載のイグナイタ用半導体装置。

請求項7

請求項1〜6のいずれか一項に記載されたイグナイタ用半導体装置を電気制御ユニットに内蔵するイグナイタシステム

請求項8

請求項1〜6のいずれか一項に記載されたイグナイタ用半導体装置を、前記点火コイルを備えた点火コイルユニットに内蔵するイグナイタシステム。

請求項9

請求項8に記載のイグナイタシステムの前記点火コイルユニットにおいて、回路基板と、入力側が前記点火コイルユニット外部の電源配線に導電接続され、出力側が安定化電源供給配線に導電接続され、かつ、前記回路基板に配置された安定化電源回路と、前記安定化電源供給配線に導電接続された前記イグナイタ用半導体装置と、前記回路基板、前記安定化電源回路、及び前記イグナイタ用半導体装置を封止する樹脂部材と、を備えることを特徴とする点火コイルユニット。

技術分野

0001

本発明は、点火コイルの一次側に接続され、一次側に流れる電流オンオフできるイグナイタ用半導体装置、該イグナイタ用半導体装置を備えるイグナイタシステム及び該イグナイタ用半導体装置を備える点火コイルユニットに関する。

背景技術

0002

内燃機関点火装置として、半導体装置によって点火コイルの一次側に流れる電流をオン・オフし、電磁誘導によって点火コイルの二次側に発生した高電圧により、点火プラグスパークさせるイグナイタシステムが利用されている。イグナイタシステムには、電気制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)内に点火コイルとイグナイタ用半導体装置を配置し機械的な機構で各気筒の点火プラグに配電するディストリビュータ方式と、点火プラグごとに点火コイルとイグナイタ用半導体装置を配置し気筒ごとに点火時期を調整する個別点火方式がある。個別点火方式を採用すると、イグナイタ用半導体装置は、温度ストレス電気的ストレス振動による機械的ストレスなどの厳しい環境に晒されることから、耐熱性信頼性の点でディストリビュータ方式よりも優れたものが求められている。

0003

従来は、過熱過電流、異常電流(サージ電流)から保護するために、スイッチング素子を搭載したチップと、保護回路を搭載したチップとを組み合わせた、ハイブリット型のイグナイタ用半導体装置が使用されていたが、最近では、スイッチング素子と保護回路とを同一のチップ上に配置し小型化したものが使用されている。

0004

例えば、下記の特許文献1には、過熱保護回路過電流保護回路を同一のチップ上に配置したイグナイタ用半導体装置(ワンチップイグナイタ)が開示されている。

0005

以下、従来のワンチップイグナイタについて、図面を用いて説明する。

0006

図7には、イグナイタ用半導体装置103の回路構成が示されている。イグナイタ用半導体装置103は、外部接続可能な、入力端子2、出力端子3、接地端子4を有し、ワンチップ上に搭載された、スイッチング素子5、過熱検出回路8、過電流検出回路9、プルダウンNMOS10、11、センス抵抗12、コレクタゲートツェナーダイオードCGZD)13、サージ保護ツェナーダイオード14、波形整形回路15、保護ダイオードD1、プルダウン抵抗R1、を備える。ここでは、スイッチング素子5を、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とする。

0007

入力端子2は、スイッチング素子5のゲート電極に接続されている。出力端子3は、スイッチング素子5のコレクタ電極に接続されている。また、接地端子4は、スイッチング素子5のエミッタ電極に接続されている。入力端子2に入力される電圧がスイッチング素子5の閾値電圧よりも高い時はスイッチング素子5がターンオンして出力端子3と接地端子4との間に電流が流れ、閾値電圧よりも低い時はスイッチング素子5がターンオフして出力端子3と接地端子4との間に電流が流れない。

0008

入力端子2とスイッチング素子5のゲート電極を繋ぐ信号線には過熱検出回路8及び過電流検出回路9が接続されており、オン信号は、スイッチング素子5をオンするための信号であると同時に、過熱検出回路8と過電流検出回路9に電源供給する電源にもなっている。

0009

図8には、イグナイタ用半導体装置103を用いたイグナイタシステム1003の回路構成が示されている。イグナイタシステムは、電気制御ユニット203と、点火コイルユニット303と、点火プラグ40とから構成されている。

0010

電気制御ユニット203は、安定化電源回路50と信号制御回路20とを備えている。安定化電源回路50は、バッテリー60のバッテリー電圧VBATから制御回路用電源電圧VCCを作り、信号制御回路20に電源供給することができる。信号制御回路20は、PMOS21とNMOS22とシリーズ抵抗23とによって構成されるインバータ回路を有し、電源電圧VCCを電源として、配線L2を介して接続されているイグナイタ用半導体装置103を制御することができる。

0011

点火コイルユニット303は、イグナイタ用半導体装置103と、点火コイル31と、ダイオード32とを備える。点火コイル31の一次側の正極端子は、バッテリー60に接続されている。点火コイル31の一次側の負極端子は、配線L3を介してイグナイタ用半導体装置103の出力端子3に接続されている。点火コイル31の二次側の正極端子は、バッテリー60に接続されている。点火コイル31の二次側の負極端子はダイオード32を介して点火プラグ40に接続されている。

0012

オン信号が信号制御回路20から配線L2を介して入力端子2へ送られると、イグナイタ用半導体装置103がオンし、点火コイル31の一次側に電流が流れる。次いで信号制御回路20から配線L2を介して入力端子2へオフ信号が送られると、イグナイタ用半導体装置103がオフし、点火コイル31の一次側の電流が遮断され、点火コイル31の二次側に電磁誘導によって高電圧が発生し、ダイオード32が降伏して点火プラグ40に高電圧が印加され、点火プラグ40がスパークする。

先行技術

0013

特開2012−207669号公報

発明が解決しようとする課題

0014

図7に示すように、従来のイグナイタ用半導体装置103では、入力端子2とスイッチング素子5のゲート電極との間にドライブ回路は設けられていない。一方、入力端子2にはプルダウン抵抗R1、過熱検出回路8、過電流検出回路9が接続されており、スイッチング素子5がオンしている間はオン信号電流が流れ続ける。オン信号電流が流れ続けることによって、オン信号電流の経路に配置されたPMOS21、シリーズ抵抗23、配線L2で電圧降下し、スイッチング素子5のゲート電圧が電源電圧VCCよりも低下してしまう。電源電圧VCCが外部の環境に影響されて大きく低下してしまった場合は、ゲート電圧が閾値電圧を下回ることになり、イグナイタ用半導体装置103がターンオンせずに点火不良となる可能性がある。

0015

よって、本発明の目的は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源から電源供給し、スッチング素子安定動作して確実に点火させる、イグナイタ用半導体装置、該イグナイタ用半導体装置を備えるイグナイタシステム、及び該イグナイタ用半導体装置を備える点火コイルユニットを提供することにある。

課題を解決するための手段

0016

上記目的を達成するため、本発明のイグナイタ用半導体装置は、外部端子として、少なくとも、入力端子と、点火コイルに導電接続される出力端子と、接地端子と、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子とを有し、前記点火コイルに流れる電流を制御するためのスイッチング素子と、前記電源端子を経由して電源供給され、前記入端子から入力される信号に基づき、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、を備えることを特徴とする。

0017

本発明のイグナイタ用半導体装置は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子を有しているため、入力信号の電圧を電源電圧とする従来方式よりも動作範囲が広く、その優れた安定性によって、確実に点火することができる。

0018

本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記スイッチング素子と、前記ドライブ回路とが同一のチップ上に配置されていることが好ましい。

0019

上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置を小型化できる。

0020

本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記安定化電源供給配線は、電気制御ユニットの安定化電源供給配線であることが好ましい。

0021

上記構成によれば、安定化電源供給を容易に確保することができる。

0022

本発明のイグナイタ用半導体装置において、入力側が前記電源端子に接続され、出力側が前記ドライブ回路に接続された電源回路が、前記チップ上に配置されていることが好ましい。

0023

上記構成によれば、イグナイタシステムを小型化し、電源電圧をより安定化することができる。

0024

本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記電源回路から電源供給されて動作し、前記スイッチング素子又は前記点火コイルを保護するための保護回路が、前記チップ上に配置されていてもよい。

0025

上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置の電源回路から保護回路に電源供給されるので、入力信号の電圧降下を防止することができる。また、入力信号オフ時でも保護回路を動作させることができる。

0026

本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記ドライブ回路から電源供給されて動作し、前記スイッチング素子または前記点火コイルを保護するための保護回路が、前記チップ上に配置されていてもよい。

0027

上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置のドライブ回路から保護回路に電源供給されるので、入力信号の電圧降下を防止することができる。また、保護回路が、ドライブ回路の出力を受ける時のみ動作するので、保護回路が誤動作する確率を低減できる。

0028

本発明のイグナイタシステムは、上記イグナイタ用半導体装置を電気制御ユニットに内蔵することが好ましい。

0029

上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置が点火コイルから離れた場所に設置されているので、サージの影響を受けにくくなり、サージ対策に要する保護回路を小さくすることができる。

0030

本発明のイグナイタシステムは、上記イグナイタ用半導体装置を点火コイルユニットに内蔵することにしてもよい。

0031

上記構成によれば、従来のイグナイタ用半導体装置を点火コイルに内蔵する点火コイルユニットの設計資産をそのまま利用することができる。

0032

本発明の点火コイルユニットは、上記イグナイタ用半導体装置を内蔵する点火コイルユニットであって、回路基板と、入力側が前記点火コイルユニット外部の電源配線に導電接続され、出力側が安定化電源供給配線に導電接続され、かつ、前記回路基板に配置された安定化電源回路と、前記安定化電源供給配線に導電接続された前記イグナイタ用半導体装置と、前記回路基板、前記安定化電源回路、及び前記イグナイタ用半導体装置を封止する樹脂部材と、を備えることを特徴とする。

0033

上記構成によれば、電気制御ユニットの電源ラインから独立させることができるので、電気制御ユニットにノイズが回り込みにくくなる。また、回路基板、安定化電源回路、イグナイタ用半導体装置を一つに纏めて樹脂封止したことにより、エンジンルーム内への実装が容易になり、省スペース化がはかれる。

発明の効果

0034

本発明のイグナイタ用半導体装置は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子を有しているため、入力信号の電圧を電源電圧とする従来方式よりも動作範囲が広く、その優れた安定性によって、確実に点火することができる。

図面の簡単な説明

0035

本発明に係るイグナイタ用半導体装置の一実施形態を示す回路図である。
本発明に係るイグナイタ用半導体装置の他の実施形態を示す回路図である。
本発明に係るイグナイタ用半導体装置のさらに他の実施形態を示す回路図である。
本発明に係るイグナイタシステムの一実施形態を示すシステム概略図である。
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態を示すシステム概略図である。
本発明に係るイグナイタシステムのさらに他の実施形態および点火コイルユニットの一例を示すシステム概略図である。
従来のイグナイタ用半導体装置の一例を示す回路図である。
従来のイグナイタシステムの一例を示すシステム概略図である。

実施例

0036

本発明のイグナイタ用半導体装置の構成について図面を用いて説明する。なお、従来構造と同一の部位には同一の符号を付した。

0037

[第1の実施形態]
図1には、一例として、本発明のイグナイタ用半導体装置100の回路図が示されている。イグナイタ用半導体装置100は、少なくとも外部接続可能な、電源端子1、入力端子2、出力端子3、接地端子4と、ワンチップ上に搭載された、スイッチング素子5、電源回路6、ドライブ回路7、過熱検出回路8、過電流検出回路9、プルダウン用NMOS10、11、センス抵抗12、コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード(CGZD)13、サージ保護ツェナーダイオード14、保護ダイオードD1、D2、D3、プルダウン抵抗R1、R2を備える。

0038

上記において、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源に接続される電源端子1は、電源回路6の入力端子に接続されている。電源回路6の出力端子は、ドライブ回路7、過熱検出回路8及び過電流検出回路9の電源端子に接続されている。イグナイタ用半導体装置外部の信号制御回路に接続される入力端子2は、ドライブ回路7の入力端子に接続されている。ドライブ回路7の出力端子は、スイッチング素子5のゲート電極に接続されている。出力端子3は、スイッチング素子5のコレクタ電極に接続されている。出力端子4は、スイッチング素子5のエミッタ電極に接続されている。また、ドライブ回路7とスイッチング素子5のゲート電極を接続する配線には、過熱検出回路8が過熱を検出した時にオンするプルダウン用NMOS10と、過電流検出回路9が過電流を検出した時にオンするプルダウン用NMOS11が接続されている。

0039

本発明のイグナイタ用半導体装置100に用いられるスイッチング素子5は、特に限定されず、高耐圧かつ大電流通電できる半導体素子、具体的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)等を使用することができる。ただし、以下では、スイッチング素子5はIGBTであるとして説明する。

0040

本発明のイグナイタ用半導体装置100に用いられる電源回路6は、特に限定されず、例えば一般的なシリーズレギュレータや、シャントレギュレータを用いることができる。シリーズレギュレータは、例えば、負荷に対して直列に配置された電圧制御用MOSトランジスタ(電圧制御用バイポーラトランジスタであってもよい)、演算増幅回路基準電圧回路及び抵抗分圧器によって構成することができる。シリーズレギュレータの演算増幅回路は、前記電圧制御用MOSトランジスタのドレイン電圧から負帰還された電圧と、基準電圧回路で発生させた基準電圧とを比較して、前記電圧制御用MOSトランジスタのゲート電圧を制御することができる。基準電圧は、電源回路6に内蔵される基準電圧回路、例えばバンドギャップリファレンス回路、ED型基準電圧回路、ツェナーダイオードの降伏電圧を利用する基準電圧回路等から供給してもよいが、イグナイタ用半導体装置100に基準電圧専用の外部端子(図示しない)から入力する方法であってもよい。一方、シャントレギュレータは、例えば、電源供給線に対して直列に配置された抵抗と、負荷に対して並列に配置されたツェナーダイオードとによって構成することができる。シャントレギュレータの出力電圧は、前記ツェナーダイオードによって降伏電圧を越えないように制御することができる。なお、電源回路6は、上記レギュレータ以外にも、電源ノイズ除去のために、ローパスフィルタ、例えばRC回路LC回路等を備えることができる。

0041

本発明のイグナイタ用半導体装置100に用いられるドライブ回路7は、電源回路6から電源供給され、入力端子2から送られてきた入力信号の電圧レベル回復し、駆動電流を増やして、スイッチング素子5をオン・オフすることができる。ドライブ回路7は、特に限定されず、例えばCMOSインバータ回路や、TTLインバータ回路で構成することができる。このように構成すると、電源端子1に供給される電圧が変動しても、電源回路6からドライブ回路7へ供給される電圧は安定しているため、ドライブ回路7の出力電圧が安定し、スイッチング素子5を確実にオン・オフすることができる。また、ドライブ回路7は、スイッチング素子5をオン・オフさせる駆動電流量を制御することができ、従来は必要とされた波形整形回路15をなくして、その分の面積を削減することができる。

0042

本発明のイグナイタ用半導体装置100に用いられる過熱検出回路8は、スイッチング素子5に過剰な負荷電流が流れた時や、イグナイタ用半導体装置100が周辺機器によって過熱された時に、過熱検出回路8のセンサー部が過熱を検知し、NMOS10をターンオンさせてゲート電圧をプルダウンし、スイッチング素子5をターンオフすることができる。過熱検出回路8のセンサー部は、特に限定されず、例えばバイポーラトランジスタのゲート−エミッタ間電圧温度依存性を利用する温度センサーを用いることができる。

0043

本発明のイグナイタ用半導体装置100に用いられる過電流検出回路9は、スイッチング素子5に過剰な負荷電流が流れた時に、スイッチング素子5のメインのIGBTに対してカレントミラー接続されている小規模のIGBTに流れる過電流をセンス抵抗12によって過電圧として検出し、NMOS11をターンオンしてゲート電圧をプルダウンし、スイッチング素子5をターンオフすることができる。

0044

従来はスイッチング素子5に供給されるオン信号電流が、過熱検出回路8や過電流検出回路9へ分流して失われることが問題になっていたところ、上記構成によれば、過熱検出回路8や過電流検出回路9へは電源回路6から電源供給されるので、オン信号電流の損失を低減し、オン信号の電圧降下を抑制することができる。

0045

また、回路保護のため、電源端子1に保護ダイオードD1、入力端子2に保護ダイオードD2、D3、スイッチング素子5にコレクタ−ゲート間ツェナーダイオード13とサージ保護ツェナーダイオード14が、接続されている。また、電位不定を防止するために、信号線にはプルダウン抵抗R1、R2を配置している。ここに図示した保護ダイオードやプルダウン抵抗は、一例であり、その配置場所や配置個数は、必要に応じて適宜変更することができる。

0046

[第2の実施形態]
図2には、本発明に係るイグナイタ用半導体装置の他の態様が示されている。図2のイグナイタ用半導体装置101は、ドライブ回路7の出力端子に過熱検出回路8及び過電流検出回路9の電源端子が接続されている点で図1のイグナイタ用半導体装置100と相違する。ドライブ回路7で駆動電流を増やすことができるので、電流が過熱検出回路8及び過電流検出回路9へ分流しても電圧降下などの問題は生じない。また、過熱検出回路8及び過電流検出回路9が、常時電源を供給されていないため、誤動作防止にも繋がる。

0047

[第3の実施形態]
図3には、本発明に係るイグナイタ用半導体装置のさらに他の態様が示されている。図3のイグナイタ用半導体装置102は、イグナイタ用半導体装置101からイグナイタ用半導体装置102への変更点に加えて、ダイオードD3を削り、電源端子1と接地端子4との間を接続する抵抗R3を加えた点で図2のイグナイタ用半導体装置101と相違する。

0048

[第4の実施形態]
次に、本発明に係るイグナイタシステムの回路構成について、図4にしたがって説明する。イグナイタシステム1000は、電気制御ユニット200と、点火コイルユニット300と、点火プラグ40とを備えている。

0049

電気制御ユニット200は、安定化電源回路50と、イグナイタ用半導体装置100と、信号制御回路20と、を備えている。安定化電源回路50は、バッテリー60のバッテリー電圧VBATから制御回路用の電源電圧VCCを作り、信号制御回路20、及び安定化電源供給配線L1を介してイグナイタ用半導体装置100に電源供給することができる。信号制御回路20は、PMOS21とNMOS22とシリーズ抵抗23とによって構成されるインバータ回路を有し、電源電圧VCCを電源として、配線L2を介して接続されているイグナイタ用半導体装置100を制御することができる。

0050

点火コイルユニット300は、点火コイル31と、ダイオード32とを備える。点火コイル31の一次側の正極端子は、バッテリー60に接続されている。点火コイル31の一次側の負極端子は、配線L3を介してイグナイタ用半導体装置100の出力端子3に接続されている。点火コイル31の二次側の正極端子は、バッテリー60に接続されている。火コイル31の一次側の負極端子はダイオード32を介して点火プラグ40に接続されている。

0051

信号制御回路20から入力端子2へオン信号が送られると、イグナイタ用半導体装置100がオンし、点火コイル31の一次側に電流が流れる。次いでインバータ20から入力端子2へオフ信号が送られると、イグナイタ用半導体装置100がオフし、点火コイル31の一次側の電流が遮断され、点火コイル31の二次側に電磁誘導によって高電圧が発生し、ダイオード32が降伏して点火プラグ40に高電圧が印加され、点火プラグ40がスパークする。

0052

イグナイタ用半導体装置100は、電気制御ユニット200に内蔵され、点火コイル31から隔離されているので、入力信号を伝える配線L2等はサージ電圧の影響を受け難くなっており、イグナイタ用半導体装置100の誤動作を避けることができる。そして、サージ電圧の影響を受け難くなったことにより、コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード13とサージ保護ツェナーダイオード14に加わる負担を小さく見積もることができ、それらの面積を縮小しても、耐量を確保することができる。

0053

また、イグナイタ用半導体装置100を電気制御ユニット200に内蔵させることにより、イグナイタ用半導体装置100が必要とする電源を、電源電圧VCCから配線L1を介して電源端子1へ、容易に供給することができる。

0054

また、イグナイタ用半導体装置100の接地端子に接続される配線L4は、太くして電気抵抗を十分低くするとよい。スイッチング素子5がターンオンして大電流が流れた時のエミッタ電極の電圧が持ち上がりを防止することができる。
上記イグナイタ用半導体装置100の代わりにイグナイタ用半導体装置101または102を用いてもよい。

0055

[第5の実施形態]
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態を、図5にしたがって説明する。イグナイタシステム1001は、電気制御ユニット201と、点火コイルユニット301と、点火プラグ40とを備えている。

0056

電気制御ユニット201は、安定化電源回路50と、信号制御回路20とを備えている。安定化電源回路50は、バッテリー電圧VBATから電源電圧VCCを作り、信号制御回路20に電源供給することができる。信号制御回路20は、PMOS21とNMOS22とシリーズ抵抗23とによって構成されるインバータ回路を有し、VCCを電源電圧として、配線L2を介して接続されているイグナイタ用半導体装置100を制御することができる。

0057

点火コイルユニット301は、イグナイタ用半導体装置100と、点火コイル31と、ダイオード32と、を備える。本実施形態においては、電気制御ユニット201の安定化電源回路50から、安定化電源供給配線L5を介して電源電圧VCCを電源供給している。このように構成すれば、イグナイタ用半導体装置100が、点火コイルユニット301に内蔵されていても、安定した電圧を受けることができる。
上記イグナイタ用半導体装置100の代わりにイグナイタ用半導体装置101または102を用いてもよい。

0058

[第6の実施形態]
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態および点火コイルユニットの一例を、図6にしたがって説明する。イグナイタシステム1002は、電気制御ユニット202と、点火コイルユニット302と、点火プラグ40とを備えている。

0059

電気制御ユニット202の回路は、電気制御ユニット201と同じように構成されているが、イグナイタ用半導体装置100には電源供給していない。

0060

点火コイルユニット302は、安定化電源51と、イグナイタ用半導体装置100と、安定化電源51及びイグナイタ用半導体装置100を配置した回路基板70と、点火コイル31と、ダイオード32と、を備える。本実施形態において、安定化電源回路51は、バッテリー電圧VBATから電源電圧VCCを作り、安定化電源供給配線L6を介して接続されたイグナイタ用半導体装置100に電源供給することができる。イグナイタ用半導体装置100の入力端子2は、電気制御ユニット202の信号制御回路20に接続されている。イグナイタ用半導体装置100の接地端子4は、配線L4で接地されている。点火コイル31の1次コイルはバッテリー60に接続されており、イグナイタ用半導体装置100が、1次コイルに流れる電流を制御する。1次コイルに流れる電流を制御することで、点火コイル31の2次コイルに流れる電流を制御する。

0061

そして、安定化電源回路51と、イグナイタ用半導体装置100と、回路基板70とは、点火コイルユニット302内において樹脂封止されていることが好ましい。このように構成すれば、電気制御ユニットの電源ラインから独立させることができるので、電気制御ユニットにノイズが回り込みにくくなる。また、回路基板、安定化電源回路、イグナイタ用半導体装置を一つに纏めて樹脂封止したことにより、点火コイルユニット302内への実装が容易になり、省スペース化がはかれる。また、イグナイタ用半導体装置とコイルとの距離が近い事から、配線の抵抗やL成分が少なくなり、オン又はオフ信号に対し遅延時間が減少し、高精度の制御が可能となる。

0062

上記イグナイタ用半導体装置100の代わりにイグナイタ用半導体装置101または102を用いてもよい。点火コイル31は、1次コイルと、2次コイルと、各コイル内を貫通して磁束の閉回路を形成する金属部材とを備える。1次コイルの一方の配線と2次コイルの一方の配線は共に、バッテリーに接続されており、1次コイルの他方の配線は、イグナイタ用半導体装置100の出力端子3に接続されている。2次コイルの他方の配線は、ダイオード32を介して点火プラグ40の一方の端子に接続されている。点火プラグ40の他方の端子は、接地されている。

0063

点火コイルユニット302内のイグナイタ用半導体装置100と接続する配線が点火コイル31の端子に半田などの溶接電気的に接続され、更に樹脂で覆われる事により、点火コイル31との耐圧を確保でき、外部からの影響も低減できる。

0064

1電源端子
2入力端子
3出力端子
4接地端子
5スイッチング素子
6電源回路
7ドライブ回路
8過熱検出回路
9過電流検出回路
10,11プルダウン用NMOS
12センス抵抗
13コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード(CGZD)
14サージ保護ツェナーダイオード
15波形整形回路
20信号制御回路
21 PMOS
22 NMOS
23シリーズ抵抗
24封止樹脂
31点火コイル
32ダイオード
40点火プラグ
50,51安定化電源回路
60バッテリー
70回路基板
100,101,102,103イグナイタ用半導体装置
200,201,202,203電気制御ユニット
300,301,302,303点火コイルユニット
1000,1001,1002,1003イグナイタシステム
D1,D2,D3保護ダイオード
R1,R2,R3プルダウン抵抗
L1,L5,L6 安定化電源供給配線
L2,L3,L4配線
VBATバッテリー電圧
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