CN102170284A - 点火器用功率半导体装置 - Google Patents

点火器用功率半导体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102170284A
CN102170284A CN2010106092973A CN201010609297A CN102170284A CN 102170284 A CN102170284 A CN 102170284A CN 2010106092973 A CN2010106092973 A CN 2010106092973A CN 201010609297 A CN201010609297 A CN 201010609297A CN 102170284 A CN102170284 A CN 102170284A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thyristor
voltage
current
overvoltage
power semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010106092973A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102170284B (zh
Inventor
神户伸介
安田幸央
河本厚信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN102170284A publication Critical patent/CN102170284A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102170284B publication Critical patent/CN102170284B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0435—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices
    • F02P3/0442—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices using digital techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
    • F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0554—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2048—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit said control involving a limitation, e.g. applying current or voltage limits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明提供一种不妨碍整个装置的小型化或精简化而以简单的结构实现电源的过电压保护，且可靠性高的点火器用功率半导体装置。对点火线圈(6)的初级电流进行通电/切断的第一半导体开关元件(4)并联连接，使搭载于集成电路(3)上的第二半导体开关元件(35)先通电而使第三半导体开关元件(300)导通，从而监视电源的过电压，并保护所述第一半导体开关元件(4)免受过电压。

Description

点火器用功率半导体装置
技术领域
本发明涉及一种点火器及该点火器用功率半导体装置，该点火器具有在内燃机的点火系统中保护开关元件免受瞬态电源的过电压的影响的功能。
背景技术
汽车发动机等内燃机用点火系统(ignition system)由功率半导体装置即所谓点火器和发动机控制计算机(ECU)构成，该功率半导体装置为了产生施加到火花塞的高电压，搭载了点火线圈(电感负载)和驱动它的功率半导体开关元件及其控制电路元件(半导体集成电路)。再者通常，在这样的点火器用功率半导体装置中作为其可靠性项目之一，保证能承受在电源电压产生的瞬态过电压浪涌即负载突降浪涌(load dump surge)。因此，为了保护内置于功率半导体装置的半导体开关元件或控制它的集成电路，一般采用直接监视电源电压，在过电压时使其停止动作的方法。
一般由汽车电池提供上述点火器用功率半导体装置的电源，但是，由于电源变动或浪涌电压较大，所以往往在用齐纳二极管箝位后用恒压电路进行调节，提供给集成电路内。为了直接监视电池电压，需要另外的专用的信号取入端子，而且端子上还需要电力容量较大的保护元件，所以无法避免成本上升。此外，作为所述集成电路的电源，输入电池电压的端子上具备所述齐纳二极管，因此该电压大致固定在齐纳箝位电压，对过大电压得不到灵敏度，故无法面向高精度的电压检测。
作为上述问题的对策，构思了监视所述半导体开关元件的主端子间电流，并且在流动既定电流值以上的电流时限制所述半导体开关元件的控制端子电压，由此保护所述开关元件的技术(例如专利文献1、专利文献2)。
此外，为了取出所述半导体开关元件在截止时的高电位侧主端子电压，公开了在同一基板上形成与所述半导体开关元件不同的晶闸管元件，利用所述晶闸管元件的输出间接监视电源电压的技术(例如专利文献3)。
专利文献1：日本特开平5-259853号公报
专利文献2：日本特开平7-86587号公报
专利文献3：日本特开2000-183341号公报
在传统例的技术中，对从瞬态电源的过电压进行保护的观点来说有不充分的方面。即，在上述专利文献1和2中，在电源电压上升的状态下所述半导体开关元件导通时，若有大于正常导通动作时的主端子间电流流过，只是彻底限制主端子间的电流值。这时，所述半导体开关元件以限制电流的状态导通，所述电源电压的上升量的电压大体上施加到主端子间，因此发生较大的焦耳损失。由于该焦耳损失全部消耗为热，所以存在消耗电力增大的问题以外，不得不采取为提高散热性而准备大规模的散热机构，或者选择抗短路能力大的所述半导体开关元件等的对策，存在所述点火器用功率半导体装置的小型化或精简化困难的问题。
在上述专利文献3的技术中，对点火线圈的初级电流进行通电/切断的所述半导体开关元件基板上，搭载用于监视高电位侧主端子的电压的晶闸管元件。在监视主端子电压时需要使所述晶闸管元件导通用的触发信号，但是正因为如此而另外需要偏置(bias)源或电阻元件等。此外，还需要连接形成在半导体开关元件上的晶闸管元件和进行控制的集成电路之间的布线等，依然阻碍着所述点火器用功率半导体装置的小型化或精简化。
发明内容
本发明为解决上述那样的课题而构思，其目的在于得到不妨碍整个装置的小型化或精简化而以简单的结构实现电源的过电压保护，且可靠性高的点火器用功率半导体装置。
在本发明的点火器用功率半导体装置中，具有对点火线圈的初级电流进行通电/切断的第一半导体开关元件和驱动控制所述半导体开关元件的集成电路，其中，所述集成电路包括：第二半导体开关元件，在所述第一半导体开关元件的主端子间并联连接，且电流容量小于所述第一半导体开关元件；延迟单元，使驱动所述第一及第二半导体开关元件的控制输入信号延迟，使所述第二开关元件先于所述第一开关元件通电；第三半导体开关元件，具有晶闸管结构，其一个主端子与所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子连接，通过所述第二半导体开关元件通电时流过的主电流的一部分来使主端子间导通；以及第一过电压探测单元，通过所述第三半导体开关元件的导通而监视所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子电压，如果是既定电压值以上，就不驱动所述第一半导体开关元件。
(发明效果)
本发明的点火器用功率半导体装置，使搭载于集成电路内的所述第二半导体开关元件先于使点火线圈的初级电流通电/切断的所述第一半导体开关元件通电。由此所述第一半导体开关元件在导通之前探测电源的过电压发生，能够事先进行切断，不会发生无谓的焦耳损失。此外，搭载于所述集成电路内的所述第二半导体开关元件通电，从而所述第三半导体开关元件导通，因此不需要另外准备偏置源等以外，能够容易实现同一集成电路内与控制电路的接口。
附图说明
图1是说明本发明实施例1的构成的电路图。
图2是用于说明本发明实施例1中的集电极电压检测单元即第二半导体开关元件和第三半导体开关元件的动作的等效电路。
图3是本发明实施例1中的集成电路的剖面结构图。
图4是说明本发明实施例1的动作的时序图。
图5是说明本发明实施例1的动作的图4的时序图中的局部放大图。
图6是说明本发明实施例1的变形例的电路图。
图7是说明本发明实施例1的其它变形例的电路图。
图8是说明本发明第二实施例的构成的电路图。
图9是说明本发明第三实施例的构成的电路图。
图10是说明本发明第四实施例的构成的电路图。
图11是说明本发明第四实施例的动作的时序图。
具体实施方式
实施例1
图1示出本发明的点火系统的一个实施例。在图1的点火系统中，点火线圈6的初级线圈61的一端与电池等电源Vbat连接，另一端与点火器用功率半导体装置5连接。此外，次级线圈62的一端同样与电源Vbat连接，另一端与一端接地的火花塞7连接。再有，ECU1输出驱动半导体开关元件41的控制输入信号到所述点火器用功率半导体装置5。
其中，点火器用功率半导体装置5具备：第一半导体开关元件4，其包含对初级线圈61上所流的电流进行通电/切断的主IGBT41；以及集成电路3，该集成电路3根据来自ECU1的控制输入信号和其它动作条件驱动控制主IGBT41。
作为第一半导体开关元件4的主要构成要素的主IGBT41中，作为电极端子除了一般的集电极、发射极、栅极以外，为了探测集电极电流Ic，采用使比例(例如1/1000左右)于该集电极电流Ic的电流流过的读出发射极。进而，以浪涌电压保护为目的的齐纳二极管42反向连接在集电极和栅极之间。
此外，作为第二半导体开关元件，在所述集成电路3内单片地集成有由副IGBT35和晶闸管结构元件300构成的集电极电压检测单元2，该晶闸管结构元件300由第三开关元件的pnp晶体管33及npn晶体管34构成。所述副IGBT35的集电极端子和所述晶闸管结构元件300的一个主端子即所述pnp晶体管33的发射极端子与所述主IGBT41的集电极端子连接。
而且在构成所述晶闸管结构元件300的所述npn晶体管34的基极端子和所述pnp晶体管33的集电极端子的连接点连接有串联连接齐纳二极管的箝位单元36。由此，所述晶闸管结构元件300的另一主端子即所述npn晶体管34的发射极端子的输出电压最大限制至(所述箝位单元36的箝位电压)-(所述npn晶体管34的Vbe电压)。
接着参照图2及图3，说明所述集电极电压检测单元2的详细结构。图2中，所述副IGBT35能由NchMOS晶体管352和由此被驱动的pnp晶体管351等效地表示。
在图3的所述集成电路3的纵结构剖视图中，在p型基板82上形成有n+外延区域83及n-外延区域84。在该n-外延区域84中形成有p型区域85，而且在该p型区域85内形成有n型区域86。再者，其上形成有用栅极氧化膜绝缘的由多晶硅等构成的栅极电极87，而且形成有成为所述副IGBT35的发射极端子电极的铝布线88。由此在集成电路3内形成有副IGBT35。
而且，图3中，隔着成为隔离区域的p型区域99在所述副IGBT35附近形成所述晶闸管结构元件300。即，在所述n-外延区域84中形成有p型区域90，而且在该p型区域90内形成有n型区域89。形成有以能分别作为基极端子、发射极端子而分别取出所述p型区域90和所述n型区域89的电位的铝布线91、92。由此，从背面侧单片地形成成为pnpn结构的晶闸管结构元件300与所述副IGBT35。
而且在图3中，在所述n-外延区域84上隔着成为隔离区域的p型区域从所述晶闸管结构元件300形成有p型岛压区域93，其上还单片地形成成为控制电路部的NchMOS及PchMOS等。所述p型岛压层93与本集成电路3的最低电位即基准电源电位GND连接，由此能与所述集电极电压检测单元2电性绝缘，因此两者的动作不会互相干扰。
所述晶闸管结构元件300的一个主端子与所述副IGBT35的集电极电极由背面金属包覆层81及p型基板82共有。再者通过与未图示的所述主IGBT41承载于同一导体架上，在不追加布线的情况下与所述主IGBT41的集电极电极电连接。
参照图2及图3，说明所述副IGBT35和所述晶闸管结构元件300的动作。若有电压施加到所述栅极电极87，则所述NchMOS352导通，电子从所述发射极电极88被注入。若该注入的电子到达所述n-区域84及n+区域83，则由于满足电中性条件而少数载流子即空穴从背面注入。该注入的空穴产生的空穴电流Ih1的一部分成为以单片地形成的由所述晶闸管结构元件300构成的所述pnp晶体管33的基极电流It1，由此所述晶闸管结构元件300被触发且导通，能以低阻抗使一个主端子(所述背面金属包覆电极81)与另一主端子(所述发射极电极92)间导通。
接着参照图4及图5的时序图，对所述集成电路3的功能及本点火系统全体的点火动作进行说明。
首先进行正常动作时的说明。在时刻t1中从ECU1施加到集成电路3的输入端子的高电平的控制输入信号，经施密特触发电路11波形整形后被分支，其一方经由延迟电路30而与用于驱动所述主IGBT41的第一PchMOS12的栅极端子及第一NOR电路31的输入端子连接，另一方与第一所述NOR电路31的另一输入端子连接。
通过所述第一NOR电路31的输出，第一NchMOS26截止。由此，第一恒流源32的输出电流Ib2输入至由第二PchMOS28以及第三PchMOS29构成的第一电流镜电路，与镜比对应的输出电流Ib3通电至第一电阻24。由此，产生所述副IGBT35的栅极驱动电压，从而所述副IGBT35进行导通动作。
此外，所述延迟电路30构成为只延迟输入信号的上升沿。即从时刻t1到时刻t2为止的期间(具体而言数十微秒左右)所述延迟电路30的输出为低电平，所述第一PchMOS12导通，因此所述主IGBT41维持截止状态。
通过以上动作说明，由于所述副IGBT35导通，所以所述晶闸管结构元件300导通。这时，所述副IGBT35的电流容量设定为比所述主IGBT41小，具体而言晶体管尺寸设定为在100mA左右饱和。在此作为负载的所述点火线圈6的初级线圈61的绕组电阻为0.4～0.5欧姆左右，即便所述副IGBT35导通，电压降也是数十mV左右，因此集电极电位大致维持电源电压。
故，所述晶闸管结构元件300的另一主端子电压成为(集电极电位)-(所述pnp晶体管33的Vsat电压)-(所述npn晶体管34的Vbe电压)。上式的第二项及第三项分别为0.2V、0.7V左右的大致固定电压，因此通过用第一过电压探测单元27监视所述晶闸管结构元件300的另一主端子电压，能够监视与所述电源电压对应的电压。在正常动作时所述电源电压为被判断为过电压的电压以下，因此所述第一过电压探测单元27输出的第一过电压探测信号OV1输出意味着正常状态的低电平。
接着，在时刻t2，说明所述延迟电路30的输出成为高电平时的动作。所述第一NOR电路31的输出维持低电平，因此所述第一NchMOS26为截止状态，在所述副IGBT35为产生栅极电压的状态。
另一方面，所述第一PchMOS12截止。此外，所述第一过电压探测信号OV1为低电平，经由第一NOT电路15输出的反相过电压探测信号/OV为高电平。(一般反相信号通过元信号名之上加上划线来体现，在此在元信号名之前加斜线“/”来体现。)因而，通过所述反相过电压探测信号/OV而第四PchMOS16也被截止。
由此，由第五PchMOS17及第六PchMOS18构成的第二电流镜电路动作。
所述第二电流镜电路的基准侧电流值Ig1，成为从第二恒流源19的输出电流值Ib1减去后述的电流限制电路的输出电流值If2后的电流值。对于该基准例电流Ig1，与所述第二电流镜电路的镜比对应的电流Ig2成为输出电流。
所述第二电流镜电路的输出电流Ig2流入第二电阻23，从而产生主IGBT41的栅极驱动电压，故所述主IGBT41进行导通动作。这时，根据由初级线圈61的电感和布线电阻决定的时间常数，如图4及图5那样的主IGBT集电极电流Ic1流入初级线圈61及所述主IGBT41。
这时，所述主IGBT41的集电极端子电压大致成为0V，因此连接到该集电极端子的所述副IGBT35的副IGBT集电极电流Ic2大致成为0，此外在所述晶闸管结构元件300中也同样截止且主端子间成为非导通。即，在正常动作时所述集电极电压检测单元2处于有效状态的期间仅为由所述延迟电路30决定的延迟期间，因此不会增大整个集成电路3的耗电。
接着在时刻t3从ECU1被施加低电平的控制输入信号时，所述第一PchMOS12导通，由此所述第一电流镜电路停止。蓄积在主IGBT41的栅极的电荷通过所述第二电阻23而以极短的时间内放电，因此主IGBT41被急速切断。
这时，通过初级线圈61，在主IGBT41的集电极端子发生使至今流过的电流继续流过的方向的500V左右的高电压。该电压根据点火线圈6的绕组比而升压到30kV左右，使连接至次级线圈62的火花塞7跳火。
接着参照图4，说明在时刻t4中从ECU1施加成为较长的通电时间的高电平控制输入信号的情形。
与之前的说明同样，通过施加来自ECU1的高电平的控制输入信号，主IGBT集电极电流Ic1从时刻t4逐渐增加，但为了防止点火线圈6的绕组熔断或变压器的磁饱和，设定电流限制值，以使所述主IGBT集电极电流Ic1不会成为固定值以上。
主IGBT集电极电流Ic1的限制由以下机理实现。主IGBT41的读出电流Ies通电至集成电路3内的第三电阻25，与主IGBT集电极电流Ic1对应的电压发生在所述第三电阻25。通过放大器21，将该电压与第一基准电压源22的电压Vref1进行比较，对应于其差的电流If1通过V-I变换电路20输出。该电流If1通过由第七PchMOS13及第八PchMOS14构成的第三电流镜电路，输出与其镜比对应的输出电流作为电流限制信号If2。由于所述电流限制信号If2使产生主IGBT41的栅极驱动电压的电流Ig2向减少的方向工作，所以栅极电压下降，阻碍主IGBT集电极电流Ic1的增加。即，与主IGBT集电极电流Ic1相关，且整体上做负反馈动作，由于这样工作，主IGBT集电极电流Ic1被限制为既定的固定值。
在时刻t5，当主IGBT集电极电流Ic1达到所述电流限制值时，主IGBT41的栅极电压降低，进行5极管动作。即，正流着主IGBT集电极电流Ic1的状态下集电极电压没有充分降低，处于主IGBT41上产生焦耳损失的状态。
此外这时，由于所述集电极电压上升，所以所述副IGBT35再次被激活，有副IGBT集电极电流Ic2流过，并且所述晶闸管结构元件300也再次导通。
接着说明在时刻t6，负载突降等造成的瞬态过电压浪涌发生在电源电压时的动作。一般负载突降造成的浪涌电压发生期间继续200msec左右，往往比设想的点火间隔(例如在四冲程循环发动机的情况下，3000rpm时单位汽缸大概40msec)长。即如图4所示，在控制输入信号为低电平期间的时刻t6发生的浪涌电压，在下一个点火次序的时刻t7～t8的期间也依然维持过电压状态的可能性较高。
在此，当时刻t7中控制输入信号成为高电平时，如以上说明的那样所述副IGBT35先于所述主IGBT41导通，接着所述晶闸管结构元件300导通。
这时，所述晶闸管结构元件300的另一主端子电压上输出与所述电源电压对应的电压，但是通过上述的箝位单元36来适当箝位，因此能够防止在后级的所述第一过电压探测单元27上被施加过剩的高电压。若由所述第一过电压探测单元27判断所述电源电压为过电压，则被输出的第一过电压探测信号OV1输出意味着过电压状态的高电平，而所述反相过电压信号/OV输出低电平。
由此所述第四PchMOS16导通且由所述第五PchMOS17和所述第六PchMOS18构成的所述第二电流镜电路停止，因此电源电压处于过电压状态且所述主IGBT41不会导通，保护所述点火器用功率半导体装置5免受过电压。
再者，若所述电源电压的过电压收敛，则返回到上述的正常动作状态，不会停止内燃机而继续通常的点火次序。
<实施例1的变形例1>
图6示出本发明的点火器用功率半导体装置的实施例1的变形例。在以下的附图中，对于具有与实施例1相同的功能的结构标注相同的附图标记，省略其重复的说明。
如本变形例所示，在所述第一过电压探测单元27的输出端设置闩锁单元36，对所述第一过电压探测信号OV1进行闩锁，并保持至控制输入信号成为低电平为止也可。通过这样构成，例如即便电源电压的过电压期间较短，且在所述控制输入信号成为低电平之前恢复至正常电压范围内的情况下，也能在下个所述控制输入信号成为高电平之前的期间可靠地将所述主IGBT41保持在截止状态。
<实施例1的变形例2>
图7示出本发明的点火器用功率半导体装置的实施例1的其它变形例。取代实施例1中说明的生成所述副IGBT35的栅极驱动电压的所述第一电阻24，而如本变形例那样使用二极管连接的第二NchMOS39也可。通过使用非线性元件的所述第二NchMOS39作为负载电阻，能使所述栅极驱动电压比实施例1的电阻负载高速上升，并且通过压制所述第二NchMOS39的驱动能力，能够减少负载电流Ib3流入基准电源电位GND的无效分。此外，比实施例1的使用第一电阻24的情形更能减小安装面积，因此也能减小集成电路3的芯片尺寸。
实施例2
图8示出本发明的点火器用功率半导体装置的第二实施例。在本实施例中，在所述副IGBT35的发射极端子与基准电源电位GND间设置第四电阻38作为电流限制单元。
在实施例1中副IGBT集电极电流Ic2仅由所述副IGBT35的晶体管尺寸来约束，但也能如本实施例那样通过设置发射极电阻来使负反馈加到所述副IGBT35的栅极～源极间电压，使所述副IGBT集电极电流Ic2稳定。
再者，在本实施例中作为电流限制单元示出使用电阻元件的例子，但也可以是其它单元，例如电流镜电路或上述二极管连接的MOS晶体管等的能动负载也可。而且，还可以设置与所述电流限制单元并联地设置齐纳二极管等的箝位单元。
实施例3
图9示出本发明的点火器用功率半导体装置的第三实施例。在本实施例中，检测在所述实施例2中说明的所述副IGBT35的电流限制单元的所述第四电阻38产生的电压降，还具有向外部输出的动作状态报知单元。
当有电流流过所述副IGBT35时，在所述第四电阻38发生与所述副IGBT集电极电流Ic2对应的电压。该电压通过比较器53而与第二基准电压源54的电压Vref2进行比较，在所述Vref2以上的情况下经由第二NOT电路52而使第三NchMOS51导通。这时，从所述ECU1看到的所述集成电路3的输入阻抗成为第五电阻10和第六电阻50的并联电阻值。
当没有电流流过所述副IGBT35时，逻辑反转且所述第三NchMOS51截止，所述输入阻抗成为仅为第五电阻10的电阻值。
即，ECU1能够由输入阻抗的变化来辨认副IGBT35中有否有电流过。
如在实施例1中说明的那样，在所述副IGBT35中有电流流过的情形，是指所述控制输入信号刚施加高电平的信号后的所述主IGBT41尚未动作的期间，以及所述主IGBT41因电流限制功能而栅极电压被受限制，在集电极电压上升的状态下被通电。
如果能传达所述ECU1中加有电流限制的信息，通过使所述控制输入信号的脉宽最优化，就能进行抑制所述主IGBT41的温度上升或者削减耗电的措施。
在此，不仅在电流限制功能工作时，而且如上所述，在刚对控制输入信号施加高电平信号施加之后，也有电流流过所述副IGBT35，并发生所述输入阻抗的变化。但是，由于该定时与来自所述ECU1的控制输入信号完全同步，能在ECU1侧容易遮掩，不会误认为电流限制功能起作用。
电流限制功能是否起作用的信息可用其它单元进行探测，但是如本实施例那样在所述副IGBT35的电流限制单元即第四电阻38产生的电压降不仅电压振幅大而且不易受到噪声的影响。监视它的方式不易受到噪声的影响等变动因素，且能以简单的结构进行电流限制功能的动作报知。
再者，作为对ECU1的报知单元，在本实施例中通过改变输入阻抗的变化的方式实现，但是所述ECU1的输入端口或点火器用功率半导体装置5的端子上富余时，直接输出所述比较器53的输出或所述第四电阻38的电压降值也可。
实施例4
图10示出本发明的点火器用功率半导体装置的第四实施例。在本实施例中，不仅包括监视所述主IGBT41的集电极电压的第一过电压探测单元27，而且还包括直接监视电源电压的第二过电压探测单元8。
能够由所述第一过电压探测单元27检测的只是控制输入信号刚过渡到高电平之后在所述主IGBT41的通电利用所述延迟电路30来延迟的数十微秒的期间产生的过电压。如在实施例1的说明中讲述那样，一般的四冲程循环发动机中设想的点火间隔为数十msec左右，与之相对，负载突降等造成的电源的过电压持续200msec左右。故作为奇例在所述过电压探测单元27无法探测的所述主IGBT41的通电期间中(一般为数ms左右)即便发生电源过电压，也在下一个点火定时切断所述主IGBT41，因此往往不成问题。
但是，即便是上述奇例，需要在刚发生过电压之后确实切断所述主IGBT41时，如本实施例那样设置直接监视电源电压的所述第二过电压探测单元8也可。
在图10中，电源电压Vbat经由承载于所述点火器用功率半导体装置5上的第七电阻100，输入至所述集成电路3上的恒压电路即调节器72。所述调节器72的输入电压被齐纳二极管71箝位，但通过串联第八电阻70连接，降低箝位能力，以能确保过电压输入时的灵敏度。此外，为了抑制过电压输入时的焦耳损失，所述第八电阻70的电阻值最好抑制到所述第七电阻100的电阻值的1/10左右以下。
在所述第二过电压探测单元8中，所述调节器72的输入电压被第九电阻57和第十电阻58分割后，输入至第二比较器55，与第三基准电压56的电压值Vref3做比较。
从所述第二过电压探测单元8输出的第二过电压探测信号OV2与所述第一过电压探测信号OV1一起输入至第二NOR电路31，其输出驱动所述第四PchMOS16。
此外，所述第二过电压探测单元8可以说由所述第八电阻70确保灵敏度，由于所述齐纳二极管71而输入电压被箝位，所以过电压探测灵敏度并不高。因而为了防止误检测，最好设定其过电压检测值Vov2，使之大于所述第一过电压探测单元27中的过电压检测值Vov1。
接着参照图11，对本实施例的动作进行说明。在时刻t11中在被输入控制输入信号后，经过所述延迟电路30的延迟时间，且在所述主IGBT41开始通电的时刻t12以后，考虑在电源电压发生过电压的状况。
这时由于切断所述副IGBT35及所述晶闸管结构元件300，所以所述第一过电压探测单元27不会输出所述第一过电压检测信号OV1。但是，在电源电压达到第二过电压检测值Vov2的时刻t13中，输出第二过电压检测信号OV2。
由此所述反相过电压探测信号/OV成为低电平，使所述第四PchMOS16导通，所以所述主IGBT41被切断。此外，通过该切断，所述主IGBT41的集电极电压上升，因此所述所述副IGBT35及所述晶闸管结构元件300再被激活，所述第一过电压探测单元27也输出所述第一过电压检测信号OV1。
当电源电压在时刻t14中小于所述第二过电压检测值Vov2时，不会输出所述第二过电压探测信号OV2。在下一个点火定时即时刻t15中如上所述，由于尚未大于第一过电压检测值Vov1，所以设计成通过所述第一过电压探测单元27来适当地切断所述主IGBT41的状态。
附图标记说明
3集成电路；4第一半导体开关元件；5点火器用功率半导体装置；6点火线圈；7火花塞；27第一过电压探测单元；30延迟单元；35第二半导体开关元件；300第三半导体开关元件。

Claims (4)

1.一种点火器用功率半导体装置，具有对点火线圈的初级电流进行通电/切断的第一半导体开关元件和驱动控制所述半导体开关元件的集成电路，其特征在于，
所述集成电路包括：
第二半导体开关元件，在所述第一半导体开关元件的主端子间并联连接，且电流容量小于所述第一半导体开关元件；
延迟单元，使驱动所述第一及第二半导体开关元件的控制输入信号延迟，并使所述第二半导体开关元件先于所述第一半导体开关元件通电；
第三半导体开关元件，具有晶闸管结构，其一个主端子与所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子连接，通过所述第二半导体开关元件通电时流过的主电流的一部分来使主端子间导通；以及
第一过电压探测单元，利用所述第三半导体开关元件的导通来监视所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子电压，如果是既定电压值以上，就不驱动所述第一半导体开关元件。
2.如权利要求1所述的点火器用功率半导体装置，其特征在于：所述第二半导体开关元件具有在低电位侧主端子和基准电源电位间连接的电流限制单元。
3.如权利要求2所述的点火器用功率半导体装置，其特征在于：包括动作状态报知单元，其在所述第二半导体开关元件通电时输出与在所述电流限制单元发生的电压降量对应的信号，从而报知所述集成电路的动作状态。
4.如权利要求1至3中任一项所述的点火器用功率半导体装置，其特征在于：包括第二过电压探测单元，其直接监视主电源电位，如果是在既定电压值以上就使所述第一半导体开关元件不能驱动。
CN201010609297.3A 2009-12-15 2010-12-14 点火器用功率半导体装置 Active CN102170284B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-284098 2009-12-15
JP2009284098A JP5423377B2 (ja) 2009-12-15 2009-12-15 イグナイタ用電力半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102170284A true CN102170284A (zh) 2011-08-31
CN102170284B CN102170284B (zh) 2014-06-18

Family

ID=43993014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010609297.3A Active CN102170284B (zh) 2009-12-15 2010-12-14 点火器用功率半导体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8605408B2 (zh)
JP (1) JP5423377B2 (zh)
CN (1) CN102170284B (zh)
DE (1) DE102010042583B4 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104508980A (zh) * 2012-07-13 2015-04-08 法雷奥电机控制系统公司 用于控制至少一个晶体管的装置
CN105191132A (zh) * 2013-05-10 2015-12-23 株式会社日立制作所 绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置
CN105378267A (zh) * 2013-07-11 2016-03-02 株式会社电装 点火控制装置
CN107035596A (zh) * 2016-01-29 2017-08-11 富士电机株式会社 半导体装置
CN107070438A (zh) * 2016-01-15 2017-08-18 富士电机株式会社 半导体装置
CN107918057A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 联合汽车电子有限公司 点火线圈初级电感的测量方法及其测量系统

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU756802B2 (en) * 2000-01-04 2003-01-23 Mon Sheng Lin Structure for bubble blowing toy
IT1402879B1 (it) * 2010-11-19 2013-09-27 St Microelectronics Srl Dispositivo igbt con regioni di emettitore sepolte
JP5618963B2 (ja) 2011-10-26 2014-11-05 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6275282B2 (ja) * 2015-01-13 2018-02-07 三菱電機株式会社 半導体装置、その製造方法および半導体モジュール
KR102290384B1 (ko) 2015-02-16 2021-08-17 삼성전자주식회사 누설 전류 기반의 지연 회로
CN110230565A (zh) * 2019-06-03 2019-09-13 昆山凯迪汽车电器有限公司 智能点火驱动模块、电路以及控制系统
US11165422B2 (en) 2020-04-01 2021-11-02 Delta Electronics, Inc. Gate driver circuit with reduced power semiconductor conduction loss
JP7456353B2 (ja) * 2020-10-27 2024-03-27 株式会社デンソー 内燃機関の点火装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5631494A (en) * 1993-09-17 1997-05-20 Hitachi, Ltd. Power semiconductor device with low on-state voltage
US6218709B1 (en) * 1998-12-17 2001-04-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and semiconductor circuit using the same
CN1801560A (zh) * 2005-11-17 2006-07-12 南京航空航天大学 多路固态功率开关数字化集成控制方法
CN101145685A (zh) * 2007-09-25 2008-03-19 华北电力大学 一种三相晶闸管全控桥有源逆变器逆变颠覆保护器
CN101174619A (zh) * 2006-10-30 2008-05-07 三菱电机株式会社 功率半导体装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4670705A (en) * 1985-01-28 1987-06-02 Motorola, Inc. Alternator regulator protection circuit
DE3526218A1 (de) 1985-07-23 1987-02-05 Hella Kg Hueck & Co Zuendeinrichtung fuer brennkraftmaschinen
JPH05259853A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Hitachi Ltd 電流制限回路
JP3142437B2 (ja) * 1994-03-01 2001-03-07 三菱電機株式会社 内燃機関用点火装置
JP4380031B2 (ja) * 1999-08-20 2009-12-09 富士電機デバイステクノロジー株式会社 点火用半導体装置
JP4462747B2 (ja) 2000-10-31 2010-05-12 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用点火装置
JP3607902B2 (ja) * 2002-07-22 2005-01-05 三菱電機株式会社 内燃機関用点火装置
JP2004080851A (ja) * 2002-08-09 2004-03-11 Aisin Aw Co Ltd 駆動用電源装置
JP3842259B2 (ja) 2003-09-22 2006-11-08 三菱電機株式会社 内燃機関点火装置
JP4432825B2 (ja) * 2005-04-22 2010-03-17 株式会社デンソー 内燃機関用点火装置
JP4911367B2 (ja) 2008-02-12 2012-04-04 株式会社デンソー 内燃機関用点火装置
JP2009284098A (ja) 2008-05-20 2009-12-03 Canon Inc 画像再生装置及びその制御方法、プログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5631494A (en) * 1993-09-17 1997-05-20 Hitachi, Ltd. Power semiconductor device with low on-state voltage
US6218709B1 (en) * 1998-12-17 2001-04-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and semiconductor circuit using the same
CN1801560A (zh) * 2005-11-17 2006-07-12 南京航空航天大学 多路固态功率开关数字化集成控制方法
CN101174619A (zh) * 2006-10-30 2008-05-07 三菱电机株式会社 功率半导体装置
CN101145685A (zh) * 2007-09-25 2008-03-19 华北电力大学 一种三相晶闸管全控桥有源逆变器逆变颠覆保护器

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104508980A (zh) * 2012-07-13 2015-04-08 法雷奥电机控制系统公司 用于控制至少一个晶体管的装置
CN104508980B (zh) * 2012-07-13 2018-10-26 法雷奥电机控制系统公司 用于控制至少一个晶体管的装置
CN105191132A (zh) * 2013-05-10 2015-12-23 株式会社日立制作所 绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置
CN105191132B (zh) * 2013-05-10 2018-01-16 株式会社日立制作所 绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置
CN105378267A (zh) * 2013-07-11 2016-03-02 株式会社电装 点火控制装置
CN105378267B (zh) * 2013-07-11 2017-07-21 株式会社电装 点火控制装置
CN107070438A (zh) * 2016-01-15 2017-08-18 富士电机株式会社 半导体装置
CN107070438B (zh) * 2016-01-15 2022-01-14 富士电机株式会社 半导体装置
CN107035596A (zh) * 2016-01-29 2017-08-11 富士电机株式会社 半导体装置
CN107035596B (zh) * 2016-01-29 2021-01-08 富士电机株式会社 半导体装置
CN107918057A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 联合汽车电子有限公司 点火线圈初级电感的测量方法及其测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP5423377B2 (ja) 2014-02-19
JP2011127444A (ja) 2011-06-30
US20110141640A1 (en) 2011-06-16
US8605408B2 (en) 2013-12-10
DE102010042583A1 (de) 2011-06-16
DE102010042583B4 (de) 2014-02-06
CN102170284B (zh) 2014-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102170284B (zh) 点火器用功率半导体装置
CN102185598B (zh) 点火器用功率半导体装置
JP3484123B2 (ja) 内燃機関用点火装置
JP3530714B2 (ja) 内燃機関用点火装置
CN105952566A (zh) 半导体装置
US10008835B2 (en) Semiconductor apparatus
US7530350B2 (en) Output circuit for an on-vehicle electronic device
JP3740008B2 (ja) 車載イグナイタ、絶縁ゲート半導体装置及びエンジンシステム
US20160010615A1 (en) Ignition control device for internal combustion engine
US7051724B2 (en) Car-mounted igniter using IGBT
US20240102438A1 (en) Igniter and engine ignition device
US11028814B2 (en) Semiconductor device for internal combustion engine ignition
JP4052815B2 (ja) 車載イグナイタおよび車載イグナイタ用ｉｇｂｔ
JP2002157027A (ja) 電力変換装置及び半導体装置
EP3022436A1 (en) Electronic ignition system for an endothermic engine
US8553377B2 (en) Electronic control device
JPS6146662B2 (zh)
JPH09209892A (ja) 内燃機関用点火装置
CN111664043B (zh) 半导体集成电路
US20220120251A1 (en) Electronic device to control an ignition coil of an internal combustion engine and electronic ignition system thereof for detecting a misfire in the internal combustion engine
JPH08237095A (ja) 電力トランジスタの出力電圧を制限するための回路
JP2014218923A (ja) 負荷駆動回路およびサージ保護回路
RU1781448C (ru) Электронный коммутатор
SU1332952A2 (ru) Батарейна система зажигани дл двигателей внутреннего сгорани
JPH0442848B2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant