CN105275708A - 内燃机的点火控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种使电压控制型半导体元件的断开动作时的响应特性提高的内燃机的点火控制装置。包括：点火线圈(13)，将放电电压供给到内燃机的点火装置(12)；电压控制型半导体元件(21)，连接到该点火线圈的一次侧；点火控制部(20)，将栅极信号供给到所述电压控制型半导体元件(21)的栅极而能够使电压控制型半导体元件(21)的接通动作和断开动作在点火期间内反复进行多次。点火控制部(20)将使在电压控制型半导体元件(21)的断开动作时累积在该电压控制型半导体元件(21)的栅极电荷放电到接地的有源元件(24)连接到栅极侧的电阻(R2)与栅极之间，其中，电阻(R2)插入在连接到所述电压控制型半导体元件(21)的栅极的栅极配线上。

Description

内燃机的点火控制装置

技术领域

本发明涉及搭载于车辆的内燃机的点火控制装置。

背景技术

已知有在例如因电池电压降低而导致着火性降低的情况下，在这种内燃机的点火控制装置中进行多重点火的方案。(例如，参照专利文献1、专利文献2)

在专利文献1中记载的现有示例中，公开了以如下方式进行的发动机的点火控制装置，即，当冷启动时和/或发动机水温低时，在正式的点火时机的点火之后，接着每4ms重复通电和断电以追加第二次点火和第三次点火。

另外，在专利文献2中记载的现有示例中，在将命令电池电压的向点火线圈一次侧的施加的点火信号维持在接通的通电时间之后，设置至少一次维持该点火信号断开的放电时间与维持点火信号再次接通的休止时间的组合，由此根据驾驶区域进行使通过连接到点火线圈二次侧的火花塞的火花放电产生多次的多重点火。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-103122号公报

专利文献2：日本特开2000-345949号公报

发明内容

技术问题

但是，在上述专利文献1和专利文献2中记载的现有示例的情况下，当低温时和/或电池电压降低时，尽管可以使点火装置进行多次点火，但为了控制电池电压的向点火线圈的一次侧的施加，在点火线圈的一次侧连接作为开关用晶体管的绝缘栅极双极型晶体管和/或功率MOS电场效应晶体管等电压控制型半导体元件。将点火信号供给到该电压控制型半导体元件的栅极而进行接通、断开控制，当电压控制型半导体元件由接通状态变为断开状态时，在点火线圈的二次侧产生火花电流而通过点火塞产生放电。

但是，在使火花点火连续进行多次的情况下，需要使进行电压控制型半导体元件的断开动作之后进行接通动作的这一过程反复进行，因此会有使电压控制型半导体元件的断开动作时的响应特性无法跟随多重点火信号的可能性。

本发明是针对上述现有示例的问题所完成的发明，其目的在于，提供一种提高了电压控制型半导体元件的断开动作时的响应特性的内燃机的点火控制装置。

技术方案。

为了达到上述目的，本发明的内燃机的点火控制装置的一个形态包括：点火线圈，将放电电压供给到内燃机的点火装置；电压控制型半导体元件，连接到该点火线圈的一次侧；点火控制部，将栅极信号供给到该电压控制型半导体元件的栅极而能够使该电压控制型半导体元件的接通动作和断开动作在点火期间内反复进行多次。而且，点火控制部将使在电压控制型半导体元件的断开动作时累积在该电压控制型半导体元件的栅极电荷放电到接地的有源元件连接到栅极侧的电阻与栅极之间，其中，该电阻插入在连接到电压控制型半导体元件的栅极的栅极配线上。

发明效果

根据本发明的一个形态，将使在电压控制型半导体元件的断开动作时累积在该电压控制型半导体元件的栅极的栅极电荷放电到接地的有源元件连接到电压控制型半导体元件的栅极附近的栅极配线，因此能够以高响应性进行电压控制型半导体元件的断开动作，并正确地跟随多重点火信号。因此，能够可靠地进行点火装置的多重点火。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的电路图。

图2是示出计时电路和多个点火电路的具体构成的电路图。

图3是使点火控制装置单芯片化时的平面图。

图4是图3的主要部分的放大图。

图5是供说明第一实施方式的工作的通常工作时的时序图。

图6是供说明第一实施方式的工作的多重点火工作时的时序图。

图7是示出集电极电压与集电极-栅极间电流的关系的特性曲线图。

图8是示出本发明的第二实施方式的电路图。

图9是示出第二实施方式的计时电路和多个点火电路的具体构成的电路图。

图10是使第二实施方式的点火控制装置单芯片化时的平面图。

图11是示出温度检测电路的具体构成的电路图。

图12是示出第二实施方式的变形示例的使点火控制装置单芯片化时的平面图。

图13是示出电压检测电路的具体构成的电路图。

图14是示出本发明的第三实施方式的电路图。

图15是供说明第三实施方式的工作的时序图。

图16是示出第三实施方式中的栅极电压降低检测电路和多个点火电路的具体构成的电路图。

图17是示出本发明的第四实施方式的电路图。

图18是使点火控制装置双芯片化时的电路图。

符号说明

10…点火控制装置

11…电池

12…点火装置

13…点火线圈

20…点火控制部

21…电压控制型半导体元件

22…栅极配线

23…高耐压恒电流电路

Dc、Dc1…钳位二极管

R1～R4…电阻

24…第一有源元件

25…多个点火电路

26…计时电路

27…第二有源元件

28…控制电路

30…发动机控制单元

41…半导体基板

42…半导体元件形成区域

43…控制电路形成区域

44…第一有源元件形成区域

45…沟道区域

46…发射区域

47e…IGBT发射电极

47g…IGBT栅电极

48d…MOS漏电极

48s…MOS源电极

48g…MOS栅电极

49a、49b…电极配线部

50…温度检测电路

60…温度检测区域

Dt…温度检测用二极管

61…恒电流电路

62、73、81a…判定电路

70…电压检测电路

80…内部电源电路

81…栅极电压降检测电路

90…开关元件

具体实施方式

随着图1对本发明的内燃机的点火控制装置的第一实施方式进行说明。

如图1所示，点火控制装置10包括点火线圈13，点火线圈13从电池11将电源电压施加到一次侧，并将点火装置12连接到二次侧。在该点火线圈13的一次侧连接有构成单芯片点火器的点火控制部20。从发动机控制单元(ECU)30将点火信号供给到该点火控制部20。

点火控制部20包括：连接到点火线圈13的一次侧绕组的与电池11相反侧的集电极端子tc、接地的发射极端子te、连接到发动机控制单元30的栅极端子tg。

而且，在集电极端子tc和发射极端子te间连接有由绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)和/或功率MOS电场效应晶体管构成的电压控制型半导体元件21。该电压控制型半导体元件21的成为高电位侧端子的集电极连接到集电极端子tc，该电压控制型半导体元件21的成为低电位侧端子的发射极连接到发射极端子te。另外，电压控制型半导体元件21的成为控制端子的栅极通过栅极配线22而连接到栅极端子tg。在栅极配线22上串联地插设有至少两个的电阻R1和电阻R2。栅极端子tg侧的电阻R1的电阻值被设定为大于电压控制型半导体元件21的栅极侧的电阻R2的电阻值。作为一个示例，将电阻R1的电阻值设定在例如5kΩ左右，将电阻R2的电阻值设定在例如500Ω左右。

在电阻R1上并联地连接有加速电压控制型半导体元件21的断开的加速二极管Ds。该加速二极管Ds的阴极连接到电阻R1的栅极端子tg侧，阳极连接到了电阻R1的电阻R2侧。

另外，在电压控制型半导体元件21的栅极-集电极间，钳位二极管Dc连接到了电压控制型半导体元件21的集电极与电阻R1和R2之间的中间。当在电压控制型半导体元件21的栅极-集电极间施加了钳位电压(例如400V)以上的电压时，电流在该钳位二极管Dc流动。该电流如后所述流到接地。

另外，电压控制型半导体元件21的集电极和栅电极间连接有高耐压恒电流电路23。该高耐压恒电流电路23由例如耗尽型绝缘栅极双极型晶体管构成，并且插设在电压控制型半导体元件21的集电极和集电极端子tc之间以及栅极电阻R2和电压控制型半导体元件21的栅电极之间。该高耐压恒电流电路23在钳位二极管Dc进行钳位操作时缓和集电极-栅极间电流的急剧上升。

另外，电阻R1和栅极端子tg间的栅极配线与发射极端子te之间插设有栅极-发射电阻R4。

并且，在栅极配线22上的电压控制型半导体元件21的栅极侧的电阻R2与电压控制型半导体元件21的栅电极之间，栅电极侧与发射极端子te之间连接有下拉电阻用的第一有源元件24。该第一有源元件24高响应地迅速进行电压控制型半导体元件21的断开动作，作为一个示例由n沟道MOS电场效应晶体管构成。

为了使在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷迅速流出到接地，该第一有源元件24的漏极连接到电压控制型半导体元件21的栅电极附近的栅极配线22，源极连接到发射极端子te。该有源元件24的漏极与栅极配线22的连接越靠近栅电极越好，与栅极配线22的栅电极之间的电阻值达到300mΩ以下，优选为100mΩ以下，进一步优选为50mΩ以下的位置将有源元件24的漏极连接到最接近栅电极的栅极配线22上，。

而且，从作为放电控制电路的多个点火电路25将栅极信号输入到第一有源元件24的栅极。该多个点火电路25，从电阻R1与加速二极管Ds的阴极的连接点接收作为电源的栅极信号而工作。在该多个点火电路25中输入有来自计时电路26的操作信号，该计时电路26同样从电阻R1与加速二极管Ds的阴极的连接点接收作为电源的栅极信号而工作。

在此，多个点火电路25的具体的结构如图2所示，具有触发器电路25b，触发器电路25b中，从计时电路26输入的操作信号输入到直接设定端子s的同时通过延迟电路25a输入到重新设定端子r。从该触发器电路25b的肯定输出端子y对第一有源元件24输出栅极信号。

计时电路26的具体结构如图2中所示，第一计时部26a、第二计时部26b和第三计时部26c串联连接，从各个计时部26a～26c输出的操作信号通过或门(orgate)26d作为操作信号而输出到多个点火电路25。

第一计时部26a在从发动机控制单元30输出的栅极信号上升到高电平的时间点启动，经过栅极信号下降到低电平的时间点的预定时间之前为止的第一计时期间Tm1时，停止计时而输出脉冲状的第一操作信号。

第二计时部26b根据从第一计时部26a输出的第一操作信号启动，在比第一计时部26a的设定期间Tm1更短的第二计时期间Tm2停止计时而输出第二操作信号。

第三计时部26c根据从第二计时部26b输出的第二操作信号启动，在与第二计时部26b的第二计时期间Tm2相等的计时期间停止计时而输出第三操作信号。

在此，将第一计时部26a的第一计时期间Tm1设定为从发动机控制单元30输出的栅极信号的接通期间Ton的例如80％的期间，第二计时部26b和第三计时部26c的第二计时期间Tm2被设定为栅极信号的接通期间Ton的例如10％的期间。

另外，栅极配线22的电阻R1和R2间与发射极端子te之间连接有用于下拉电阻的第二有源元件27。从控制电路28将栅极信号供给到该第二有源元件27的栅极。

施加到栅极配线22的栅极电压作为电源而供给到控制电路28。该控制电路28进行电压控制型半导体元件21的过电流保护和/或过热保护，因此输入有连接在电压控制型半导体元件21的电流感测端子与发射极端子te之间的电流检测用电阻R3的电流感测端子侧的检测电压，当电压控制型半导体元件21变为过电流状态时，将第二有源元件27控制为接通状态而将栅极配线22接地，由此立即降低栅极电压，使电压控制型半导体元件21断开。另外，当电压控制型半导体元件21的集电极电流Ic达到电流限值时，控制电路28控制第二有源元件27以维持电流限值。第二有源元件27也可以由用于过电流保护、用于过热保护、用于限制电流等的多个有源元件构成。

在每次使点火装置点火的预定点火时期来到时，发动机控制单元30输出预定点火期间达到高电平的电压信号的栅极信号。

接着，图3中示出由单芯片点火器构成的点火控制部20的组成。

如图3所示，就点火控制部20而言，在由例如硅形成的半导体基板41上相邻接地形成有构成电压控制型半导体元件21的半导体元件形成区域42和构成控制电路28的控制电路形成区域43。

半导体元件形成区域42与控制电路形成区域43的边界位置处配置有第一有源元件形成区域44。在图4中放大图示出了这些半导体元件形成区域42和第一有源元件形成区域44的详细情况。在图4中，半导体元件形成区域42在半导体基板41的一个主面配置有条纹状的沟道区域45(＝井区域)，在沟道区域45的表面层配置有条纹状的发射区域46。在该发射区域46的上面形成有IGBT发射电极47e，与该发射电极47e相对比，在控制电路形成区域43侧形成有IGBT栅电极47g。

在第一有源元件形成区域44形成有与IGBT栅电极47g平行的第一有源元件24，在其上面侧隔着MOS栅电极48g而形成有MOS漏电极48d和MOS源电极48s。

而且，MOS漏电极48d通过比MOS漏电极48d宽度更窄的电极配线部49a而电连接到IGBT栅电极47g，MOS源电极48s通过电极配线部49b而被电连接到IGBT发射电极47e。

如此，在半导体基板41上与半导体元件形成区域42邻接而形成第一有源元件形成区域44，因此可以将第一有源元件24的漏极配置在靠近电压控制型半导体元件21的栅极处。这时，第一有源元件24的漏极的栅极配线22侧的连接点可以连接到至电压控制型半导体元件21的栅电极为止的栅极配线22的电阻值达到300mΩ以下，优选为100mΩ以下，更加优选为50mΩ以下的位置处。

接着，参照图5对上述第一实施方式的点火控制装置的工作进行说明。

首先，在不使多个点火电路25和计时电路26工作的通常状态下，在点火装置的预定点火时期，从发动机控制单元30将图5(a)中示出的成为在比较长的预定期间达到高电平的电压信号的栅极信号输入到点火控制部20的栅极端子tg。

因此，栅极信号从低电平上升到高电平的时间点t1开始，电压控制型半导体元件21变成接通状态，电压控制型半导体元件21的集电极电流Ic如图5(b)所示地开始增大。与此同时，电压控制型半导体元件21的集电极电压Vc则如图5(c)所示，降低到接近接地电平的低电平(例如1.3V)。然后，在电压控制型半导体元件21的集电极电流Ic达到电流限值的时间点t2，集电极电压Vc通过点火线圈13的电感系数L和流经点火线圈13的电流的变化率di/dt，按照L(di/dt)缓慢上升，然后从时间点t3开始以例如3～5V的低电压维持一定电压。

而且，在电压控制型半导体元件21被控制为接通状态期间，電磁能累积在点火线圈13的一次侧绕组。然后，如图5(a)所示，若超过预定的点火期间Ton后，栅极信号在时间点t4恢复到低电平，则于此对应，电压控制型半导体元件21的栅极电压通过加速二极管Ds而减小，电压控制型半导体元件21断开。由此，累积在点火线圈13的電磁能被传递到二次绕组，与一次绕组的电流变化对应的感应电压在二次绕组产生。由此，通过点火装置12产生火花放电而驱动内燃机。

对此，当使多个点火电路25和计时电路26处于工作状态时，变成图6中示出的多重点火工作。

即，从发动机控制单元30输入的栅极信号从低电平转换到高电平的时间点t11开始至电压控制型半导体元件21的集电极电流Ic达到电流限值的时间点t12为止，除了在时间点t11启动计时电路26的第一计时部26a以外，进行与上述的图5中的时间点t1～t2同样的工作。

然后，如果在时间点t12后的时间点t13第一计时部26a停止计时而输出第一操作信号，则在第二计时部26b启动的同时，第一操作信号通过或门26d作为触发信号被输入到多个点火电路25。因此，触发器电路25b置位，从其肯定输出端子y将高电平的栅极信号输出到第一有源元件24的栅极。

因此，第一有源元件24变为接通状态，使在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷不通过电阻元件而瞬间通过第一有源元件24放电到接地。因此，电压控制型半导体元件21变为断开状态，其集电极电流Ic被切断，如图6(b)所示，在时间点t13降低至零的同时，如图6(c)所示，电压控制型半导体元件21的集电极电压Vc在时间点t13变为钳位电压急剧上升到例如400V。由此，与上述的图5的时间点t4同样，通过点火装置12产生火花放电，驱动内燃机。

这时，从比较大的电阻值的电阻R1与栅极端子tg之间将栅极信号作为电力而供给到多个点火电路25和计时电路26，因此即使第一有源元件24变为接通状态，也可以维持电力供给状态而使多个点火电路25和计时电路26的工作状态继续。

然后，如果在时间点t14从多个点火电路25的延迟电路25a输出第一操作信号的延迟信号，则触发器电路25b复位，从其肯定输出端子y输出的栅极信号变为低电平，第一有源元件24变为断开状态。

因此，恢复到通过栅极配线22的电阻R1向电压控制型半导体元件21供给栅极信号的状态，电压控制型半导体元件21变为接通状态，集电极电流Ic急剧增大的同时，集电极电压Vc急剧减小。由此，電磁能累积在点火线圈13的一次侧绕组。

然后，如果在时间点t15经过第二计时期间Tm2后第二计时部26b停止计时，则第二操作信号通过或门26d而被输出到多个点火电路25。因此，在多个点火电路25，与上述时间点t13相同地，触发器电路25b置位而从肯定输出端子y将高电平的栅极信号输出到第一有源元件24的栅极。因此，将第一有源元件24被控制为接通状态，在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷不通过电阻元件而瞬间通过第一有源元件24放电到接地。

因此，电压控制型半导体元件21变为断开状态，集电极电流Ic急剧降低，集电极电压Vc急剧增大到钳位电压。由此，与上述时间点t13相同，通过点火装置12产生火花放电，驱动内燃机。

然后，在时间点t16从多个点火电路25的延迟电路25a将第二操作信号的延迟信号供给到触发器电路25b的复位端子r，由此该触发器电路25b复位，第一有源元件24恢复到断开状态，电压控制型半导体元件21恢复到接通状态。

然后，如果在时间点t17第三计时部26c停止计时而输出第三操作信号，则进行与上述时间点t15同样的工作，第一有源元件24变为接通状态，电压控制型半导体元件21瞬间变为断开状态，通过点火装置12产生火花放电。然后，在时间点t18与时间点t16相同地，第一有源元件24变为断开状态而电压控制型半导体元件21恢复到接通状态，但紧接着从发动机控制单元30输入的栅极信号从高电平转变为低电平，因此在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷通过电阻R2和加速二极管Ds放电到发动机控制单元30侧。因此，电压控制型半导体元件21变为断开状态。

另外，在本实施方式中，在电压控制型半导体元件21的集电极-栅极间并联连接有钳位二极管Dc和高耐压恒电流电路23。因此，电压控制型半导体元件21若从接通状态变为断开状态，则电压控制型半导体元件21的集电极电压Vc急剧上升。如果该集电极电压Vc达到钳位二极管Dc的设定电压例如400V，则剩余的电流通过钳位二极管Dc，再通过加速二极管Ds、栅极-发射之间的电阻R4，进一步通过发射极端子te而流到接地。由此，集电极电压Vc被限定在400V。

这时，对于集电极-栅极间的电流而言，如果仅使钳位二极管Dc插入在集电极-栅极间，则如图7中的特性线L1所示，集电极电压Vc从即将达到设定电压之前开始急剧上升，集电极-栅极间的电流的电流变化率变大，钳位电压变得不稳定。

但是，在第一实施方式中，与钳位二极管Dc并联地连接有高耐压恒电流电路23。在该高耐压恒电流电路23中，当集电极电压Vc从0V附近的状态增大时，如图7中特性线L2所示，使集电极-栅极之间的电流以饱和曲线状增大，然后，无论集电极电压如何增大，维持在与电压控制型半导体元件21的栅极充电电流相比足够小的大致一定的电流值。

因此，集电极-栅极间的电流为流经高耐压恒电流电路23的电流与流经钳位二极管Dc的电流之和，因此如图7中的特性线L3所示，能够缓和集电极电压Vc上升至钳位电压时的集电极-栅极间的电流的变化率，并能够抑制钳位电压的变动。

需要说明的是，当电压控制型半导体元件21变为过电流状态时，通过控制电路28检出该过电流状态而使第二有源元件27变为接通状态，由此能够使电压控制型半导体元件21断开而停止工作。同样地，当电压控制型半导体元件21的温度上升而变为过热状态时，也通过控制电路28使第二有源元件27变为接通状态，由此能够停止电压控制型半导体元件21的驱动。

如此，根据第一实施方式，在使电压控制型半导体元件21接通/断开而使点火装置12继续多次进行多重点火的情况下，在多个点火电路25中，不通过电阻元件在成为低配线电阻的位置处将第一有源元件24的漏极连接到电压控制型半导体元件21的栅极，并使该第一有源元件24的源极接地。由此，能够以高响应性进行多重点火工作时的电压控制型半导体元件21的断开动作，确保多重点火时的电压控制型半导体元件21的跟随性而能够可靠地进行多重点火工作。

另外，如第一实施方式那样，能够将从发动机控制单元30供给的栅极信号作为电源而使多个点火电路25和计时电路26工作来进行多重点火工作，因此无需设置专门的内部电源电路，能够简化点火控制部20的整体构成。

并且，在电压控制型半导体元件21的集电极-栅极间与钳位二极管Dc并联地连接有高耐压恒电流电路23，因此能够抑制集电极-栅极间的电流的急剧变化而抑制集电极电压的变动。

接着，对图8中的本发明的第二实施方式进行说明。

在该第二实施方式中，使多个点火电路25和计时电路26在低温时工作。该第二的实施方式中，与第一的实施方式相同的部件标注同一符号而省略对于其详细说明。

即，在第二的实施方式中，如图8所示，在点火控制部20内设置温度检测电路50。该温度检测电路50在寒冷地区等点火装置12难以放电点火的低温时，将高电平的温度检测信号输出到计时电路26。如图9所示，计时电路26的或门26d的输出侧连接到与门(andgate)26e的一个输入侧，从温度检测电路50输入的温度检测信号被输入到该与门26e的另一个输入侧。

而且，与门26e的输出作为操作信号而输出到多个点火电路25。

在此，如图10所示，温度检测电路50形成在半导体基板41的半导体元件形成区域42内的温度检测区域60。温度检测电路50的具体的构成如图11所示，包括串联的多个段，例如4段串联连接的温度检测用二极管。如图8和图11所示，温度检测用二极管Dt的阳极通过恒电流电路61而连接到栅极配线22的电阻R1与加速二极管Ds的阴极的连接点，阴极连接到发射极端子te。

而且，温度检测用二极管Dt与恒电流电路61之间的连接点的检测电压被供给到判定电路62，当检测电压在该判定电路62被判定为与低温时的设定温度对应的设定值以下时，将高电平的温度检测信号输出到计时电路26。

根据该第二实施方式，在形成了半导体基板41的电压控制型半导体元件21的半导体元件形成区域42的温度比低温设定温度高的情况下，温度检测电路50的恒电流电路61与温度检测用二极管Dt的连接点的电压变得比低温设定电压高，因此从判定电路62将低电平的温度检测信号St输出到计时电路26。

因此，在计时电路26中，通过关闭与门26e，从与门26e不输出操作信号。因此，多个点火电路25的触发器电路25b继续复位状态，第一有源元件24继续断开状态。

因此，当从发动机控制单元30输入的栅极信号从接通状态变为断开状态时，电压控制型半导体元件21变为断开状态，进行与上述第一实施方式的图5同样的通常点火工作。

但是，在寒冷地等车辆停止或行驶时，半导体基板41的半导体元件形成区域42的温度低的情况下，温度检测用二极管Dt的电阻值变小，由此恒电流电路61与温度检测用二极管Dt的连接点的电压下降，变得比低温设定电压低，因此从判定电路62将高电平的温度检测信号St输出到计时电路26。

因此，在计时电路26中通过打开与门26e，可以使来自计时电路26的操作信号向多个点火电路25的输出成为可能。

因此，如果从发动机控制单元30输入的栅极信号变为高电平，则从计时电路26将第一操作信号、第二操作信号和第三操作信号通过或门26d和与门26e而供给到多个点火电路25的触发器25b和延迟电路25a。因此，在多个点火电路25，开始与第一实施方式中的多重点火工作同样的多重点火工作，进行与图6同样的工作，每次输入有第一操作信号、第二操作信号和第三操作信号时触发器电路25b被置位而将栅极信号输出到第一有源元件24。因此，电压控制型半导体元件21瞬间断开，集电极电压上升到由钳位二极管Dc确定的钳位电压。由此，进行通过点火装置12进行反复产生三次火花放电的多重点火工作。

根据该第二实施方式，仅当电压控制型半导体元件21变为难以进行点火工作的低温状态时进行多重点火工作，在该低温状态以外的状态下，能够进行通常点火工作。因此，除能够获得与上述第一实施方式同样的作用效果之外，与经常进行多重点火操作的情况相比较，还能够限制点火装置12的火花放电次数，并能够使点火装置12寿命变长。

需要说明的是，在上述第二实施方式中，对检出电压控制型半导体元件21的温度而仅在低温时进行多重点火的情况进行了说明，但其不限于此。即，当检出电池电压降低时，也可以进行多重点火工作。在这种情况下，如图12所示，在半导体基板41的控制电路形成区域43形成电压检测区域71，在该电压检测区域71构成具有图13所示的电路结构的电压检测电路70。该电压检测电路70具有以下结构，即，形成在半导体元件形成区域42的发射电极、在与该发射电极相反侧的面上形成的集电极处形成恒电流电路72与分压电阻R11和R12的串联电路，由此将在分压电阻R11和R12的连接点得到的检测电压供给到判定电路73。而且，通过判定电路73判定集电极电压即电池11的电池电压是否降到设定电压以下，当电池电压为设定电压以下时，将高电平的电压检测信号供给到上述图9的计时电路26的与门26e。

通过该构成，当电池11的电源电压超过设定电压时，从电压检测电路70的判定电路73将低电平的电压检测信号输出到计时电路26的与门26e，由此使计时电路26和多个点火电路25停止工作。但是，当电池11的电源电压降低而电压控制型半导体元件21的集电极电压降低到设定电压以下时，从电压检测电路70的判定电路73将高电平的电压检测信号输出到计时电路26的与门26e，由此能够使计时电路26和多个点火电路25处于工作状态而进行多重点火工作。

接着，按图14对本发明的第三实施方进行说明。

在该第三实施方式中，向点火控制部20供给电池11的电源而形成内部电源，通过该内部电源来驱动内部电路。

即，在第三实施方式中，如图14所示，在点火控制部20形成从电池11得到电池电力的供给的电池电力输入端子tb，并且在点火控制部20内设置有连接到电池电力输入端子tb的内部电源电路80。

另外，在点火控制部20内，取代计时电路26而设置有检出从栅极电压的高电平向低电平的转变时的电压降的栅极电压降检测电路81。

内部电源电路80具有调节器的结构，将所供给的电池电压变换为使多个点火电路25、控制电路28和栅极电压降检测电路81工作的内部电源电压，并供给到多个点火电路25、控制电路28和栅极电压降检测电路81。

因此，多个点火电路25和栅极电压降检测电路81不从栅极信号接受电源供给，因此可以进行与栅极信号的电平无关的工作。

因此，在第三实施方式中，如图15所示，通过使从发动机控制单元30输出的栅极信号处于多重点火形态，能够进行与上述第一和第二实施方式同样的多重点火工作。与第一和第二实施方式不同，该栅极信号成为多重点火用的栅极信号。如图15所示，该多重点火用栅极信号由第一矩形波W1、第二矩形波W2和第三矩形波W3形成，其中，第一矩形波W1是多个高电平的期间与第一计时期间Tm1相对应而较长；第二矩形波W2是从该第一矩形波W1向低电平转变而经过与延迟电路25a的延迟时间相当的短时间后变为高电平，并且高电平的期间被设定为从第二计时期间Tm2减去延迟时间的期间；第三矩形波W3是从该第二矩形波W2转变到低电平开始经过与延迟电路25a的延迟时间相当的短期间后成为高电平，高电平的期间与第二矩形波W2相等。

如图16所示，栅极电压降检测电路81具有输入有栅极信号的分压电阻R21和R22，将从这些分压电阻R21和R22的连接点所得到的电压供给到判定电路81a。当多重点火用栅极信号从处于高电平的状态向低电平的状态变化时，该判定电路81a判定是否降低到设定电压以下。因此，判定电路81a通常将低电平的判定信号输出到多个点火电路25的触发器电路25b和延迟电路25a，但当多重点火用栅极信号从高电平向低电平进行状态变化时的电压变为设定电压以下时，将高电平的判定信号输出到多个点火电路25的触发器电路25b和延迟电路25a。

根据该第三实施方式，从发动机控制单元30输出与第一和第二实施方式同样的栅极信号的情况下，当栅极信号从高电平转变到低电平时，从栅极电压降检测电路81的判定电路81a将高电平的判定信号输入到多个点火电路25的触发器电路25b和延迟电路25a，因此第一有源元件24在延迟电路25a的延迟时间变为接通状态，电压控制型半导体元件21变为断开状态，集电极电压Vc上升到钳位电压而通过点火装置12产生火花放电。

另一方面，当在发动机控制单元30侧检出低温状态和/或电池电压降低状态时，输出图15(a)示出的多重点火用栅极信号。

如果该多重点火用栅极信号被输出到点火控制部20的栅极端子tg，则在第一矩形波W1变为高电平的时间点t21，电压控制型半导体元件21变为接通状态，集电极电流Ic如图15(b)所示地缓慢增大，与此对应，集电极电压Vc降低到接近接地电平的值。在该第一矩形波W1持续高电平的状态下，在栅极电压降检测电路81中，判定电路81a输出低电平的判定信号至多个点火电路25的触发器电路25b和延迟电路25a，因此触发器电路25b维持复位状态，从肯定输出端子y输出的栅极信号也被维持在低电平。因此，第一有源元件24持续断开状态。

如果然后在时间点t22，集电极电流Ic达到电流限值，然后在时间点t23第一矩形波W1从高电平向低电平进行状态变化，这时的栅极电压变为设定电压以下，则从栅极电压降检测电路81的判定电路81a将高操作的判定信号供给到多个点火电路25的触发器电路25b和延迟电路25a。因此，与第一和第二实施方式同样，触发器电路25b被置位，从其肯定输出端子y将高电平的栅极信号输出到第一有源元件24的栅极。因此第一有源元件24变为接通状态，在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷不通过电阻元件而通过使配线电阻变为最小的第一有源元件24放电到接地。由此，电压控制型半导体元件21变为断开状态，与第一实施方式的图6相同，集电极电流Ic急剧降低的同时，集电极电压急剧上升而达到钳位电压。因此，通过点火装置12产生火花放电而驱动内燃机。

然后，在时间点t24，判定信号被延迟电路25a延迟并输出，因此触发器电路25b被复位，第一有源元件24恢复到断开状态。与此同时，如图15(a)所示，在多重点火栅极信号中，通过第二矩形波W2变为高电平，使得电压控制型半导体元件21变为接通状态。因此，集电极电流Ic增大的同时，集电极电压Vc急剧减小到接近接地电平的电压，然后集电极电流达到电流限值之后，在时间点t25，第二矩形波W2从高电平向低电平进行状态变化。

因此，与时间点t23相同，如果栅极电压降低到设定电压以下，则从判定电路81a将高电平的判定信号供给到多个点火电路25的触发器电路25b和延迟电路25a。因此，从触发器电路25b输出的栅极信号变为高电平，第一有源元件24变为接通状态，在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷通过第一有源元件24瞬间放电到接地。由此电压控制型半导体元件21变为断开状态，通过点火装置12产生火花点火。

同样，如果在时间点t26第三矩形波W3变为高电平，则进行以下与上述同样的工作，当从第三矩形波W3的高电平向低电平状态变化时，使第一有源元件24成为接通状态而使电压控制型半导体元件21瞬间变为断开状态，集电极电压上升到钳位电压而通过点火装置12产生火花放电。

如此根据第三实施方式，通过来自发动机控制单元30的多重点火用栅极信号，进行多重点火工作，这时栅极电压从高电平向低电平进行状态变化时，通过多个点火电路25将第一有源元件24控制到接通状态，因此能够不通过电阻元件而通过最小配线电阻使在电压控制型半导体元件21的栅极累积的电荷放电到接地，能够以高响应性来可靠地进行电压控制型半导体元件21的断开动作。因此，能够获得与上述第一和第二实施方式同样的作用效果。

需要说明的是，在上述第三实施方式中，对从发动机控制单元30将多重点火用栅极信号供给到点火控制部20的情况进行了说明，但其不限于此，也可以将与第一和第二实施方式同样的栅极信号供给到点火控制部20，且在点火控制部20内设置多个点火电路25和计时电路26或者多个点火电路25、计时电路26和温度或电压检测电路。在这种情况下，除通过内部电源电路80的内部电源电压而驱动多个点火电路25和计时电路26以外，能够进行与上述第一和第二实施方式同样的工作，并获得同样的作用效果。

接着，参照图17对本发明的第四实施方式进行说明。

在该第四实施方式中，在上述第二实施方式中从通常点火工作切换到多重点火工作的情况下，钳位电压也同时提高。

即，在第四实施方式中，如图17所示，在第二的实施方式中的图8的结构中，与钳位二极管Dc串联连接高耐压的开关元件90，并与这些钳位二极管Dc和开关元件90的串联电路并联连接具有比钳位二极管Dc的钳位电压(例如400V)高的钳位电压(例如500V)的钳位二极管Dc1。而且，通过变换器将从温度检测电路50输出的温度检测信号供给到开关元件90，由此当温度检测信号为高电平时开关元件90被控制为断开状态，而在低电平时开关元件90被控制为接通状态。

根据该第四实施方式，由于在电压控制型半导体元件21的温度比设定温度高的状态下，从温度检测电路50的判定电路62输出低电平的温度检测信号，因此开关元件90变为接通状态，在电压控制型半导体元件21的集电极-栅极间并联连接有钳位二极管Dc和Dc1。

在该状态下，当电压控制型半导体元件21接通后被断开时，电压控制型半导体元件21的集电极电压Vc上升，但通过两个钳位二极管Dc和Dc1之中的钳位电压较低的钳位二极管Dc使该集电极电压钳位。因此，能够实现与第二的实施方式同样的作用效果。

但是，在电压控制型半导体元件21的温度降低到设定电压以下的情况下，从温度检测电路50的判定电路62输出高电平的温度检测信号。由此多个点火电路25和计时电路26变为工作状态而进行多重点火工作。这时，通过变换器将从判定电路62输出的高电平的温度检测信号供给到开关元件90，因此开关元件90变为断开状态，电压控制型半导体元件21的集电极-栅极间仅连接有高钳位电压的钳位二极管Dc1。因此，电压控制型半导体元件21在接通后断开时，集电极电压Vc被钳位到比通常工作时更高的钳位电压(例如500V)。因此，供给到点火装置12的放电电压与通常时相比变高，能够可靠地进行火花放电。

根据该第四实施方式，在电压控制型半导体元件21的温度低的状态下，进行使点火装置12的火花放电次数增加的多重点火工作，同时能够将电压控制型半导体元件21的集电极电压Vc的钳位电压提高为相比通常点火工作更高，因此可以可靠地进行多重点火，不会对内燃机的驱动造成障碍。

需要说明的是，在上述第一实施方式至第四的实施方式中，在多重点火操作中，对使点火装置12与通常时情况比较多两次火花放电的情况下进行了说明，但其不限于此，能够任意设定点火装置12的火花放电次数。

另外，在上述第一实施方式至第四实施方式中，对点火控制部20构成为单芯片点火器的情况进行了说明，但其不限于此，如图18所示，也可以将电压控制型半导体元件21和第一有源元件24构成为一个芯片，并使多个点火电路25、计时电路26等构成为其它芯片后，电连接两个芯片。

Claims (15)

1.一种内燃机的点火控制装置，包括：点火线圈，将放电电压供给到内燃机的点火装置；电压控制型半导体元件，连接到该点火线圈的一次侧；点火控制部，将栅极信号供给到所述电压控制型半导体元件的栅极而能够使该电压控制型半导体元件的接通动作和断开动作在点火期间内反复进行多次，其特征在于，

所述点火控制部将使在所述电压控制型半导体元件的断开动作时累积在该电压控制型半导体元件的栅极电荷放电到接地的有源元件连接到所述栅极侧的电阻与所述栅极之间，其中，所述电阻插入在连接到所述电压控制型半导体元件的栅极的栅极配线上。

2.根据权利要求1所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述栅极配线中的所述有源元件的连接点与所述电压控制型半导体元件的栅极之间的电阻值为300mΩ以下。

3.根据权利要求1所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述栅极配线中的所述有源元件的连接点与所述电压控制型半导体元件的栅极之间的电阻值为100mΩ以下。

4.根据权利要求1所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述栅极配线中的所述有源元件的连接点与所述电压控制型半导体元件的栅极之间的电阻值为50mΩ以下。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部包括：放电控制电路，当发生从所述栅极信号的接通状态向断开状态的状态变化时使所述有源元件进行接通动作。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部包括：

计时电路，在所述栅极信号从接通状态变为断开状态之前，输出使所述有源元件多次重复处于接通状态的计时信号；

放电控制电路，根据该计时电路的计时信号，使所述有源元件处于导通状态。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部构成为具有温度检测电路，由此当由该温度检测电路检出的温度为设定温度以下时，使所述电压控制型半导体元件的接通动作和断开动作进行多次。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部构成为具有电压检测电路，所述电压检测电路检测将电力供给到所述点火线圈的直流电源的电源电压，由此当由该电压检测电路检出的电源电压为设定电压以下时，使所述电压控制型半导体元件的接通动作和断开动作进行多次。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部形成在所述电压控制型半导体元件所形成的芯片内。

10.根据权利要求1至8中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部形成在除所述电压控制型半导体元件所形成的芯片之外的其它芯片上。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部构成为将由发动机控制单元供给的栅极信号作为电源而工作。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部包括内部电源电路，所述内部电源电路得到将电力供给到所述点火线圈的直流电源的电源电压的供给而输出内部工作电力。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述点火控制部在所述电压控制型半导体元件的高电位侧端子与栅极端子之间并联连接有钳位二极管和高耐压恒电流电路。

14.根据权利要求13所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述高耐压恒电流电路由耗尽型绝缘栅极双极型晶体管构成。

15.根据权利要求1至10中的任一项所述的内燃机的点火控制装置，其特征在于，所述电压控制型半导体元件由绝缘栅极型双极型晶体管和MOS电场效应晶体管中的任意一种构成。