CN209637932U - 用于控制点火线圈的点火器电路和点火系统 - Google Patents

用于控制点火线圈的点火器电路和点火系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型题为“用于控制点火线圈的点火器电路和点火系统”。本实用新型涉及一种用于控制点火线圈和点火系统的点火器电路。本实用新型所解决的技术问题是在ECU故障的情况下，所述点火线圈会以引发火花塞处的意外火花的方式关断。所述点火电路和/或所述点火系统在过度停留条件的情况下激活点火线圈的软关断。所述电路和/或所述系统包括第一电压‑电流转换器和第二电压‑电流转换器，并且利用转换器输出的差值来控制通过所述点火线圈的电流。在所述软关断期间，电流在第一周期期间非线性地降低并且在紧跟的第二周期期间线性地降低。本实用新型所实现的技术效果是提供点火器电路，所述点火器电路控制所述点火线圈的所述关断以防止意外火花。

Description

用于控制点火线圈的点火器电路和点火系统
技术领域
本实用新型涉及用于控制点火线圈和点火系统的点火器电路。
背景技术
通常用于点火系统中的点火线圈可为电控的。具体地讲，电子控制单元(ECU)一般控制点火线圈的停留时间。停留时间是线圈接通的时间周期，并且通常基于系统应用来预先确定。然而，在一些情况下，ECU发生故障可导致点火线圈接通时间长于应有时间(该条件可称为“过度停留”)，这可引起点火线圈损坏(例如，熔化)。在这种情况下，如果点火线圈操作时间进入过度停留，许多常规系统会激活“软关断”操作以缓慢减少通过点火线圈的电流。然而，常规软关断方法可在软关断周期期间引发火花塞处的意外火花，这是由于在软关断周期开始时会发生电感反冲。
发明内容
本实用新型所解决的技术问题是在ECU故障的情况下，点火线圈会以引发火花塞处的意外火花的方式关断。
在各种实施方案中，点火电路和/或点火系统在过度停留条件的情况下激活点火线圈的软关断。该电路和/或系统包括第一电压-电流转换器和第二电压-电流转换器，并且利用转换器输出的差值来控制通过点火线圈的电流。在软关断期间，电流在第一周期期间非线性地降低并且在紧跟的第二周期期间线性地降低。
根据一个方面，用于控制点火线圈的点火器电路包括：斜坡发生器，该斜坡发生器被配置为生成斜坡电压；和保护电路，该保护电路耦接到斜坡发生器并且包括：第一电压-电流转换器，该第一电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；和第二电压-电流转换器，该第二电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；其中第一电压-电流转换器和第二电压-电流转换器中的每一者的输出在参考节点处彼此耦接。
在一个实施方案中，第一电压-电流转换器控制第一电流，当斜坡电压升高时，该第一电流降低参考节点处的参考电压；并且第二电压-电流转换器控制第二电流，当斜坡电压升高时，该第二电流升高参考节点处的参考电压。
在一个实施方案中，保护电路在参考节点处生成第一电流和第二电流的差值信号。
在一个实施方案中，第一电压-电流转换器包括反相输入端子，该反相输入端子耦接到斜坡发生器的输出端子；并且第二电压-电流转换器包括：反相输入端子，该反相输入端子耦接到第一电压-电流转换器的非反相输入端子；和非反相输入端子，该非反相输入端子耦接到斜坡发生器的输出端子。
在一个实施方案中，点火器电路还包括开关元件，该开关元件耦接到保护电路的输出；其中该开关元件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该绝缘栅双极晶体管包括：耦接到保护电路的输出的栅极端子；和耦接到点火线圈的集电极端子；以及耦接到感测电阻器的发射极端子。
在一个实施方案中，保护电路被配置为根据参考节点处的电压来限制通过点火线圈的电流以产生软关断周期，其中该软关断周期包括：非线性降低电流的第一周期；以及紧跟在第一周期后的线性降低电流的第二周期。
在一个实施方案中，保护电路还包括电流限制器电路，该电流限制器电路根据点火线圈的电流来限制IGBT的栅极电压。
在另一个方面，点火系统包括：点火线圈；和点火器电路，该点火器电路耦接到点火线圈并且包括：斜坡发生器，该斜坡发生器被配置为生成斜坡电压；保护电路，该保护电路包括：第一电压-电流转换器，该第一电压-电流转换器包括反相端子，该反相端子耦接到斜坡发生器的输出端子；第二电压-电流转换器，该第二电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；其中第一电压-电流转换器和第二电压-电流转换器中的每一者的输出在参考节点处彼此耦接；和耦接到参考节点的电流限制器电路；和开关元件，该开关元件耦接到：保护电路的输出端子；以及点火线圈。
在一个实施方案中，第一电压-电流转换器控制第一电流，当斜坡电压升高时，该第一电流降低参考节点处的参考电压；第二电压-电流转换器控制第二电流，当斜坡电压升高时，该第二电流升高参考节点处的参考电压；并且保护电路在参考节点处生成第一电流和第二电流的差值信号。
在一个实施方案中，开关元件对反馈回路作出响应，其中反馈回路提供信号以指示通过点火线圈的电流的幅值。
本实用新型所实现的技术效果是提供点火器电路，该点火器电路控制点火线圈的关断以防止火花塞意外发火花。
附图说明
当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。
图1是根据本技术的示例性实施方案的点火系统的框图；
图2是根据本技术的示例性实施方案的点火器的电路图；
图3是根据本技术的示例性实施方案示出电压-电流转换器的I-V特征的曲线图；
图4A是根据本技术的示例性实施方案示出随时间推移的电子控制单元信号的曲线图；
图4B是根据本技术的示例性实施方案示出随时间推移的线圈电流的曲线图；
图4C是根据本技术的示例性实施方案示出随时间推移的点火线圈的次级电压的曲线图；
图4D是根据本技术的示例性实施方案示出随时间推移的斜坡发生器输出的曲线图；
图4E是根据本技术的示例性实施方案示出电压-电流转换器输出的曲线图；
图4F是根据本技术的示例性实施方案示出参考节点处的电压的曲线图；以及
图5是根据本技术的示例性实施方案示出点火系统的软关断周期的曲线图。
具体实施方式
本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可采用可执行多种功能的各种电源、电流源、电流限制器、电压-电流转换器、点火线圈等。另外，本技术可结合任何数量的系统(诸如汽车、船舶和航空系统)实施，并且所述的这些系统仅为该技术的示例性应用。此外，本技术可采用任何数量的常规技术来提供控制信号、提供电流源、限制电流等。
根据本技术的各个方面的用于点火系统的方法和装置可结合任何合适的汽车系统(诸如具有内燃机的汽车等)一起操作。参见图1和图2，示例性点火系统100可结合到由内燃机提供动力的汽车系统中。例如，在各种实施方案中，点火系统100可包括电子控制单元(ECU)125、点火器130、点火线圈105、电源120和火花塞135，它们一起操作以生成极高电压并产生火花，该火花会点燃引擎燃烧室中的燃料空气混合物。
电源120充当点火系统100的电源。例如，电源120可生成DC(直流) 电压源。电源120可包括用于生成功率的任何合适的设备和/或系统。例如，电源120可包括通常用于汽车应用的12伏铅酸电池。在示例性实施方案中，电源120可耦接到点火线圈105。在各种实施方案中，电源120还可耦接到其他部件(诸如ECU 125)以有利于操作。
ECU 125可控制点火系统100中的一个或多个部件的各种操作。例如， ECU 125可被配置为传输表示接通/断开模式、特定操作状态等的各种控制信号。在示例性实施方案中，ECU 125可耦接到点火器130，并且被配置为传输ECU信号以操作点火器130。例如，ECU信号可表示点火器130的接通/断开模式，继而控制点火线圈105的操作。在一些情况下，ECU125可发生故障，导致点火器130和点火线圈105的非预期操作。
一般来讲，ECU 125可用预定停留时间进行编程，该预定停留时间是点火线圈130在接通模式下为实现正常操作而应有的优选时间量。可根据特定应用、电源120的额定规格和/或点火线圈105的变换能力来选择停留时间。在一些情况下，停留时间基于线圈电流极限ILIM(图4B)，使得在通过点火线圈105的电流已达到线圈电流极限ILIM之后ECU 125断开点火器130。在ECU 125未在所需时间断开点火器130的情况下，点火器130 和点火线圈105将继续在接通模式下操作一段称为“过度停留”的时间周期。
点火线圈105将电源120的DC电压变换为在火花塞135中产生电火花所需的更高电压，该电火花继而点燃进给到引擎的燃料空气混合物。例如，点火线圈105可电耦接到电源120的正极端子及火花塞135。点火系统 100可包括任何合适的线圈，例如感应线圈。在各种实施方案中，点火线圈 105可包括具有初级电压VC1的初级线圈110和具有次级电压VC2的次级线圈115。在示例性实施方案中，初级线圈110包括匝数相对较少的导线，并且次级线圈115包括比初级线圈110中所使用的更细且匝数更多的导线。一般来讲，点火线圈105可根据匝数比(N＝N2/N1)来描述，该匝数比是次级线圈115的匝数(N2)比初级线圈110的匝数(N1)。一般来讲，次级电压 VC2等于初级电压VC1乘以匝数比。因此，次级电压VC2高于初级电压VC1。在示例性实施方案中，初级线圈110可耦接到点火器130，并且次级线圈 115可耦接到火花塞135。
根据各种实施方案，点火器130控制和/或测量(或者检测或感测)通过点火线圈105的线圈电流ICOIL。在示例性实施方案中，点火器130可耦接到初级线圈110，并且线圈电流ICOIL可为通过初级线圈110的电流。点火器130可包括用于电流感测、信号放大、控制参考电压、将电压转换为电流、控制和/或限制电流等的各种电路设备和/或系统。例如，点火器130 可包括斜坡发生器230、第一电压-电流转换器205、第二电压-电流转换器 210、电流限制器电路215以及开关元件220。
参见图1、图2和图5，点火器130被配置为控制线圈电流ICOIL并且提供点火线圈105的软关断操作。在示例性实施方案中，点火器130可包括保护电路200，该保护电路结合开关元件220一起操作以逐渐减少通过初级线圈110的电流(即，线圈电流ICOIL)直至点火线圈105完全关断并且不再向火花塞135提供电压。在本情况下，且参见图5，点火器130在软关断的第一周期500期间以非线性方式减少线圈电流ICOIL。点火器130进一步在第二周期505期间以线性方式减少线圈电流ICOIL直至线圈电流ICOIL达到零。在示例性实施方案中，线性降低周期(即，第二周期505)紧跟在非线性降低周期(即，第一周期500)之后。软关断操作的总时间可称为软关断周期TSSD。
软关断的特定时间长度TSSD可取决于初级线圈110的电感L、点火线圈105的匝数比N以及次级电压VC2和初级电压VC1。一般来讲，初级电压 VC1被定义为：VC1＝L×di/dt；并且次级电压被定义为：VC2＝N×VC1＝N ×L×di/dt。此外，软关断周期TSSD可被定义为：TSSD＝N×L×ICOIL/VC2。在线圈电流ICOIL达到线圈电流极限ILIM的情况下，软关断周期TSSD可被定义为：TSSD＝N×L×ILIM/VC2。在示例性实施方案中，软关断周期TSSD 可在大约5毫秒(ms)至30ms的范围内，第一周期500可在大约0.5ms至3ms的范围内，并且第二周期505可在大约5ms至30ms的范围内。具体地讲，可能希望第一周期500的时间长度不到软关断周期TSSD的大约10％。在任何情况下，可能希望软关断周期TSSD尽可能短以防止点火线圈105损坏，同时以上述方式减少线圈电流ICOIL以便防止意外火花。
斜坡发生器230可被配置为生成第一参考电压，诸如斜坡电压VRAMP。在示例性实施方案中，斜坡发生器230可被配置为将斜坡电压VRAMP传输到保护电路200。例如，斜坡发生器230可耦接到第一电压-电流转换器205 和第二电压-电流转换器210，并且被配置为将斜坡电压VRAMP传输到第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210。斜坡发生器230可包括任何合适的斜坡发生电路和/或系统。斜坡发生器230还可耦接到ECU 125。在各种实施方案中，斜坡发生器230可对来自ECU 125的控制信号作出响应。控制信号可被配置为激活/去激活斜坡发生器230。
保护电路200可被配置为将电压转换为电流，提供多个电流的差动电流，放大信号，和/或有利于限制线圈电流ICOIL。保护电路200可结合斜坡发生器230和开关元件220一起操作以在软关断期间生成所需线圈电流 ICOIL。可根据电源120的额定规格、特定应用和/或点火线圈105的变换能力来选择软关断期间线圈电流ICOIL的特定幅值。
在示例性实施方案中，保护电路200可包括根据输入电压来控制第一输出电流IOUT_205的第一电压-电流转换器205(即，电压控制电流源)以及根据输入电压来控制第二输出电流IOUT_210的第二电压-电流转换器210。第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210可包括用于根据输入电压来控制电流的任何合适的电路和/或系统，诸如运算跨导放大器。在各种实施方案中，第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210可耦接到斜坡发生器230，该斜坡发生器被配置为接收斜坡电压VRAMP。例如，在示例性实施方案中，第一电压-电流转换器205包括反相输入端子(-)和非反相输入端子(+)，其中反相输入端子耦接到斜坡发生器230以接收斜坡电压 VRAMP，并且非反相输入端子耦接到第二参考电压，诸如接地基准。此外，第二电压-电流转换器210包括反相输入端子(-)和非反相输入端子(+)，其中非反相输入端子耦接到斜坡发生器230以接收斜坡电压VRAMP，并且反相输入端子耦接到第二参考电压及第一电压-电流转换器205的非反相输入端子。因此，第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210具有表现不同的I-V特征(I-V曲线)。例如，参见图3，当斜坡电压VRAMP升高时，第一电压-电流转换器205的第一输出电流IOUT_205降低，而第二电压-电流转换器210的第二输出电流IOUT_210增加。类似地，当斜坡电压VRAMP降低时，第二电压-电流转换器210的第二输出电流IOUT_210降低，而第一电压-电流转换器205的第一输出电流IOUT_205增加。第一输出电流IOUT_205和第二输出电流IOUT_210的特定值可基于特定应用、电源120的额定电压、斜坡电压 VRAMP以及其他相关参数。例如，在斜坡电压VRAMP在1-3V范围内的情况下，第一输出电流IOUT_205可在大约+100μA至-100μA的范围内，并且第二输出电流IOUT_210可在大约+(2-4)μA至-(2-4)μA的范围内。
在示例性实施方案中，保护电路200被配置为产生差值信号(例如，差动电流IDIFF)以控制参考节点NREF处的第三参考电压。例如，第一电压- 电流转换器205的输出端子在参考节点NREF处电耦接到第二电压-电流转换器210的输出端子，使得第一电流输出IOUT_205和第二电流输出IOUT_210组合而产生差动电流IDIFF，该差动电流直接影响参考节点NREF处的第三参考电压。因此，第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210两者一起的I-V特征(即，斜坡电压VRAMP升高时的差动电流IDIFF)将具有落在单独 I-V曲线之间的曲线特征。
电流限制器电路215被配置为控制开关元件220的操作。例如，电流限制器电路215的输出可耦接到开关元件220的输入，其中开关元件220 对电流限制器电路215输出作出响应。电流限制器电路215还可被配置为在其输入端子处放大信号。例如，在示例性实施方案中，电流限制器电路 215包括非反相输入端子和反相输入端子，其中非反相输入端子可耦接到参考节点NREF并且对第三参考电压作出响应。电流限制器电路215可根据参考节点NREF处的第三参考电压来在输出端子处生成输出电压。在示例性实施方案中，输出端子耦接到开关元件220，其中开关元件220对电流限制器电路215的输出电压作出响应。电流限制器电路215可包括用于放大和/或衰减输入信号的任何合适的电路。例如，电流限制器电路215可包括具有可变增益的运算放大器或任何其他合适的放大器。
在示例性实施方案中，电流限制器电路215可耦接到感测/检测线圈电流ICOIL的反馈回路。反馈回路可结合感测电阻器225一起操作以检测线圈电流ICOIL的幅值。例如，反馈回路可连接在开关元件220的端子与感测电阻器225之间的点处，并且连接到电流限制器电路215的反相输入端子。电流限制器电路215可对线圈电流ICOIL的幅值作出响应。例如，电流限制器电路215可利用该信息根据所需线圈电流极限ILIM(图4B)来调节其输出信号(例如，增大或减小输出电压的幅值)。
开关元件220被配置为控制点火线圈105的操作。例如，在示例性实施方案中，开关元件220耦接到初级线圈110并且控制线圈电流ICOIL。开关元件220可包括能够控制电流的任何合适的电路和/或系统。
在示例性实施方案中，开关元件220包括具有栅极端子、发射极端子和集电极端子的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在本实施方案中，集电极端子耦接到初级线圈110，发射极端子耦接到感测电阻器225，并且栅极端子耦接到电流限制器电路215的输出。因此，开关元件220对电流限制器电路 215作出响应，并且当通向栅极端子的电压(即，栅极电压)升高时，线圈电流ICOIL也增加。
根据各种实施方案，点火器130还可包括电流源235，该电流源被配置为向保护电路200提供偏置电流。例如，在示例性实施方案中，电流源 235耦接到参考节点NREF，该参考节点定位在第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210的输出与电流限制器电路215之间。电流源235 所生成的偏置电流可结合感测电阻器225一起操作以实现所需线圈电流极限ILIM。电流源235可包括被配置为生成预定电流的任何合适的电路和/或系统。
在操作中，保护电路200在故障(诸如ECU 125故障)的情况下激活点火线圈105的软关断，该故障会使电流在延长的时间周期内流过点火线圈105。在示例性实施方案中，保护电路200进行操作以便以特定方式降低线圈电流ICOIL，从而减少可在软关断期间发生的电感反冲。这样做能防止火花塞135的意外火花。一般来讲，电感反冲在软关断开始时呈现为电压尖峰，例如如图4C所示。
在示例性实施方案中，参见图1、图2、图4D和图4E、图4F，线圈电流ICOIL是保护电路200的输出信号(例如，输出电压)的函数。斜坡发生器230生成斜坡电压VRAMP，并且将斜坡电压VRAMP传输到保护电路200。例如，斜坡发生器230将斜坡电压VRAMP传输到第一电压-电流转换器205 和第二电压-电流转换器210，其中第一电压-电流转换器205和第二电压-电流转换器210输出电流IOUT_205，IOUT_210是根据斜坡电压VRAMP来控制的。保护电路200有效地组合电流输出IOUT_205，IOUT_210以产生差动电流IDIFF。因此，当斜坡电压VRAMP升高时，差动电流IDIFF改变，从而改变参考节点NREF处的第三参考电压。换句话讲，第三参考电压与差动电流IDIFF和来自电流源 235的偏置电流成比例。第三参考电压继而控制电流限制器电路215。例如，电流限制器电路215的非反相输入端子耦接到参考节点NREF并且对第三参考电压作出响应，因此当差动电流IDIFF降低时，第三参考电压降低，并且电流限制器电路215的输出电压降低。
开关元件220控制线圈电流ICOIL，并且对保护电路200的输出信号作出响应。例如，开关元件220可耦接到电流限制器电路215的输出端子，并且对电流限制器电路215的输出电压作出响应。在一个实施方案中，其中开关元件220包括IGBT，IGBT根据施加到栅极端子的电压来操作。因此，当IGBT的栅极电压降低时，线圈电流ICOIL也降低，反之亦然。
在各种实施方案中并且参见图4A至图4F和图5，保护电路200控制线圈电流ICOIL，使得软关断包括线圈电流ICOIL以非线性方式降低的非线性周期500(即，第一周期)，以及线圈电流ICOIL以线性方式降低的线性周期505(即，第二周期)。线圈电流ICOIL的非线性降低是由于第二电压-电流转换器210对差动电流IDIFF所起的作用。在仅使用一个电压-电流转换器的常规系统中，线圈电流将在整个软关断周期内线性地降低，例如如图5 所示。正是线圈电流ICOIL的突然降低引起了更高的电感反冲，从而产生意外火花。
在示例性实施方案中，非线性周期500发生的时间早于线性周期505。线圈电流ICOIL的非线性降低减少了点火线圈105的电感反冲，因此限制了次级电压并且防止了意外火花。在示例性实施方案中，可能希望将次级电压限制到1000伏或更小，但是可根据点火线圈105的匝数比、电源120的额定电压以及任何其他影响变量来选择特定电压极限。在任何情况下，次级电压极限可被选择为防止火花塞135的意外火花。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其它功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下作出各种修改和变化。以示例性而非限制性方式考虑说明和附图，并且所有此类修改旨在包括在本技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例确定所述技术的范围。例如，除非另外明确说明，否则可以任何顺序执行任何方法或工艺实施方案中列举的步骤，并且不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何装置实施方案中列举的部件和/或元件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本技术基本上相同的结果，因此不限于具体示例中阐述的具体配置。
上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。
术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物或装置不仅仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或装置固有的其他要素。除了未具体引用的那些，本技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或部件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于具体环境、制造规范、设计参数或其他操作要求。
上文已结合示例性实施方案描述了本技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本技术的范围内，如随附权利要求所述。
根据一个方面，用于控制点火线圈的点火器电路包括：斜坡发生器，该斜坡发生器被配置为生成斜坡电压；和保护电路，该保护电路耦接到斜坡发生器并且包括：第一电压-电流转换器，该第一电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；和第二电压-电流转换器，该第二电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；其中第一电压-电流转换器和第二电压-电流转换器中的每一者的输出在参考节点处彼此耦接。
在上述点火器电路的一个实施方案中，第一电压-电流转换器被配置为控制第一电流，当斜坡电压升高时，该第一电流降低参考节点处的参考电压；并且第二电压-电流转换器被配置为控制第二电流，当斜坡电压升高时，该第二电流升高参考节点处的参考电压。
在上述点火器电路的一个实施方案中，该保护电路被配置为在参考节点处生成第一电流和第二电流的差值信号。
在上述点火器电路的一个实施方案中：第一电压-电流转换器包括反相输入端子，该反相输入端子耦接到斜坡发生器的输出端子；并且第二电压- 电流转换器包括反相输入端子，该反相输入端子耦接到：第一电压-电流转换器的非反相输入端子；和非反相输入端子，该非反相输入端子耦接到斜坡发生器的输出端子。
在一个实施方案中，上述点火器电路还包括开关元件，该开关元件耦接到保护电路的输出。
在上述点火器电路的一个实施方案中，该开关元件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该绝缘栅双极晶体管包括：耦接到保护电路的输出的栅极端子；和耦接到点火线圈的集电极端子；以及耦接到感测电阻器的发射极端子。
在上述点火器电路的一个实施方案中，该保护电路被配置为根据参考节点处的电压来限制通过点火线圈的电流以产生软关断周期，其中该软关断周期包括：非线性降低电流的第一周期；以及紧跟在第一周期后的线性降低电流的第二周期。
在上述点火器电路的一个实施方案中，该保护电路还包括电流限制器电路，该电流限制器电路被配置为根据点火线圈的电流来限制IGBT的栅极电压。
根据另一个方面，一种用于形成具有点火线圈的点火系统的方法，包括：形成点火器电路，该点火器电路适于耦接到点火线圈并且能够：生成斜坡电压；生成差值信号；使用差值信号控制参考电压；并且根据参考电压来限制通过点火线圈的电流以产生软关断周期，其中：软关断周期包括：非线性降低电流的第一周期；以及紧跟在第一周期后的线性降低电流的第二周期。
在上述方法的一种操作中，限制通过点火线圈的电流包括降低通向绝缘栅双极晶体管(IGBT)的栅极电压。
在一种操作中，该方法还包括将点火线圈的次级电压限制到小于1000 伏的值。
在上述方法的一种操作中，生成差值信号包括：根据斜坡电压来生成第一电流输出；根据斜坡电压来生成第二电流输出；以及从第一电流减去第二电流。
在上述方法的一种操作中，当斜坡电压升高时，第一电流输出降低参考节点处的参考电压；并且当斜坡电压升高时，第二电流输出升高参考节点处的参考电压。
在又一个方面，点火系统包括：点火线圈；和点火器电路，该点火器电路耦接到点火线圈并且包括：斜坡发生器，该斜坡发生器被配置为生成斜坡电压；保护电路，该保护电路包括：第一电压-电流转换器，该第一电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；第二电压-电流转换器，该第二电压-电流转换器耦接到斜坡发生器的输出端子；其中第一电压-电流转换器和第二电压-电流转换器中的每一者的输出在参考节点处彼此耦接；和耦接到参考节点的电流限制器电路；和开关元件，该开关元件耦接到：保护电路的输出端子；以及点火线圈。
在上述点火系统的一个实施方案中，第一电压-电流转换器被配置为控制第一电流，当斜坡电压升高时，该第一电流降低参考节点处的参考电压；并且第二电压-电流转换器被配置为控制第二电流，当斜坡电压升高时，该第二电流升高参考节点处的参考电压。
在上述点火系统的一个实施方案中，该开关元件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该绝缘栅双极晶体管包括：耦接到电流限制器电路的输出端子的栅极端子；和耦接到点火线圈的集电极端子。
在上述点火系统的一个实施方案中，该保护电路被配置为将点火线圈的次级电压限制到小于1000伏的值。
在上述点火系统的一个实施方案中，该保护电路被配置为在参考节点处生成第一电流和第二电流的差值信号。
在上述点火系统的一个实施方案中，该开关元件对反馈回路作出响应，该反馈回路被配置为指示通过点火线圈的电流的幅值。
在上述点火系统的一个实施方案中，第一电压-电流转换器包括：反相输入端子，该反相输入端子耦接到斜坡发生器的输出端子；并且第二电压- 电流转换器包括：反相输入端子，该反相输入端子耦接到第一电压-电流转换器的非反相输入端子；和非反相输入端子，该非反相输入端子耦接到斜坡发生器的输出端子。

Claims (10)

1.一种用于控制点火线圈的点火器电路，其特征在于包括：
斜坡发生器，所述斜坡发生器被配置为生成斜坡电压；和
保护电路，所述保护电路耦接到所述斜坡发生器并且包括：
第一电压-电流转换器，所述第一电压-电流转换器耦接到所述斜坡发生器的输出端子；和
第二电压-电流转换器，所述第二电压-电流转换器耦接到所述斜坡发生器的所述输出端子；
其中所述第一电压-电流转换器和所述第二电压-电流转换器中的每一者的输出在参考节点处彼此耦接。
2.根据权利要求1所述的点火器电路，其特征在于：
所述第一电压-电流转换器控制第一电流，所述第一电流在所述斜坡电压升高时降低所述参考节点处的参考电压；并且
所述第二电压-电流转换器控制第二电流，所述第二电流在所述斜坡电压升高时升高所述参考节点处的所述参考电压。
3.根据权利要求2所述的点火器电路，其特征在于所述保护电路在所述参考节点处生成所述第一电流和所述第二电流的差值信号。
4.根据权利要求1所述的点火器电路，其特征在于：
所述第一电压-电流转换器包括反相输入端子，所述反相输入端子耦接到所述斜坡发生器的所述输出端子；并且
所述第二电压-电流转换器包括：
反相输入端子，所述反相输入端子耦接到所述第一电压-电流转换器的非反相输入端子；和
非反相输入端子，所述非反相输入端子耦接到所述斜坡发生器的所述输出端子。
5.根据权利要求1所述的点火器电路，其特征还在于包括开关元件，所述开关元件耦接到所述保护电路的输出；其中所述开关元件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，所述绝缘栅双极晶体管包括：
栅极端子，所述栅极端子耦接到所述保护电路的所述输出；和
集电极端子，所述集电极端子耦接到所述点火线圈；和
发射极端子，所述发射极端子耦接到感测电阻器。
6.根据权利要求5所述的点火器电路，其特征在于所述保护电路被配置为根据所述参考节点处的电压来限制通过所述点火线圈的电流以产生软关断周期，其中所述软关断周期包括：
非线性降低电流的第一周期；和
线性降低电流的第二周期，所述第二周期紧跟在所述第一周期后。
7.根据权利要求5所述的点火器电路，其特征在于所述保护电路还包括电流限制器电路，所述电流限制器电路根据所述点火线圈的电流来限制所述IGBT的栅极电压。
8.一种点火系统，其特征在于包括：
点火线圈；和
点火器电路，所述点火器电路耦接到所述点火线圈并且包括：
斜坡发生器，所述斜坡发生器被配置为生成斜坡电压；
保护电路，所述保护电路包括：
第一电压-电流转换器，所述第一电压-电流转换器包括反相端子，所述反相端子耦接到所述斜坡发生器的输出端子；
第二电压-电流转换器，所述第二电压-电流转换器耦接到所述斜坡发生器的所述输出端子；其中所述第一电压-电流转换器和所述第二电压-电流转换器中的每一者的输出在参考节点处彼此耦接；和
电流限制器电路，所述电流限制器电路耦接到所述参考节点；和
开关元件，所述开关元件耦接到：
所述保护电路的输出端子；和
所述点火线圈。
9.根据权利要求8所述的点火系统，其特征在于：
所述第一电压-电流转换器控制第一电流，所述第一电流在所述斜坡电压升高时降低所述参考节点处的参考电压；
所述第二电压-电流转换器控制第二电流，所述第二电流在所述斜坡电压升高时升高所述参考节点处的所述参考电压；并且
所述保护电路在所述参考节点处生成所述第一电流和所述第二电流的差值信号。
10.根据权利要求8所述的点火系统，其特征在于所述开关元件对反馈回路作出响应，其中所述反馈回路提供信号以指示通过所述点火线圈的电流的幅值。
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US5381450A (en) * 1993-08-20 1995-01-10 Hitachi America, Ltd. Technique for automatically detecting the constellation size of a quadrature amplitude modulated (QAM) signal
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