EP0906510B1 - Schaltungsanordnung einer zündendstufe, insbesondere für eine zündschaltung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Schaltungsanordnung einer zündendstufe, insbesondere für eine zündschaltung eines kraftfahrzeugs Download PDF

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EP0906510B1
EP0906510B1 EP97930320A EP97930320A EP0906510B1 EP 0906510 B1 EP0906510 B1 EP 0906510B1 EP 97930320 A EP97930320 A EP 97930320A EP 97930320 A EP97930320 A EP 97930320A EP 0906510 B1 EP0906510 B1 EP 0906510B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
transistor
circuit arrangement
darlington
base
ignition
Prior art date
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Application number
EP97930320A
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English (en)
French (fr)
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EP0906510A1 (de
Inventor
Manfred ÜBELE
Horst Meinders
Ning Qu
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0906510B1 publication Critical patent/EP0906510B1/de
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement of a Ignition output stage, in particular for an ignition circuit of a motor vehicle, with the in the preamble of the claim 1 mentioned features.
  • Darlington Darlington transistor stages
  • a primary winding of an ignition coil drive Depending on whether the primary winding via the collector of the Darlington (low-side) or the Darlington (high-side) emitters can be controlled, is in a low-side ignition or a high-side ignition distinguished.
  • An inductive ignition system is known from US Pat. No. 4,738,239 to be provided for an internal combustion engine.
  • an N-channel field effect transistor in series with a primary winding one Ignition coil connected.
  • An npn transistor is with its Collector emitter circuit between the gate and the source of the Field effect transistor connected.
  • the present invention is based on the object thermal coupling of the ignition output stage to a ground to simplify connected heat sinks.
  • control circuit according to the invention with the in claim 1 features mentioned has the advantage that the Control circuit from one when the Darlington is switched off whose base applied negative reverse voltage decoupled can be and at the same time an integration of the Decoupling element with which Darlington can be realized.
  • an NPN Darlington is provided, the collector of which with the Positive pole of a voltage source and its emitter with the first Connection of the primary winding of the ignition coil is connected, wherein the second connection of the primary winding to ground and the The Darlington is controlled via a decoupling element, it is advantageously possible, in particular, through the the possibility of integrating the circuit arrangement Darlington, the decoupling element and the entire Control circuit, in a monolithically integrated component one easy to manufacture and one inexpensive To enable assembly of the entire ignition stage.
  • the control circuit according to the invention draws is also characterized by high reliability the ignition stage for those that occur in extreme operation thermal loads.
  • FIG. 1 shows the circuit arrangement 10 of an ignition output stage an internal combustion engine.
  • Figure 1 is only one ignition stage shown, depending on A corresponding number of cylinders of the internal combustion engine Number of ignition output stages are provided.
  • the output signal of an engine control indicated here is present at an input connection 12.
  • the connection 12 is connected via a resistor R 1 to the base of a double Darlington T 1 .
  • a lying between the resistor R1 and the base of transistor T 1 node K 1 is the one hand, connected via a resistor R2 and a Zener diode D 1 to the positive terminal 14 of a voltage source / for example a motor vehicle battery.
  • the node K 1 is connected to the collector of a transistor T 2 , the emitter of which is connected to ground and the base of which is connected via a resistor R 3 to the node K 1 and the collector of a further transistor T 3 .
  • the emitter of transistor T 3 is grounded, and the base of transistor T 3 is connected to input terminal 12.
  • the node K 1 is also connected to ground via a series connection of diodes D 2 and D 3 and a resistor R 4 .
  • the collector of transistor T 1 is connected to the base of a lateral pnp transistor T 4 .
  • the emitter of transistor T 1 is connected to ground.
  • the emitter of the transistor T 4 is connected to the positive pole 1 4
  • the collector of the transistor T 4 is connected to the base of a triple Darlington T 5 .
  • the collector of the Darlington T 5 is connected to the positive pole 14.
  • a Zener diode D 4 is located in the base collector section of the Darlington T 5 .
  • the emitter of Darlington T 5 is connected to one terminal of a primary winding 16 of an ignition coil 18, the other terminal of which is connected to ground.
  • the emitter of Darlington T 5 is connected to the emitter of a further transistor T 6 , the collector of which is connected to the base of Darlington T 5 .
  • the base of the transistor T 6 is connected to the positive pole 14 via a resistor R 5 and a Zener diode D 5 .
  • a control signal is provided by the engine electronics and is intended to trigger the ignition of a spark plug of a motor vehicle connected to the circuit arrangement 10.
  • the resistor R 1 is a high-resistance resistor with, for example, 500 to 1000 ohms and serves as an interference suppression resistor to avoid incorrect triggering of the transistor T 1 . Its base becomes insensitive to rapid voltage peaks due to the resistor R 1 .
  • the transistor T 1 the positive drive signal at the input terminal 12 is converted into an inverted signal which is used to drive the transistor T 4 , that is to say that the latter is switched on.
  • the Darlington T 5 which drives the ignition coil 18 is switched on.
  • the ignition coil 18 is thus controlled via the switching chain of the transistors T 1 , T 4 and T 5 depending on the presence of a positive input signal.
  • a reclosure lock occurs via the transistor T 6 connected to the base-emitter path of the Darlington T 5 and the series connection of the resistor R 5 and the Zener diode D 5 connecting the base thereof to the positive pole 14.
  • the base and the emitter of the Darlington T 5 are short-circuited via the transistor T 6 .
  • the lateral pnp transistor T 4 forms a coupling element which decouples the control circuit shown on the left in FIG. 1 from the Darlington T 5 when it is switched off.
  • the series connection of the diodes D 2 , D 3 and the resistor R 4 forms a current mirror with which the collector current of the transistor T 1 is set and limited.
  • the diodes D 2 and D 3 are switched in the forward direction, that is, their anodes are connected to the base of the transistor T 1 .
  • the collector current of the transistor T 1 is set to a value dependent on the resistance R 4 , for example 100 mA.
  • the series connection of the Zener diode D 1 and the resistor R 2 serves to protect the circuit arrangement 10 against overvoltages in the voltage supply network. If an overvoltage (load dump) occurs in the voltage supply network, the value of which is greater than the breakdown voltage of the Zener diode D 1 , this is derived.
  • the circuit of the transistors T 2 and T 3 and the resistor R 3 connected to the node K 1 at the same time form a logic circuit which, depending on the presence of a positive control signal at the input connection 12, either the current caused by the overvoltage (load dump current) in the base of transistor T 1 or against ground.
  • the transistor T 2 is turned on , so that the load dump current can be diverted to ground via the node K 1 and the transistor T 2 .
  • the load dump current is derived via the node K 1 into the base of the transistor T 1 .
  • FIG. 2 partially shows the layout of the circuit arrangement 10 shown in FIG. 1, by means of which the integration of the Darlington T 5 and the decoupling transistor T 4 in a monolithically integrated component is to be clarified.
  • FIG. 2 shows sections of a wafer 20.
  • the wafer 20 consists of an n-substrate 22 with an n - -doping.
  • a region 24 with p-doping is structured in the n-substrate 22.
  • the region 24 forms the base of the Darlington T 5 and at the same time the collector of the decoupling transistor T 4 .
  • the base of the Darlington T 5 is partially overlapped by a cover electrode 26 which is connected to the positive pole 14 shown in FIG. 1 via an n + contact strip 28.
  • the cover electrode 26 thus forms the collector of the Darlington T 5 .
  • a further region 30 with p-doping is structured in the wafer 20.
  • the region 30 is structured outside the region of the cover electrode 26 on the side facing away from the p-doped region 24.
  • the region 30 forms the emitter of the decoupling transistor T 4, while the n-substrate 22 between the regions 24 and 30 forms the base of the transistor T. 4
  • a lateral pnp transistor T 4 is thus created, which is integrated in the edge region of the Darlington T 5 .
  • the area 30 is encompassed on three sides by an n + ring 32, which is likewise contacted with the positive pole 14 shown in FIG. 1.
  • the area 30 is encompassed by a conductor track 34 which is in contact with the n + contact strip 28.
  • the contact can be made, for example, via contact windows 36 indicated here on both sides of area 30.
  • the conductor track 34 leads to the collector of the transistor T 1, which is no longer shown in the detail in FIG. 2.
  • the area 30 is provided with a wedge-shaped structure 38 directed in the direction of the n + contact strip 28.
  • transistors T 4 and T 5 are implemented as follows using the layout shown in FIG. 2:
  • the potential of the n-substrate 22 between the regions 24 and 30 must be brought to a lower voltage than the supply voltage (14 volts) applied to the n + contact strip 28.
  • the base current of the lateral transistor T 4 is fed from the transistor T 1 arranged outside the high-blocking region of the Darlington T 5 .
  • the n + region between the regions 24 and 30 is drawn to a more negative potential than the entire substrate 22.
  • the transistor T 4 the emitter of the region 30, the collector of which Area 24 and the base of which is the substrate 22 lying between these areas is thus controlled.
  • the wedge-shaped structure 38 of the area 30 ensures that in a zone between the two contact windows 36 in the middle with a lower potential drop, a compensation takes place compared to the zones in the direction of the contact window 36 with a higher potential drop. It is thus achieved that a more uniform lateral current can flow between the regions 30 and 24 and thus an improvement in the gain is achieved.
  • the distance between the areas 30 and 24 must have a minimum distance due to the expansion of the space charge zone in the blocking operation of the Darlington T 5 .
  • this is advantageously at least 55 ⁇ m. This results in a current gain of the lateral transistor T 4 of 0.1.
  • a drive current for the Darlington T 5 via the locking edge structure of Darlington T 5 can be brought without disturbing the blocking behavior of Darlington T 5 in the shut-off case. Due to the current gain of approx. 0.1, a drive current for the Darlington T 5 of approx. 10 mA can be generated with a collector current of the inverting transistor T 1 of approx. 100 mA. The Darlington T 5 can be operated with approx. 10 A.
  • the further circuit elements of the circuit arrangement 10 explained in FIG. 1 and not shown in FIG. 2 can be arranged on the wafer 20 outside the area encompassed by the cover electrode 26.
  • a divider resistor of the cover electrode 26 can very advantageously also serve as a current limiting resistor R 5 for the short-circuit transistor T 6 .

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung einer Zündendstufe, insbesondere für eine Zündschaltung eines Kraftfahrzeugs, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Als Ansteuerschaltungen für eine Zündschaltung sind sogenannte Low-Side-Zündschaltungen und High-Side-Zündschaltungen bekannt. Für die Zündschaltungen werden üblicherweise Mehrfach-Darlington-Transistorstufen (im weiteren Darlington) als Leistungsschaltelement eingesetzt, die eine Primärwicklung einer Zündspule ansteuern. Je nachdem ob die Primärwicklung über den Kollektor des Darlington (Low-Side) oder den Emitter des Darlington (High-Side) angesteuert werden, wird in eine Low-Side-Zündung oder eine High-Side-Zündung unterschieden.
Aus der DE 37 35 631.3 ist eine Zündschaltung bekannt, bei der ein pnp-Darlington verwendet wird, dessen Kollektor auf Masse geschaltet ist. Der Emitter ist über die Primärwicklung it dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden. Da bekanntermaßen die Basis des Darlington beim Abschalten auf eine negative Sperrspannung (Klammerspannung) geht, ist eine Entkopplung der Ansteuerschaltung von dieser Spannung notwendig. Aus der DE 37 35 631.3 ist bekannt, hierfür einen npn-Ansteuertransistor einzusetzen.
Aus der US 4 738 239 ist bekannt, ein induktives Zündungssystem für einen Verbrennungsmotor vorzusehen. Hierfür ist ein N-Kanal-Feldeffekttransistor in Serie mit einer Primärwicklung einer Zündspule verbunden. Ein npn-Transistor ist mit seiner Kollektoremitterschaltung zwischen dem Gate und der Source des Feldeffekttransistors verbunden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Ankopplung der Zündendstufe an einen mit Masse verbundenen Kühlkörper zu vereinfachen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass die Ansteuerschaltung von einer beim Abschalten des Darlington an dessen Basis anliegenden negativen Sperrspannung entkoppelt werden kann und gleichzeitig eine Integration des Entkoppelelementes mit dem Darlington realisierbar ist. Dadurch, dass ein npn-Darlington vorgesehen ist, dessen Kollektor mit dem Pluspol einer Spannungsquelle und dessen Emitter mit dem ersten Anschluß der Primärwicklung der Zündspule verbunden ist, wobei der zweite Anschluß der Primärwicklung an Masse liegt und die Ansteuerung des Darlington über ein Entkopplungselement erfolgt, ist es vorteilhaft möglich, insbesondere durch die sich durch die Schaltungsanordnung ergebende Integrationsmöglichkeit des Darlington, des Entkopplungselementes sowie der gesamten Ansteuerschaltung, in einem monolithisch integrierten Bauelement eine fertigungstechnisch einfach zu realisierende und eine kostengünstige Montage der gesamten Zündendstufe zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zeichnet sich darüber hinaus noch durch eine hohe Zuverlässigkeit der Zündendstufe bei im Extrembetrieb auftretenden thermischen Belastungen aus.
Insbesondere ist vorteilhaft, daß durch die gefundene Integrationsmöglichkeit des Entkopplungselementes in einen npn-Darlington die elektrische und thermische Ankopplung der Zündendstufe an einen mit Masse verbundenen Kühlkörper wesentlich vereinfacht wird. Da die beim Abschalten des Darlington auftretende negative Klammerspannung von ca. 300 bis 400 V nicht mehr gegen einen Masse-Kühlkörper isoliert zu werden braucht. So ist es vorteilhaft möglich, die Zündendstufen, die je nach Anzahl der Zylinder der anzusteuernden Brennkraftmaschine in entsprechender Anzahl vorliegen, in einer kompakten Zündanlage unterzubringen, da aufwendige Isolationsmaßnahmen zwischen den Kollektoren der einzelnen Darlingtons und gegen den Massekühlkörper nicht mehr notwendig sind. Da alle Kollektoren der Darlington gemeinsam an einer mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbundenen Potentialschiene angeschlossen werden können, ist nur eine Isolation dieser Potentialschiene gegen Masse notwendig. Aufgrund der hier relativ niedrigen anliegenden Spannung im Bereich von ca. 14 V ist dies mit einem geringen Aufwand realisierbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
ein Schaltbild einer Zündendstufe und
Figur 2
eine schematische Draufsicht auf einen Teil der Zündendstufe in einem monolithisch integrierten Bauelement.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt die Schaltungsanordnung 10 einer Zündendstufe einer Brennkraftmaschine. In der Figur 1 ist lediglich eine Zündendstufe gezeigt, wobei je nach Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine eine entsprechende Anzahl von Zündendstufen vorgesehen sind.
An einem Eingangsanschluß 12 liegt das hier angedeutete Ausgangssignal einer Motorsteuerung an. Der Anschluß 12 ist über einen Widerstand R1 mit der Basis eines Zweifach-Darlington T1 verbunden. Ein zwischen dem Widerstand R1 und der Basis des Transistors T1 liegender Knotenpunkt K1 ist einerseits über einen Widerstand R2 und eine Zenerdiode D1 mit dem Pluspol 14 einer Spannungsquelle/ beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie, verbunden. Andererseits ist der Knoten K1 mit dem Kollektor eines Transistors T2 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis über einen Widerstand R3 mit dem Knotenpunkt K1 und dem Kollektor eines weiteren Transistors T3 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T3 liegt an Masse, und die Basis des Transistors T3 ist mit dem Eingangsanschluß 12 verbunden. Der Knotenpunkt K1 ist weiterhin über eine Reihenschaltung von Dioden D2 und D3 sowie einen Widerstand R4 mit Masse verbunden.
Der Kollektor des Transistors T1 ist mit der Basis eines lateralen pnp-Transistors T4 verbunden. Der Emitter des Transistors T1 ist mit Masse verbunden. Der Emitter des Transistors T4 ist mit dem Pluspol 14 verbunden, während der Kollektor des Transistors T4 mit der Basis eines Dreifach-Darlington T5 verbunden ist. Der Kollektor des Darlington T5 ist mit dem Pluspol 14 verbunden. In der Basis-Kollektorstrecke des Darlington T5 liegt eine Zenerdiode D4. Der Emitter des Darlington T5 ist mit dem einen Anschluß einer Primärwicklung 16 einer Zündspule 18 verbunden, deren anderer Anschluß an Masse liegt. Der Emitter des Darlington T5 ist mit dem Emitter eines weiteren Transistors T6 verbunden, dessen Kollektor mit der Basis des Darlingtons T5 verbunden ist. Die Basis des Transistors T6 ist über einen Widerstand R5 sowie eine Zenerdiode D5 mit dem Pluspol 14 verbunden.
Die in Figur 1 gezeigte Schaltungsanordnung übt folgende Funktion aus:
Von der Motorelektronik wird ein Ansteuersignal bereitgestellt, der das Zünden einer mit der Schaltungsanordnung 10 verbundenen Zündkerze eines Kraftfahrzeugs auslösen soll. Der Widerstand R1 ist ein hochohmiger Widerstand mit beispielsweise 500 bis 1000 Ohm und dient als Entstörwiderstand zur Vermeidung von Fehlansteuerungen des Transistors T1. Dessen Basis wird durch den Widerstand R1 unempfindlich gegen schnelle Spannungsspitzen. Mittels des Transistors T1 wird das positive Ansteuersignal am Eingangsanschluß 12 in ein invertiertes Signal umgewandelt, das zur Ansteuerung des Transistors T4 verwendet wird, das heißt, dieser wird eingeschaltet. Bei durchgesteuertem Transistor T4 wird der die Zündspule 18 ansteuernde Darlington T5 eingeschaltet. Über die Schaltkette der Transistoren T1, T4 und T5 erfolgt somit in Abhängigkeit des Anliegens eines positiven Eingangssignals die Ansteuerung der Zündspule 18.
Über den in die Basis-Emitterstrecke des Darlington T5 geschalteten Transistor T6 sowie die dessen Basis mit dem Pluspol 14 verbindende Reihenschaltung des Widerstandes R5 und der Zenerdiode D5 erfolgt eine Wiedereinschaltsperre. Bei während des Abschaltens des Darlington T5 auftretenden Sperrspannungen, die über der Sperrspannung der Zenerdiode D5, die typischerweise 35 V beträgt, liegen, erfolgt über den Transistor T6 ein Kurzschließen der Basis und des Emitter des Darlington T5.
Der laterale pnp-Transistor T4 bildet ein Koppelelement, das die in der Figur 1 links hiervon dargestellte Ansteuerschaltung von dem Darlington T5 bei dessen Abschalten entkoppelt.
Die Reihenschaltung der Dioden D2, D3 und des Widerstands R4 bildet einen Stromspiegel, mit dem der Kollektorstrom des Transistors T1 eingestellt und begrenzt wird. Die Dioden D2 und D3 sind hierbei in Durchlaßrichtung geschaltet, das heißt, ihre Anoden sind mit der Basis des Transistors T1 verbunden. Der Kollektorstrom des Transistors T1 wird in einen von dem Widerstand R4 abhängigen Wert, von beispielsweise 100 mA, eingestellt.
Die Reihenschaltung der Zenerdiode D1 und des Widerstands R2 dient zum Schutz der Schaltungsanordnung 10 vor Überspannungen im Spannungsversorgungsnetz. Tritt eine Überspannung (Load Dump) im Spannungsversorgungsnetz auf, deren Wert größer ist als die Durchbruchspannung der Zenerdiode D1, wird diese abgeleitet. Die gleichzeitig mit dem Knotenpunkt K1 verbundene Schaltung der Transistoren T2 und T3 sowie des Widerstands R3 bilden eine Logikschaltung, die in Abhängigkeit des Anliegens eines positiven Steuersignals am Eingangsanschluß 12 den durch die Überspannung hervorgerufenen Strom (load-Dump-Strom) entweder in die Basis des Transistors T1 oder gegen Masse ableitet. Liegt kein Ansteuersignal an dem Eingangsanschluß 12 an, ist der Transistor T2 durchgeschaltet, so daß der Load-Dump-Strom über den Knotenpunkt K1 und den Transistor T2 gegen Masse abgeleitet werden kann. Für den Fall, daß zum Zeitpunkt des Auftretens eines Load-Dump-Stroms ein positives Ansteuersignal am Eingangsanschluß 12 anliegt, wird der Load-Dump-Strom über den Knotenpunkt K1 in die Basis des Transistors T1 abgeleitet.
In der Figur 2 ist das Layout der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung 10 teilweise dargestellt, anhand dem insbesondere die Integration des Darlington T5 und des Entkopplungstransistors T4 in ein monolithisch integriertes Bauelement verdeutlicht werden soll.
Figur 2 zeigt ausschnittsweise einen Wafer 20. Der Wafer 20 besteht aus einem n-Substrat 22 mit einer n- -Dotierung. In dem n-Substrat 22 ist ein Bereich 24 mit p-Dotierung strukturiert. Der Bereich 24 bildet die Basis des Darlington T5 und gleichzeitig den Kollektor des Entkopplungstransistors T4. Die Basis des Darlington T5 wird teilweise von einer Deckeiektrode 26 übergriffen, die über einen n+-Kontaktstreifen 28 mit dem in Figur 1 dargestellten Pluspol 14 verbunden ist. Die Deckelektrode 26 bildet somit den Kollektor des Darlington T5. In den Wafer 20 ist ein weiterer Bereich 30 mit p-Dotierung strukturiert. Der Bereich 30 ist außerhalb des Bereiches der Deckelektrode 26 an der dem p-dotierten Bereich 24 abgewandten Seite strukturiert. Der Bereich 30 bildet den Emitter des Entkopplungstransistors T4, während das n-Substrat 22 zwischen den Bereichen 24 und 30 die Basis des Transistors T4 bildet. Somit ist ein lateraler pnp-Transistor T4 geschaffen, der in den Randbereich des Darlington T5 integriert ist. Der Bereich 30 wird an drei Seiten von einem n+-Ring 32 umgriffen, der ebenfalls mit dem in Figur 1 gezeigten Pluspol 14 kontaktiert ist. Der Bereich 30 ist von einer Leiterbahn 34 umgriffen, die mit dem n+-Kontaktstreifen 28 kontaktiert ist. Die Kontaktierung kann beispielsweise über hier angedeutete Kontaktfenster 36 beidseitig des Bereiches 30 erfolgen. Die Leiterbahn 34 führt zu dem in dem Ausschnitt in Figur 2 nicht mehr dargestellten Kollektor des Transistors T1. Der Bereich 30 ist mit einer in Richtung des n+-Kontaktstreifens 28 gerichteten keilförmigen Struktur 38 versehen.
Mittels des in Figur 2 gezeigten Layouts wird die Schaltfunktion der Transistoren T4 und T5 wie folgt realisiert:
Zum Einschalten des lateralen Transistors T4 muß das Potential des n-Substrats 22 zwischen den Bereichen 24 und 30 auf eine niedrigere Spannung gebracht werden als die am n+-Kontaktstreifen 28 anliegende Versorgungsspannung (14 Volt). Hierzu wird der Basisstrom des lateralen Transistors T4 aus dem außerhalb des hochsperrenden Bereiches des Darlington T5 angeordneten Transistor T1 gespeist. Über die Verbindung des Kollektors des Transistors T1 mit dem n+-Kontaktstreifen 28 wird das n+-Gebiet zwischen den Bereichen 24 und 30 auf ein negativeres Potential gezogen als das gesamte Substrat 22. Der Transistor T4, dessen Emitter der Bereich 30, dessen Kollektor der Bereich 24 und dessen Basis das zwischen diesen Bereichen liegende Substrat 22 ist, wird somit durchgesteuert. Durch die keilförmige Struktur 38 des Bereiches 30 wird erreicht, daß in einer zwischen den zwei Kontaktfenstern 36 in der Mitte liegende Zone mit niedrigerer Potentialabsenkung gegenüber den in Richtung der Kontaktfenster 36 liegenden Zonen mit höherer Potentiaiabsenkung ein Ausgleich erfolgt. Somit wird erreicht, daß ein gleichmäßigerer Lateralstrom zwischen den Bereichen 30 und 24 fließen kann und somit eine Verbesserung der Verstärkung erzielt wird.
Der Abstand zwischen den Bereichen 30 und 24 muß wegen der Ausdehnung der Raumladungszone im Sperrbetrieb des Darlington T5 einen Mindestabstand aufweisen. Für den gezeigten Anwendungsfall beträgt dieser vorteilhaft mindestens 55 µm. Hierdurch ergibt sich eine Stromverstärkung des lateralen Transistors T4 von 0,1.
Durch die gefundene Anordnung läßt sich somit ein Ansteuerstrom für den Darlington T5 über die sperrende Randstruktur des Darlington T5 bringen, ohne das Sperrverhalten des Darlington T5 im Abschaltfall zu stören. Aufgrund der Stromverstärkung von ca. 0,1 läßt sich mit einem Kollektorstrom des invertierend geschalteten Transistors T1 von ca. 100 mA ein Ansteuerstrom für den Darlington T5 von ca. 10 mA generieren. Der Darlington T5 kann so mit ca. 10 A betrieben werden.
Die weiteren in Figur 1 erläuterten und in Figur 2 nicht dargestellten Schaltungselemente der Schaltungsanordnung 10 können auf dem Wafer 20 außerhalb des von der Deckelektrode 26 umgriffenen Bereiches angeordnet werden. Ein Teilerwiderstand der Deckelektrode 26 kann sehr vorteilhaft gleichzeitig als Strombegrenzungswiderstand R5 für den Kurzschlußtransistor T6 dienen.

Claims (9)

  1. Schaltungsanordnung einer Zündendstufe für ein Kraftfahrzeug mit einem Transistor zum Ansteuern der Primärwicklung einer Zündspule, wobei der Kollektor des Transistors mit dem Pluspol (14) einer Spannungsquelle, wobei der Emitter des Transistors mit einem ersten Anschluß der Primärwicklung (16) der Zündspule (18) verbunden ist, während der zweite Anschluß der Primärwicklung (16) an Masse liegt, und wobei die Basis des Transistors über ein Entkopplungselement mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T5) ein npn-Darlington ist und daß.das Entkopplungselement ein lateraler pnp-Transistor (T4) ist, dessen Kollektor mit der Basis der Darlington (T5), dessen Emitter mit dem Pluspol (14) der Spannungsquelle verbunden ist und dessen Basis von der Ansteuerschaltung ansteuerbar ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung einen Transistor (T1) aufweist, dessen Kollektor mit der Basis des pnp-Transistors (T4), dessen Emitter mit Masse verbunden ist und dessen Basis über ein die Zündung auslösendes Steuersignal ansteuerbar ist.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der npn-Darlington (T5) und der laterale pnp-Transistor (T4) in einem Wafer (20) monolithisch integriert sind.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein p-dotierter Bereich (24) ein einem n-Substrat (22) gleichzeitig die Basis des Darlington (T5) und der Kollektor des Transistors (T4) ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer p-dotierter Bereich (30) im Abstand zu dem Bereich (24) angeordnet ist, der den Emitter des Transistors (T4) bildet und ein zwischen den Bereichen (24, 30) liegender n-Substratabschnitt (22), der durch einen n+-Kontaktstreifen (28) abgegrenzt ist, die Basis des Transistors (T4) bildet.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der n+--Kontaktstreifen (28) eine Deckelektrode (26) kontaktiert, die über dem n-Substrat (22) angeordnet ist, das zwischen den p-dotierten Bereichen (24, 30) liegt.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der p-dotierte Bereich (30) außer an einer dem n+-Kontaktstreifen (28) zugewandten Seite von einem n+-Ring (32) umgriffen ist, der mit dem Pluspol (14) verbunden ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (30) von einer weiteren Leiterbahn (34) umgriffen ist, die mit dem n+-Kontaktstreifen (28) an beiden Seiten des Bereiches (30) kontaktiert ist.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (30) eine in Richtung des n+-Kontaktstreifens (28) gerichtete keilförmige Struktur (38) aufweist.
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