本発明は、点火コイルの一次電流を断続制御させるイグナイタに関し、特に、内燃機関の誤点火を防止させる際に用いて好適のものである。
気筒内に供給された混合気を爆発燃焼させる内燃機関は、複数の気筒が配備され、ECU(Engine Control Unit)によって所望の気筒を適宜のタイミングで燃焼させることにより、安定した駆動状態を実現させている。ECUは、各気筒に設けられたイグナイタに駆動信号を送信し、点火プラグを放電させる指令を行う。かかる駆動信号には様々なノイズ成分が重畳されているため、イグナイタは、入力された駆動信号に基づいて情報を解読し、点火プラグの放電タイミング及び放電時間を適宜に制御する。
図11には、イグナイタの構成が示されている。かかるイグナイタ1000は、筐体部1110とIGBT1120と制御部1130と放熱体1140とから構成されている。筐体部1110は、耐熱性の樹脂材から成り、コネクタ部1110aと外接部1110bと格納部1110cとが成形されている。また、筐体部1110には、電源端子1111aとコレクタ端子1111bと入力信号端子1111cとグランド端子1111dとが一体成形されている。ここで、電源端子1111a及び入力信号端子1111c及びグランド端子1111dは、コネクタ部1110aの内部に露出した状態で配列される。また、コレクタ端子1111bは、放熱体1140を介してIGBT1120のコレクタ端子に接合されている。そして、全ての端子1111は、格納部1110cの内部において一旦露出される。更に、電源端子1111aにあっては、再び筐体部1110に埋没され、端部が格納部1110cの外方に露出される。また、コレクタ端子1111bにあっても、再び筐体部1110に埋没され、端部が格納部1110cの外方に露出される。そして、電源端子1111aの端部及びコレクタ端子1111bの端部は、格納部1110cの外方において、点火コイルを構成する一次コイルに各々接続される。加えて、格納部1110cには、制御部1130及びIGBT1120及び放熱体1140が格納される。制御部1130は、IGBT1120及び端子1111の露出部へ適宜にワイヤーボンディングされる。また、制御部1130には、ドライブ回路及び電流制限回路をはじめとする実装回路が適宜に設けられている。かかるドライブ回路は、ECUから供給された駆動信号を解読し、ノイズ成分を排除させたゲート電圧Vgに変換させる。また、電流制限回路は、IGBT1120のゲート電圧Vgを制御し、IGBTの出力電流Icを一定値に制御させ、当該IGBT1120の発熱又は熱暴走を回避させる。
かかる構成を具備するイグナイタ1000では、電源端子1111aに電源電圧Vbが印加され、電源電圧Vbは一次コイルL1及び制御部1130に分配される。そして、電源電圧Vbは、一次コイルL1によって一次電圧Vcに変換され、IGBT1120のコレクタ端子へ印加される。また、入力信号端子1111cに入力された駆動信号Gsは、制御部1130を介してゲート電圧Vgに変換され、その後、かかるゲート電圧Vgは、IGBT1120のゲート端子に導かれ、IGBT1120を駆動させる。かかる如くIGBT1120が駆動されると、IGBT1120のエミッタ端子から出力電流Icが出力され、出力電流Icは、制御部1130を介してグランド端子1111dへと導かれる。このとき、IGBT1120の駆動状態に応じて一次電圧Vcが変動し、これにより、二次コイルL2では、二次電圧V2が誘起され、ON時電圧Vq及びピーク電圧Vp等を発生させる。
以下、イグナイタ1000を適用させた従来技術に係る点火装置の動作について説明する。図8には、適正状態の駆動信号Gsがイグナイタ1000に入力された際の、点火装置の動作が示されている。適正状態の駆動信号Gsでは、図示の如く、規定時間trを伴う矩形波とされている。尚、規定時間trは、IGBT1120又は図示されない点火コイルの性能に応じて適宜に規定される。駆動信号Gsがイグナイタ1000に入力されると、時間t1〜t2において、ゲート電圧Vgには駆動信号Gsに相当する矩形波が立ち上がり、出力電流Icでは線形的に増加する電流が発生する。これにより、一次電圧Vcが誘起され、二次電圧V2ではON時電圧Vqが誘起される。但し、かかる場合のON時電圧Vqは、+1.5kV以下に抑えられるので、点火プラグに放電を起こさせることはない。その後、時間t2〜t3では、ゲート電圧Vgの電圧値が制御部1130の電流制限回路によって制御され、出力電流Icの値が17A程度に抑えられる。そして、時間t3の直後では、駆動信号Gsの立ち下がりに応じて、ゲート電圧Vg及び出力電流Icも同様に立ち下がる。このとき、一次電圧Vcでは430V程度の自己誘導起電力Vcmが急峻に発生するので、二次電圧V2は、−1.5kVを大幅に下回る負電圧が誘起され、点火プラグを放電状態に至らしめる。
しかしながら、イグナイタ1000に入力される駆動信号Gsは、ECUの動作障害又は誘導ノイズに起因する外乱によって、規定時間trより長い時間成分の矩形波とされる場合がある。かかる場合、制御部1130は、不適当な時間成分を規定時間trと誤認識し、IGBT1120を異常発熱させてしまうとの問題が生じる。かかる問題を回避するため、制御部1130にセルフシャットダウン回路を追加することで、駆動信号Gsの立ち上がり時間をカウントし、併せて、規定時間trの到来後にゲート電圧を強制的にLow状態とさせる技術が検討されている。ここで、セルフシャットダウン回路は、駆動信号Gsの立ち上がり時間をカウントするクロックカウンタと、当該クロックカウンタの指令によってゲート端子及びグランドを短絡させるスイッチング素子とから構成されている。しかしながら、セルフシャットダウン回路を具備する制御部1130では、セルフシャットダウン回路を構成するスイッチング素子の動作に応じて、ゲート電位Vgが急激にアースされるので、誤ったタイミングで点火プラグに放電作用を与えてしまうとの問題が生じる。このとき、かかるイグナイタは、内燃機関の気筒内部において供給燃料を誤点火させ、当該内燃機関に生じる振動及び破損の原因となる。
そこで、特開2002−004991号公報(特許文献1)では、セルフシャットダウン回路を備えるイグナイタの改善例が紹介されている。特許文献1に係るイグナイタは、スイッチングデバイス(特許請求の範囲におけるスイッチング素子)と電流制限回路と電圧制限回路(実施の形態における双方向ツェナーダイオードDz2)とタイマ回路(特許請求の範囲におけるセルフシャットダウン回路)と主電流漸減回路とから構成されている。ここで、主電流漸減回路は、ゲート信号ライン及びグランドの間に設けられたトランジスタと、コンデン及び抵抗が直列接続された直列回路とから構成されている。電流制限回路には、5端子を備える演算増幅器が設けられており、非反転端子によって出力電流Icが検出され、反転端子に当該直列回路の分圧電位が基準電位として印加され、出力端子に主電流漸減回路のトランジスタのゲート部が接続される。即ち、特許文献1に係るイグナイタでは、セルフシャットダウン回路が機能する際、直流回路によって基準電圧を漸減させるので、図9に示す如く、時間t3において、ゲート電位Vgの低下速度が緩和され、出力電流Icの立ち下がり勾配が緩やかになる。従って、一次コイルL1に生じる自己誘導起電力Vcmが抑制され、これにより、ピーク電圧Vpが適宜に抑えられ、点火プラグの誤放電が回避されている。
また、特開2004−316469号公報(特許文献2)では、特許文献1に係る主電流漸減回路の構成を簡素化させたイグナイタの変更例が紹介されている。特許文献2に係るイグナイタは、スイッチング素子と電流制限回路とゲート電圧緩減回路と異常検出回路(特許請求の範囲におけるセルフシャットダウン回路)とから構成されている。かかるゲート電圧緩減回路は、ゲート信号ラインとグランドとの間に抵抗が設けられており、当該抵抗とスイッチング素子の寄生容量とによって、ゲート電位Vgの低下速度を制御する。特許文献2に係るイグナイタでは、図9に示す如く、セルフシャットダウン回路によって駆動信号の時間成分か規定時間trより長いと判断されると、当該セルフシャットダウン回路がゲート電圧緩減回路を駆動させる。そして、前述の如く、時間t3においてゲート電圧Vgを緩減させ、これにより、点火プラグの誤放電を防止させる。即ち、特許文献2に係る技術では、スイッチング素子の寄生容量が有効に利用されるため、これに伴い、イグナイタの構成の簡素化が図られている。
特開2002−004991号公報
特開2004−316469号公報
しかしながら、特許文献1に係るイグナイタでは、制御部を構成する実装基板又はシリコン基板上に、主電流漸減回路を新たに設ける必要があり、制御部の構成が複雑化され、生産コストの高騰を招くとの問題が生じる。
また、特許文献2に係るイグナイタでは、スイッチング素子の構造上、寄生容量が低値とされるので、ゲート電圧緩減回路として用いられる抵抗は、抵抗値及び外寸に関して数10MΩとされる非常に大きい抵抗素子を選択する必要がある。このとき、当該抵抗素子は、制御部に実装されることとすると、イグナイタの外形寸法を肥大化させ、生産コストの上昇を招くとの問題が生じる。
更に、特許文献1及び特許文献2の何れの文献にも開示されていないが、絶縁酸化膜によって構成されるスイッチング素子では、セルフシャットダウン回路が作動しても、ゲート端子に電荷を残存させる場合があり、これにより、スイッチング素子が駆動状態に維持されることがある。従って、かかるイグナイタでは、電源電圧の浪費が懸念されると供に、スイッチング素子の発熱を促すとの問題が生じる。
本発明は上記課題に鑑み、簡素な構成によって点火装置の誤点火防止を実現させ、併せて、スイッチング素子の動作の安定化に寄与するイグナイタの提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明では次のようなイグナイタの構成とする。すなわち、ゲート信号ラインへゲート信号を送信させるドライブ回路と前記ゲート信号を遮断させるセルフシャットダウン回路とが配設された制御部と、前記ゲート信号ラインに接続されるゲート端子を有し前記ゲート信号に応じて駆動されるスイッチング素子とを備えるイグナイタにおいて、前記スイッチイグ素子は、前記ゲート端子及び絶縁酸化膜及び出力端子によって形成される寄生容量部と、一端が前記ゲート端子に接続され他端が前記出力端子に接続された抵抗部とを具備する。このとき、前記スイッチング素子には、前記抵抗部が積層されて配置されるのが好ましい。また、前記抵抗部は、ポリシリコンによって構成されるシリコン抵抗層から成るのが好ましい。より好ましくは、前記スイッチング素子には、ドープされた拡散抵抗層によって前記抵抗部が形成されることとする。なお好ましくは、前記抵抗部は、前記ゲート端子及び前記出力端子の間に生じる電位差を緩減させることとする。更に好ましくは、前記抵抗部は、抵抗値が0.9MΩ以上の範囲に設定されることとする。更に好ましくは、前記スイッチング素子は、ピーク値到達時間が400μsec以上の範囲とする特性を具備することとする。更に好ましくは、前記抵抗部は、特に、前記寄生容量部へ帯電した静電気量によって生じた電位差を緩減させることとする。更に好ましくは、前記抵抗部は、抵抗値が1MΩ以上であって、且つ、30MΩ以下である範囲に設定されることとする。
以上の如く、本発明に係るイグナイタでは、絶縁酸化膜を利用した寄生容量部と、ゲート端子に残存する電荷をエミッタ端子に開放する目的で予め設けられた抵抗部との双方を有効利用し、点火プラグの誤放電を防止させる機能を実現させたので、不要な構成部品の追加を回避し得て、極めて効果的に装置の簡素化が図られる。
また、本発明に係るイグナイタでは、ゲート端子と出力端子との間に抵抗部が設けられたスイッチング素子とされるので、ゲート端子に帯電する電荷が適宜に開放され、これにより、停止指令時に誤ってスイッチング素子が駆動する事なく、不必要なスイッチング素子の動作が抑制され、以て、消費電力の低減が図られる。
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。先ず、図2を参照して、スイッチング素子の構成について説明する。図2(a)には、スイッチング素子1120の等価回路の一態様が示されている。図示の如く、本実施の形態に用いられるスイッチイグ素子1120は、ゲート端子G及び入力端子C及び出力端子Eを具備するパワートランジスタTrと、ゲート端子G及び図示されない絶縁酸化膜及び出力端子Eによって形成される寄生容量部Ciesと、一端がゲート端子Gに接続され他端が出力端子Eに接続された抵抗部Rとを具備する。
パワートランジスタTrは、半導体の所定表面に入力端子C及び出力端子Eが設けられる。このとき、半導体上の入力端子C及び出力端子Eの間に絶縁酸化膜及びゲート端子Gが順次積層されている。かかる絶縁酸化膜は、半導体のシリコン表面をマスクさせたシリコン酸化膜によって形成される。また、ゲート端子Gは、絶縁酸化膜の表面に積層されたポリシリコン(Poly-Silicon)層及びアルミ蒸着層によって形成される。かかる構成により、パワートランジスタTRは、ゲート端子Gにおける印加電圧の状態に応じた電界効果を生じせしめ、コレクタ端子Cと出力端子Eとの間にチャンネルを形成させ、これにより、入力端子C及び出力端子Eの間の透過電流を電気的に制御させる。かかるパワートランジスタTrは、プレーナ型を用いても良いし高耐圧とされるメサ型を用いても良い。また、本実施の形態で用いられるパワートランジスタTrには、IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)、又は、MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)が適用される。尚、本実施の形態で用いられるパワートランジスタTrは、耐圧450V程度を満たす素子が選択される。
寄生容量部Ciesは、前述の如く、ゲート端子Gと絶縁酸化膜と出力端子Eとから成る積層構造とされる。このとき、ゲート端子Gと出力端子Eとの間に電位差が生じる際、絶縁酸化膜が誘電体として機能し、寄生容量部Ciesには、電位差と絶縁酸化膜の電気的性質とに応じた電荷量が帯電される。かかる如く、寄生容量部Ciesは、パワートランジスタTrの一部構造によって形成される電気的機能部であり、パワートランジスタTrに内在するものである。
抵抗部Rは、図示の如く、一端がゲート端子Gに接続され他端が出力端子Eに接続される。従って、抵抗部Rは、寄生容量部Ciesに対して並列接続される。かかる抵抗部Rは、以下の如くスイッチング素子1120に組み込まれる。即ち、抵抗部Rは、パワートランジスタTrの表層部に積層されて配置される。これにより、スイッチング素子1120は、パワートランジスタTRと抵抗部Rとが一体的に構成され、素子の小型化が図られる。かかる抵抗部Rの形態は種々考えられるが、一つの実施形態として、半導体の基板上にシリコン酸化膜を形成させて、かかるシリコン酸化膜の表層に薄膜高抵抗の結晶層を積層させるのが好ましい。このとき、抵抗部Rは、ポリシリコンによって構成されるシリコン抵抗層から成るものが好ましい。これにより、抵抗部RはパワートランジスタTrの所定エリア内において数十MΩ程度の抵抗値を得ることが可能とされるので、パワートランジスタTrの外形形状がスイッチング素子1120に適用され、これにより、スイッチング素子1120の小型化が可能とされる。また、スイッチング素子1120を構成する抵抗部Rは、パワートランジスタTrの所定領域を利用して、熱拡散又はイオン注入されたドープ抵抗層によって形成されても良い。このとき、熱拡散されたドープ抵抗層は、物質中の濃度勾配の拡散現象を利用した熱拡散法によって生成される。具体的には、ドーパント原子を含有する雰囲気中で半導体と供に高温加熱させる。また、ドーパント原子を含有する材料と半導体とを密着させた状態で高温加熱を行っても良い。更に、イオン注入されたドープ抵抗層は、ドーパント原子を含有する雰囲気の中で半導体にドーパントイオンを打ち込むイオン注入法が採用される。かかる構成により、スイッチング素子1120は、抵抗部RとパワートランジスタTRとがワンチップ化されるので、素子の小型化が図られる。また、前述同様、スイッチング素子1120に係る製造工程の簡素化が図られる。
かかるスイッチング素子1120では、コレクタ端子Cに数百Vの高電位が印加され、エミッタ端子EがGNDにアースされ、更に、ゲート端子Gにパルス波化された数mV程度のゲート電圧Vgが断続的に印加される。尚、ゲート電圧Vgとされるパルス波は、数KHz〜数100KHzの矩形波に成形されており、電位のHigh−Low状態が当該周波数に応じて切り換えられる。これにより、パワートランジスタTrは、かかる周波数に応じて駆動され、コレクタ端子Cとエミッタ端子Eを通過する電流が断続制御される。かかる場合、スイッチング素子1120は、寄生容量部Cies及び抵抗部Rの作用を伴って以下の如く動作する。
図3を参照して、スイッチング素子1120の動作について説明する。尚、同図には、ゲート電圧Vgが印加される際における、各端子の電流値又は電圧値の変化状態が成分毎に示されている。より詳しくは、ECUから供給される駆動信号Gsの電圧値と、ゲート端子Gに生じる実際の電圧値とされるゲート電位Vgと、コレクタ端子Cを流れるコレクタ電流Icの値と、コレクタ端子Cに印加されるコレクタ電位Vcの値とが各々経時的に示されている。先ず、時間t0〜t1の期間では、駆動信号GsがLow状態され、これに呼応して、ゲート電位VgもLow状態とされる。このとき、パワートランジスタTrはOFF状態とされるので、コレクタ電流Icは0(A)に保たれる。従って、コレクタ電位Vcは、電源電圧とされる12(V)に維持される。その後、時間t1〜t2の期間では、駆動信号GsがHigh状態とされ、同様に、ゲート電位VgもHigh状態とされる。このとき、パワートランジスタTrはON状態とされるので、コレクタ電流Icは、介挿されたコイルの逆起電力を伴って線形的に増加する。このとき、コレクタ電位Vcは、一次コイルL1における磁束変化が安定するのを待って、電圧値が0(V)近傍に安定する。また、時間t1〜t2の期間では、寄生容量部Ciesにおいてゲート電位Vgに応じた電荷量が帯電される。かかる後、時間t2〜t3の期間では、再び駆動信号GsがLow状態とされる。このとき、ゲート端子Gは、駆動信号Gsによるゲート電位の供給が遮断される。但し、駆動信号Gsが遮断された直後t2では、寄生容量部Ciesに帯電する電荷量によって、駆動信号Gsの電位と同等のゲート電圧Vgが与えられた状態とされる。その後、ゲート電圧Vgは、寄生容量部Ciesの両端電圧に連動し、寄生容量部Ciesの電気容量と抵抗部Rとによって定まる時定数に応じて、経時的に漸減する。従って、ゲート端子Gの電位は、時間t2を境に直ちに0(V)へ収束することなく、High状態の電圧値から0(V)迄の範囲を徐々に緩減することとなる。このとき、コレクタ電流Icは、ゲート電位Vgの緩減曲線に応動し、一定勾配を伴って0(V)に到達する。即ち、かかる場合には、抵抗部Rを具備しない図3(b)のスイッチング素子と比較して、コレクタ電流Icの単位時間に対する減少量が抑制されることとなる。従って、図示の如く、本実施の形態に係るスイッチング素子1120では、コレクタ電位Vcにおいて、誘導起電力Vcmの発生が低値に抑えられる。
上述の如く、本実施の形態に係るスイッチング素子1120では、寄生容量部Ciesと抵抗部Rとを具備するパワートランジスタTrが用いられるので、ゲート電位Vg及びコレクタ電流Icの減少特性が適宜に制御され、これにより、コレクタ電位Vcに発生する誘導起電力Vcmが低値に抑えられる。
また、寄生容量部Ciesは、ゲート端子Gを備えるパワートランジスタTrの構造上、寄生的に構成される電気的機能部である。従って、パワートランジスタTrのゲート電圧Vgを容量変化させるための電気的素子を別途設けることなく、スイッチング素子1120の簡素化及び低コスト化が図られる。
更に、抵抗部Rは、パワートランジスタTrの表面に積層されるか、又は、パワートランジスタTrを構成する半導体基板に直接形成される。かかる如く、スイッチング素子1120は、パワートランジスタTRと抵抗部Rとがワンチップ化されるので、スイッチング素子1120の大型化を回避できる。
併せて、パワートランジスタTrを構成する寄生容量部Ciesは、誘電体が薄膜状の絶縁酸化膜によって形成るため、電気容量が極めて低値とされる。しかし、数十MΩオーダーの抵抗値を容易に実現できるシリコン抵抗層を採用することにより、寄生容量部Cies及び抵抗部Rの電気的性質によって付与される時定数は、所望の値に設定され、これにより、コレクタ電位Vcに生じる誘導起電力Vcmの低減を実現させる。
加えて、ゲート端子Gに供給される駆動信号GsがLow状態であっても、駆動信号Gsを供給する制御部の誤作用によってゲート電位Vgが持続的に引き上げられる場合がある。また、ゲート端子Gに静電荷が残存することによって、パワートランジスタTrが誤動作する場合が有る。しかし、かかる場合にあっても、本実施の形態に係るスイッチング素子1120では、ゲート電位Vgと出力端子の電位とが抵抗部Rによって平衡作用を受け、OFFモード時に係るパワートランジスタTrの駆動安定性が約束される。
尚、図2(b)には、別態様とされたスイッチング素子1120が示されている。かかるスイッチング素子1120は、図2(a)で示されたスイッチング素子の構成を具備し、更に、双方向ツェナーダイオードDz1及びDz2が追加されている。双方向ツェナーダイオードDz2は、パワートランジスタTrの入力端子Cとゲート端子Gとの間に設けられる。かかる双方向ツェナーダイオードDz2は、コレクタ電位Vcの異常上昇に備えて設けられ、半導体基板の損傷を防止させる。また、双方向ツェナーダイオードDz1は、パワートランジスタTrのゲート端子Gと出力端子Eとの間に設けられる。例えば、ゲート−エミッタ間耐圧が20VとされるパワートランジスタTrでは、ツェナーダイオードDz1を16V程度に設定させる。これにより、双方向ツェナーダイオードDz1は、パワートランジスタTrの保護素子として機能し、半導体素子表層の絶縁酸化膜の絶縁破壊を防止させる。尚、双方向ツェナーダイオードDz1及びDz2は、例えば、ポリシリコンによって形成され、パワートランジスタTrの表層部に積層される。
以下、スイッチング素子1120を適用させた実施例について具体的に説明する。図4には、実施例1に係るイグナイタの構成が機能ブロックとして示されている。尚、同図には、イグナイタ1100の構成要素の他に、点火コイル1200及び電源1300及びECU1400及び点火プラグ1500が便宜的に示されている。電源1300は、車載バッテリであって、12(V)の電源電圧Vbを供給する。ECU(Engine Control Unit)1400は、内燃機関の動作情報を管理し駆動信号Gsを出力させる。また、かかるECU1400は、電源1300から供給される電源電圧Vbを、イグナイタ1100に配される制御部1110及び点火コイル1200に印加させる。点火コイル1200は、鉄芯及び一次コイル及び2次コイルがアッセンブルされ、電磁誘導によって2次コイルの出力端子を数kV程度に昇圧させ、これにより発生した誘起電圧を点火プラグ1500に印加する。点火プラグ1500は、一方が2次コイルの出力端子に接続され他方がGNDにアースされたプラグギャップを備え、印加された誘起電圧に応じて火花放電を発生させる。これにより、点火プラグ1500は、気筒内の混合気を燃焼させ、熱膨張によって内燃機関に駆動力を与える。
イグナイタ1100は、制御部1110とスイッチング素子1120とから構成される。図示の如く、制御部1110には、ゲート信号ラインLgへゲート電圧Vgを供給させるドライブ回路1113と、ゲート電圧Vgを遮断させるセルフシャットダウン回路1112とが配設されている。本実施例に係る制御部1110では、ドライブ回路1113とセルフシャットダウン回路1112との双方が、入力信号ラインLiを介してECU1400へ接続され、これにより、ECUから出力される駆動信号Gsが、ドライブ回路1113及びセルフシャットダウン回路1112へ入力される。
ドライブ回路1113は、入力された駆動信号Gsに重畳される不要なノイズ成分を除去し、信号波として使用可能な矩形状のゲート電圧Vgに変換する。また、かかるゲート電圧Vgをゲート信号ラインLgへ供給させ、これにより、ゲート電圧Vgは、ゲート信号ラインLgを介してスイッチング素子1120で受信される。
セルフシャットダウン回路1112は、内部信号ラインLnを介してドライブ回路1113に接続される。そして、入力された駆動信号Gsに基づいて所定機能が作用し、ドライブ回路1113から出力されるゲート電圧Vgを遮断させる。かかる所定機能は、例えば、スイッチング素子1120の温度を感知して許容温度を超えた際にゲート電圧Vgを遮断させるサーマルシャットオフ機能とされても良い。また、駆動信号GsのHigh状態とされる時間をカウントして許容時間が到来した時にゲート電圧Vgを遮断させるタイムシャットオフ機能とされても良い。
スイッチング素子1120は、実施の形態で示されたパワートランジスタTrを主構成要素とする電気的素子であって、前述同様の作用効果を奏するものである。
尚、本実施例で用いられるイグナイタ1100と点火コイル1200とが、耐熱性の樹脂性筐体に適宜に格納され、エポキシ樹脂等で絶縁的に含浸されることにより、内燃機関のプラグホールに各々設けられる内燃機関用点火装置が形成される。ここで、耐熱性の樹脂性筐体は、例えば、PPS(Polyphenylene Sulfide)を材料として制作される。
図1には、図4で説明された機能ブロック図を具現化させたイグナイタ1100に係る回路構成の一例が示されている。尚、同図にあっても、イグナイタ1100の構成要素の他に、点火コイル1200及び電源1300及び点火プラグ1500が便宜的に図示されている。
前述の如く、イグナイタ1100は、制御部1110とスイッチング素子1120とから構成されている。このとき、イグナイタ1100には、電源端子tvと入力信号端子tsとグランド端子tgとコレクタ端子tcとが適宜に配置されている。電源端子tvは、図示されない電源配線によって電源1300と接続され、減圧されて5(V)の電圧が印加される。入力信号端子tsは、ECUから駆動信号Gsが供給される。コレクタ端子tcは、点火コイル1200の1次コイルL1とスイッチング素子1120の入力端子とを接続させ、電源電圧Vbから変換されたコレクタ電位Vcが印加される。グランド端子tgは、ECU1400を介してGNDへアースされる。
制御部1110には、ドライブ回路1113及びセルフシャットダウン回路1112が配設される。更に、電源端子tvに接続された電源ラインLvと、入力信号端子tsに接続された入力信号ラインLss及びLsdと、グランド端子tgに接続されたグランドラインLeと、コレクタ端子tcに接続された電源供給ラインLcと、ドライブ回路1113及びセルフシャットダウン回路1112を接続させる内部信号ラインLnとが適宜配線されている。
セルフシャットダウン回路1112は、比較器Comp1と、コンデンサCと、npn型バイポーラトランジスタTr1と、PチャンネルMOSFET(Tr2)と、抵抗R1〜R5及び抵抗rとが適宜に配置される。より詳しく説明すると、セルフシャットダウン回路1112は、電源ラインLvが延在して設けられる。また、抵抗R2及びR3の直列回路Aが電源ラインLvとグランドラインLeとの間に接続される。更に、抵抗4及びnpn型バイポーラトランジスタTr1から成る直列回路Bが、直列回路Aに並列接続される。加えて、PチャンネルMOSFET(TR2)と抵抗rとから成る直列回路Cが直列回路Bと並列に設けられ、直列回路Cの抵抗rが電源ラインLvに接続され、PチャンネルMOSFET(TR2)のドレインDが内部信号ラインLnを介してドライブ回路1113に接続される。また、PチャンネルトランジスタTr2のゲートGには、抵抗R5を介して抵抗4及びnpn型バイポーラトランジスタTr1の接点に接続される。また、比較器Comp1は、出力端子がnpn型バイポーラトランジスタTr1のベースBに接続され、非反転端子(+)が抵抗R2及び抵抗R3の接点に接続され、反転端子(−)が抵抗R1を介して入力信号ラインLssと接続される。更に、入力信号ラインLssとグランドラインLeとの間にはコンデンサCが接続される。尚、ここで用いられる素子群は、5V以下の電圧で用いられる小スペックの電気的素子が採用される。
ドライブ回路1113は、比較回路Comp2と、NチャンネルMOSFET(Tr3)と、抵抗R6〜抵抗12とが適宜に配置される。より詳しく説明すると、ドライブ回路1112は、グランドラインLeが延在して設けられる。また、抵抗R7及びR8から成る直列回路Dが電源ラインLvとグランドラインLeとの間に接続される。更に、NチャンネルMOSFET(Tr3)が直列回路Dに対して並列に設けられ、ドレインDが内部信号ラインLnを介してセルフシャットダウン回路1112に接続され、ソースSがグランドラインLeに接続される。加えて、比較器Comp2は、出力端子が抵抗R11を介してNチャンネルMOSFET(Tr3)のゲートGに接続され、反転端子(−)が抵抗R6を介して入力信号ラインLsdに接続され、非反転端子(+)が抵抗R9及びR10の接点に接続される。かかる抵抗R9及びR10によって構成される直列回路Eは、一端が抵抗R7及びR8の接点に接続され、他端が比較器Comp2の出力端子に接続される。更に、NチャンネルMOSFET(Tr3)のドレインDには、ゲート抵抗として機能する抵抗R12が設けられ、ゲート信号ラインLgを介してスイッチング素子1120へと接続される。尚、前述同様、ここで用いられる素子群も、5V程度の小スペックの電気的素子が採用される。
本実施例で用いられるスイッチング素子1120は、図示の如く、図2(b)で示された、ツェナーダイオードDz1及びDz2を具備するスイッチング素子1120が用いられる。尚、以下では、かかるスイッチング素子1120を構成するパワートランジスタTrがIGBT(Tr)であるとして説明する。一般に、IGBT(Tr)は、MOSFETと比較して、大電流を制御する際に好適とされる。以下、これらの構成を具備するイグナイタ1100の動作について説明する。
先ず、入力信号端子tsに適正な駆動周波数とされた駆動信号Gsが印加される場合のイグナイタ1100の動作について説明する。かかる場合の駆動信号Isは、図1に示す如く、セルフシャットダウン回路1112及びドライブ回路1113の双方に送電される。このとき、セルフシャットダウン回路1112では、電源電圧Vbが分圧された基準電圧Vth1を比較器Comp1の非反転端子(+)へ印加させ、これと同時に、比較器Comp1の反転端子(−)には駆動信号Gsが入力される。そして、比較器Comp1は、駆動信号Gsを基準電圧Vth1と比較させ、駆動信号Gsの波形状態がHigh状態又はLow状態であるに関わらず、出力端子からHigh信号を出力させる。このとき、npn型バイポーラトランジスタTr1がON状態とされるため、PチャンネルMOSFET(Tr2)ではゲートGの電位が低下し、これにより、電源電圧VbがPチャンネルMOSFET(Tr2)を介してドライブ回路1113へ供給される。また、セルフシャットダウン回路1112の動作と同期して、ドライブ回路1113では、分圧された基準電圧Vth2が比較器Comp2の非反転端子(+)へ印加され、駆動信号Gsが比較器Comp2の反転端子(−)へ入力される。比較器Comp2では、基準電圧Vth2と駆動信号Gsとが比較され、駆動信号Gsの駆動周波数に応じてNチャンネルMOSFET(Tr3)を駆動させる。このとき、NチャンネルMOSFET(Tr3)がOFF状態とされる時に、ゲート電圧VgのHigh波形が成形される。また、NチャンネルMOSFET(Tr3)がON状態とされる時に、ゲート電圧VgのLow波形が形成される。かかる如く、駆動信号Gsはドライブ回路1113によって適宜な矩形波に修正され、これによって生成されたゲート電圧vgは、抵抗R12及びゲート信号ラインLgを介して、スイッチング素子1120へ供給される。
次に、駆動信号Gsの駆動周波数が何らかの異常で変動し、駆動信号Gsが駆動周波数に応答したON時間を超えてHigh状態とされ続ける場合のイグナイタ1100の動作について説明する。かかる場合、セルフシャットダウン回路1112では、前述同様、比較器Comp1に基準電圧Vth1及び駆動信号Gsが印加される。但し、駆動周波数に応答したON時間を超えてHigh状態の駆動信号Isが反転端子(−)に印加され続けると、入力信号ラインLssに接続されたコンデンサCには、徐々に電荷が蓄積され、これにより、反転端子(−)の電位が上昇する。その後、コンデンサCの電気容量に基づき設計上規定された規定時間に到達すると、コンデンサCの電荷量の上昇によって、反転端子(−)の電位が基準電圧Vth1より大きくなり、これにより、比較器Comp1は、出力端子からLow信号を出力させる。従って、npn型バイポーラトランジスタTr1はOFF状態とされるため、PチャンネルMOSFET(Tr2)におけるゲートGの電位が引き上げられ、セルフシャットダウン回路1112は、ドライブ回路1113に対する電源電圧Vbの供給を遮断させる。このとき、ドライブ回路1113では、前述の如く、駆動信号Gsに応じてNチャンネルMOSFET(Tr3)が駆動される。しかし、NチャンネルMOSFET(Tr3)のドレインDには電源電圧Vbが供給されていないため、ドライブ回路1113では、ゲート電圧Vgが生成されなくなる。即ち、ドライブ回路1113は、セルフシャットダウン回路1112の動作によって、ゲート電圧Vgの印加が遮断されることとなる。かかる制御部1110の動作モードの際、High状態に維持されたゲート電圧Vgは、規定時間経過後に強制的にLow状態に切り換えられる。このとき、スイッチング素子1120では、ゲート電圧Vgの電圧値から徐々に緩減されるので、コレクタ電流Icを急激に遮断させることなく、点火プラグ1500の誤放電を防止させる。
上述の如く、本実施例に係るイグナイタ1100では、何らかの異常により駆動信号GsがHigh状態に維持される際、セルフシャットダウン回路1112がゲート電圧Vgの供給を強制的に遮断させると、寄生容量部Cies及び抵抗部Rの作用によって、当該ゲート電位Vgが緩減し、IGBT(Tr)におけるコレクタ電流Icの減少速度が制御され、これにより、点火コイルL1の自己誘導起電力が抑制され、点火プラグの誤放電が防止される。
かかるイグナイタ1100は、スイッチング素子1120の構成のみを変更することによって実現されるため、制御部1100に新たな回路構成を追加することなく、装置の大型化を防ぎ、且つ、簡素な構成でソフトシャットダウン機能を追加させることが可能とされる。このとき、本実施例に適用されるスイッチング素子1120は抵抗部Rのみが追加された構成とされるので、スイッチング素子1120に係る生産コストの上昇が抑えられ、結果として、イグナイタ1100の生産コストの高騰を抑制できる。
また、内燃機関が停止状態の時、IGBT(Tr)はゲート端子Gと出力端子Eとの電位差を略同値となる様に制御されるので、かかるイグナイタ1100は、非駆動状態におけるIGBT(Tr)の動作が安定化され、これにより、電源1300の電力損失を低減させ得る。
尚、本実施例を現すイグナイタ1100の回路構成は、図1に示される回路構成に限定されることなく、この他に種々の改変が可能である。図5を参照して、改変例の一例として示されたイグナイタ2100について説明する。かかるイグナイタ2100は、前述同様、セルフシャットダウン回路2112とドライブ回路2113とから構成される。セルフシャットダウン回路2112は、PチャンネルMOSFET(Tr2)のソースSがゲート信号ラインLgに接続される。また、ドライブ回路2113は、NチャンネルMOSFET(Tr3)の替わりにnpn型バイポーラトランジスタ(Tr3)に置き換えられ、抵抗r及びnpn型バイポーラトランジスタ(Tr3)から成る直列回路が、電源ラインLvとグランドラインLgとに接続される。そして、抵抗rとnpn型バイポーラトランジスタ(Tr3)との接点に抵抗R13及び信号ラインLgが接続される。尚、かかる変更箇所以外の構成については、図1に示されるイグナイタ1100と同一構成とされる。かかるイグナイタ2100にあっても、ドライブ回路2113では、駆動信号Gsに応じてゲート電圧Vgを印加させ、このとき、セルフシャットダウン回路2112では、駆動信号Gsの信号が異常である場合に、ドライブ回路2113から出力されるゲート電圧Vgを強制的に遮断させる。
図6には、イグナイタ1100の変更例がイグナイタ3100のブロック図として示されている。尚、同図では、同一構成については同一符号を付し、説明を省略する。図示の如く、実施例2に係るイグナイタ3100は、制御部3110とスイッチング素子1120とから構成され、制御部3110に変更が加えられている。即ち、かかる制御部3110には、実施例1に係るイグナイタ1100の構成の他に、定電圧回路1111と電流制限回路1114とが新たに追加されている。
定電圧回路1111は、ECUから供給された電源電圧Vbを、制御部3110の内部で用いられる制御用電源電圧に変換させる。具体的には、12(V)の電源電圧Vbを5(V)の制御用電源電圧に変換させる。かかる制御用電源電圧は、略一定値に保持され、制御部3110を構成する各回路へ供給される。
電流制限回路1114には、スイッチング素子1120の出力端子Eに接続された検出信号ラインLmと、ドライブ回路1113に接続された制御信号ラインLdとが設けられている。そして、電流制限回路1114は、スイッチング素子1120から出力される出力電流を検出し、これにより、スイッチング素子1120のゲート電位Vgを適宜に調整し、コレクタ電流Icの電流値を一定値に保持させる。
図7には、電流制限回路1114を具備するイグナイタ3100の構成が示されている。かかる電流制限回路1114は、比較器Comp3とnpn型バイポーラトランジスタTr4と抵抗R13〜R17とから構成される。より具体的に説明すると、電流制限回路1114は、グランドラインLeが延在して設けられる。また、抵抗R13及びR14から成る直列回路が電源ラインLvとグランドラインLeとの間に接続される。更に、npn型バイポーラトランジスタTr4と抵抗R16とから成る直列回路がゲート信号ラインLgとグランドラインLeとの間に接続される。加えて、シャント抵抗として機能するR17がスイッチング素子1120の出力端子Eとゲート信号ラインLeとの間に接続される。また、電流制限回路1114に設けられる比較器Comp3は、出力端子がnpn型バイポーラトランジスタTr4のベースBに接続され、反転端子(−)が抵抗R13と抵抗R14との接点に接続され、非反転端子(+)が抵抗R15を介して抵抗R17の出力端子側に接続される。
電流制限回路1114を具備するイグナイタ3110は、以下の如く動作する。図8を参照して、駆動信号Gsが規定時間Trに相当するパルス幅で入力される際のイグナイタ3100の動作を説明する。先ず、時間t1において駆動信号Gsが入力信号端子tsに印加されると、IGBT(Tr)のゲート端子GにはHigh状態とされたゲート電圧Vgが印加され始め、これに応じて、コレクタ電流Icは線形的な増加を開始する。このとき、比較器Comp3では、非反転端子(+)に対して出力電流に相当する電圧値Vsが印加される。また、反転端子(−)に対して制御用電源電圧が分圧された基準電圧Vth3が印加されている。かかる基準電圧Vth3は、コレクタ電流Icが許容電流値Iaに到達する際に、非反転端子(−)に印加される電圧値Vs以下となる様に設定されている。そして、コレクタ電流Icが許容電流値Iaに到達する時間t2では、比較器Comp3からHigh信号が出力され、npn型バイポーラトランジスタTr4かON状態に切り替わる。このとき、抵抗R16によってゲート信号ラインLgからグランドラインLeに導入される電流の値が適宜に調整され、コレクタ電流Icは、許容電流値Iaの近傍で平衡状態とされる。同時に、ゲート電圧Vgは、コレクタ電流Icの値が制限されるため、時間t2迄の電圧値よりも幾分低い値に収束する。同図の場合では、駆動信号Gsのパルス幅が規定時間の範囲内とされるため、セルフシャットダウン回路1112は駆動信号Gsが正常であると判別する。従って、時間t3の到来時に駆動信号Gsが立ち下がると、ゲート電圧Vgも同様に立ち下がる。これに応じて、コレクタ電流Icが急峻に低下するため、一次コイルL1では、400〜500V程度の自己誘導起電力Vcmが生じる。また、自己誘導起電力Vcmに応じて、二次コイルL2に生じる二次電圧V2には、相互誘導によってピーク電圧Vpが発生する。尚、前述した点火プラグ1500は、内燃機関の運転状態によって火花放電の発生頻度にバラツキが生じ、プラグギャップに1.5V以上の電位差が与えられると火花放電を発生させる可能性が高まる。従って、点火プラグ1500の誤放電を回避させる目的で、点火コイル1500の二次電圧V2には、+1.5V〜−1.5Vを範囲とする許容電圧範囲Vaが設定されている。このとき、点火コイル1500は、一次コイルL1及び二次コイルL2の巻数比が適宜に設定され、これにより、点火プラグ1500のプラグギャップでは、時間t1のON次電圧Vqによる誤放電が回避され、且つ、時間t3のピーク電圧Vpによる適正な放電が実現される。
図9を参照して、駆動信号Gsが規定時間trを上回る状態で入力される際のイグナイタ3100の動作を説明する。前述の如く、駆動信号Gsの入力が開始されると、時間t2後において、コレクタ電流Icは許容電流値Iaに制御される。同図では、駆動信号Gsのパルス幅が規定時間trより長期間入力されるため、セルフシャットダウン回路1112は駆動信号Gsが異常であると判別する。時間t3において、ドライブ回路1113ではゲート電圧Vgの供給を停止させる。但し、抵抗部R及び寄生容量部Cを備えたスイッチング素子1120の作用により、かかる場合のゲート電圧Vgは、所定時間を伴って漸減された後、0(V)へと収束される。かかる作用によって、コレクタ電流Icが一定の勾配にて低下するため、一次コイルL1では自己誘導起電力Vcmの発生が制御される。これにより、二次コイルL2に生じるピーク電圧Vpは許容電圧範囲Vaの範囲内に抑制され、点火プラグ1500では誤放電が阻止される。
上述の如く、本実施例にかかるイグナイタ3100では、電流制限回路1114によってコレクタ電流Icが予め許容電流値Iaに抑えられているので、セルフシャットダウン回路1112の作動後に係るコレクタ電流Icの減少勾配が緩くなり、コレクタ電位Vcに生じる自己誘導起電力Vcmが低減される。これにより、本実施例に係るイグナイタ3100は、点火プラグ1500放電を防ぎ、内燃機関の誤着火の発生を効果的に防止させる。
本実施例では、抵抗部Rに係る抵抗値の異なるスイッチング素子1120を準備させ、スイッチング素子毎にピーク電圧とピーク値到達時間とを測定する。尚、ピーク電圧Vpとは、図8又は図9に示される如く、相互誘導によって二次電圧V2に発生する電圧値を指す。また、ピーク値到達時間Tfとは、電源電圧V2が立ち下がる時刻t3を始点とし、ピーク電圧Vpに到達する時刻を終点とする期間を指す。即ち、ピーク値到達時間Tfとは、点火プラグ1500で放電が発生する場合、図8に示されるTf1を指し、点火プラグで放電が発生しない場合、図9に示されるTf2を指す。
以下に、測定条件について説明する。
(スイッチング素子)
スイッチング素子1120は、抵抗値の異なる5つの素子を以下の如く準備される。尚、抵抗値とは、抵抗部Rに関する抵抗値を指す。また、IGBT(Tr)及び寄生容量部Cに係る性能は、全ての素子供に共通であるとする。
素子A:抵抗値・・・Ra= 100(kΩ)
素子B:抵抗値・・・Rb= 510(kΩ)
素子C:抵抗値・・・Rc= 820(kΩ)
素子D:抵抗値・・・Rd= 910(kΩ)
素子E:抵抗値・・・Re=1000(kΩ)
(電源電圧)
電源電圧Vbは、電源1300から印加される。
Vb=12(V)
(コレクタ電流)
コレクタ電流Icは、電流制限回路1114が作動した際の許容電流値Iaを指す。
Ic=17(A)
(巻線比)
巻線比Nは、二次コイルL2の巻線数N2と一次コイルL1の巻線数N1との比を指す。
N=132
以下、かかる条件にてイグナイタ1000を駆動させた際の、ピーク電圧Vpとピーク値到達時間Tf1及びTf2との計測結果を示す。
(ピーク電圧Vp)
素子Aを用いた場合:Vpa=20.0(kV)・・・放電発生
素子Bを用いた場合:Vpb= 6.0(kV)・・・放電発生
素子Cを用いた場合:Vpc= 5.6(kV)・・・放電発生
素子Dを用いた場合:Vpd= 0.6(kV)・・・放電無し
素子Eを用いた場合:Vpe= 0.6(kV)・・・放電無し
(ピーク値到達時間Tf)
素子Aを用いた場合:Tfa= 50.0(μsec)・・・放電発生
素子Bを用いた場合:Tfb=112.0(μsec)・・・放電発生
素子Cを用いた場合:Tfc=262.0(μsec)・・・放電発生
素子Dを用いた場合:Tfd=418.0(μsec)・・・放電無し
素子Eを用いた場合:Tfe=448.0(μsec)・・・放電無し
図10には上述の計測結果をグラフ化させたものが示されている。具体的に説明すると、グラフには、横軸に抵抗値が示され、左辺縦軸にピーク電圧Vpが示され、右辺縦軸にピーク値到達時間Tfが示されている。但し、同グラフではピーク電圧Vpの符号が反転して示されている。そして、各素子の抵抗値Ra〜Reに対応するピーク電圧Vpa〜Vpeがプロットされ、実線にてピーク電圧Vpa〜Vpeの変化状態が示されている。また、各素子の抵抗値Ra〜Reに対応するピーク値到達時間Tfa〜Tfeがプロットされ、破線にてピーク値到達時間Tfa〜Tfeの変化状態が示されている。更に、グラフには、図8乃至図9に示される許容電圧範囲Vaのうち下限値Vamが示されている。下限値Vamは、図8乃至図9において−1.5Vとされる値であり、同グラフにおけるピーク電圧Vpの符号が反転されるため、+1.5Vとして示されている。
先ず、実線で示されたピーク電圧Vpを観察する。グラフでは、ピーク電圧Vpa及びピーク電圧値Vpb及びピーク電圧Vpcは、下限値Vamより高い電圧値の範囲に属していることが観察できる。また、ピーク電圧Vpd及びピーク電圧Vpeは、下限値Vamより低い電圧値の範囲に属していることが観察できる。同グラフにおいて、下限値Vamより高いピーク電圧Vpが発生すると、点火プラグ1500が放電を発生させる可能性が高まるので、ピーク電圧Vpa〜Vpcの発生分布は好ましくない。一方、下限値Vamより低いピーク電圧Vpが生じる際、点火プラグ1500が放電を発生させることが無いので、ピーク電圧Vpd及びVpeは点火プラグ1500の誤放電を回避させる上で非常に好ましい発生分布とされる。より詳しく観察すると、ピーク電圧Vpは、抵抗値に反比例する特性が有り、抵抗値が略0.9MΩより大きい範囲において、下限値Vamとされる+1.5Vを下回ることが解る。即ち、点火プラグ1500の誤放電を回避させるため、スイッチング素子1120の抵抗部Rは、抵抗値が0.9MΩ以上の範囲に設定されるのが好ましい。かかるイグナイタを適用させた点火装置は、点火プラグ1500での誤放電を適宜に防止させる。
上述の計測条件では、IGBT(Tr)の寄生容量Cが同値とされるスイッチング素子1120を選定している。また、イグナイタに用いられるIGBT(Tr)は、大凡、寄生容量Cが1000pF弱〜2000pFの範囲のものが用いられている。従って、ピーク値到達時間Tfは上述の如く抵抗値に依存するものと考えて良い。但し、かかる寄生容量Cの値が大幅に異なるIGBT(Tr)を適用した場合であっても、ピーク値到達時間Tfはスイッチング素子1120が具備する時定数と連動する値であるため、IGBT(Tr)のピーク値到達時間Tfを適宜に選定することで、点火プラグ1500の誤放電を回避できる。尚、時定数とは、スイッチング素子1120の抵抗部Rと寄生容量部Cとによって定まる数値を指す。図9を参照して、破線で示されたピーク値到達時間Tfを観察する。かかるピーク値到達時間Tfは、抵抗値に比例して増加する性質が示されている。このとき、ピーク値到達時間Tfは、略400μsecより大きい範囲とされる場合に、ピーク電圧Vpを下限値Vamより低い電圧値に分布させる。即ち、点火プラグ1500の誤放電を回避させるため、スイッチング素子1120は、ピーク値到達時間Tfが400μsec以上の範囲とされる特性を具備しているのが好ましい。よって、かかるイグナイタを用いた点火装置は、点火プラグ1500での誤放電を適宜に防止させる。
また、スイッチング素子1120について更なる説明を加えると、製造過程の半導体トランジスタは、ウエハー状態においてプロービングを実施し、プロービング工程で試験信号を印加して当該半導体トランジスタに係る不良発生のチェックが行われている。半導体トランジスタがIGBT(Tr)の場合、プロービング工程では、ゲート耐圧試験も行われるため、プロービングされるIGBTの端子には試験電圧が印加され、特に、ゲート端子Gには静電気量が残存する。そこで、今日のIGBT(Tr)では、図2に示す如く、ゲート端子とエミッタ端子との間に抵抗部Rが予め設けられた半導体トランジスタが製造され、これにより、製造又は保管状態に係るIGBT(Trr)の動作を安定させている。このとき、かかるIGBT(Tr)に設けられる抵抗部Rの抵抗値は、入力される駆動信号Gsに影響を与えない範囲で設定され、好ましくは1MΩ〜30MΩの範囲内に設定される。即ち、IGBT(TR)に予め組み込まれている抵抗部Rは、本来、寄生容量部Cへ帯電した静電気量によって生じた電位差を緩減させることを目的としている。そして、本実施例では、IGBT(Tr)がイグナイタに組み込まれた際、かかる抵抗部Rを用いることにより、ピーク電圧Vpの発生を+1.5kV以下に抑え、点火プラグ1500の誤放電を防止させる。従って、本実施例では、静電気を低減させる目的でIGBT(Tr)に予め備えられた抵抗部を用いるのが好ましい。即ち、時定数を与える抵抗値が、1MΩ〜30MΩの範囲内に設定されるのが好ましい。かかる構成により、本実施例に係るイグナイタの構成が簡素化され、また、当該イグナイタの製造コストの低減が図られる。
以上の如く記された実施の形態はあくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明はこれに限らず他の実施の形態を適用させることが可能である。例えば、本実施の形態では、IGBT(Tr)とされるハイブリッド集積回路が制御部1110から独立したものとして説明されているが、これに限らず、制御部1110のセラミック基板上にIGBT(Tr)を組み込んだ回路構成としても良い。また、制御部1110には、所定の機能を実現させる他の回路が別途追加されても良い。
実施例1に係るイグナイタの一例を示す回路構成図
実施の形態に係るスイッチング素子の構成を示す図
実施の形態に係るスイッチング素子の電流値及び電圧値
実施例1に係るイグナイタの機能ブロック図
実施例1に係るイグナイタの他の例を示す回路構成図
実施例2に係るイグナイタの機能ブロック図
実施例2に係るイグナイタの一例を示す回路構成図
点火信号のパルス幅が正常である場合の電流及び電圧値
点火信号が強制的に遮断された場合の電流及び電圧値
抵抗値とピーク電圧及びピーク値到達時間との関係を示す図
点火信号が強制的に遮断された場合の電流及び電圧値
符号の説明
1120 スイッチング素子
G ゲート端子
R 抵抗部
TR IGBT/MOSFET
1100 イグナイタ
1110 制御部
1112 セルフシャットダウン回路
1113 ドライブ回路
1300 電源
1500 点火プラグ