JP2014238024A - Switch control circuit, igniter, engine ignition device, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチ制御回路に関する。 The present invention relates to a switch control circuit.
車両のエンジン点火装置を構成するイグナイタには、ECU[engine control unit]からの点火指示信号IGT[iginition timing signal]に応じて、IGBT[insulated gate bipolar transistor]やMOSFET[metal oxide semiconductor field effect transistor]等のスイッチ素子をオン/オフするスイッチ制御回路が内蔵されている。 An igniter constituting an engine ignition device of a vehicle includes an IGBT (insulated gate bipolar transistor) and a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) according to an ignition instruction signal IGT [iginition timing signal] from an ECU [engine control unit]. A switch control circuit for turning on / off the switch elements is incorporated.
ところで、上記したスイッチ制御回路の多くは、何らかの異常(点火指示信号IGTの論理異常やスイッチ制御回路の温度異常など)が生じたときに、スイッチ素子を強制的にオフさせてこれに流れる電流を遮断する異常保護機能を備えている。 By the way, many of the above-described switch control circuits are configured to forcibly turn off the switch element when a certain abnormality (such as a logical abnormality of the ignition instruction signal IGT or a temperature abnormality of the switch control circuit) occurs, and to reduce a current flowing through the switch element. It has an abnormal protection function to shut off.
ただし、異常保護動作時にスイッチ素子を急峻にオフさせると、イグニッションコイルに過大な二次電圧が生じて、点火プラグの誤点火を生じるおそれがある。そのため、従来のスイッチ制御回路では、過大な二次電圧の発生を防止するために、スイッチ素子に流れる電流を緩やかに遮断する電流遮断動作(いわゆるソフト遮断(ソフトシャットオフ))が行われていた。 However, if the switch element is sharply turned off during the abnormality protection operation, an excessive secondary voltage is generated in the ignition coil, which may cause the ignition plug to be erroneously ignited. Therefore, in the conventional switch control circuit, in order to prevent the generation of an excessive secondary voltage, a current interruption operation (so-called soft interruption (soft shut-off)) that gently interrupts the current flowing through the switch element has been performed. .
上記のソフト遮断を実現するための手法としては、抵抗RとキャパシタCから成るRC時定数回路を用いることにより、10ms〜100ms程度の時定数τ(=R×C)で、スイッチ素子の制御信号(IGBTのゲート信号)を緩やかに引き下げる手法が考えられる。しかしながら、RC時定数回路を用いて上記の時定数τを得るためには、数十メガΩの抵抗R或いはナノオーダ以上の容量Cが必要となるので、スイッチ制御回路の集積化を阻害する要因の一つとなっていた。 As a method for realizing the above-described soft shut-off, an RC time constant circuit composed of a resistor R and a capacitor C is used, so that the control signal of the switch element can be obtained with a time constant τ (= R × C) of about 10 ms to 100 ms. A method of gently reducing (IGBT gate signal) is conceivable. However, in order to obtain the above time constant τ using the RC time constant circuit, a resistance R of several tens of megaΩ or a capacitance C of nano-order or more is required, which is a factor that hinders integration of the switch control circuit. It was one.
なお、特許文献1には、検出温度に応じてIGBTに流れる電流を通常動作時よりも低い値に制限するイグナイタ用電力半導体装置が開示されている。しかしながら、その電流制限手法は、IGBTのゲート電圧を生成するための電流を可変制御するものであり、後述する本発明とは、その本質的な構成を異にするものであった。
本発明は、本願の発明者らが見出した上記の課題に鑑み、集積化が容易なソフト遮断機能付きのスイッチ制御回路、並びに、これを用いたイグナイタ、エンジン点火装置、及び車両を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the present invention provides a switch control circuit with a soft shut-off function that can be easily integrated, and an igniter, an engine ignition device, and a vehicle using the switch control circuit. With the goal.
本明細書中に開示されたスイッチ制御回路は、スイッチ素子のオン/オフ信号を生成する出力部と;前記出力部の抵抗要素と共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗を含み、前記スイッチ素子の強制オフ時に前記可変抵抗の抵抗値を段階的に切り替えることにより、前記抵抗分圧回路で定まる前記オン/オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させるソフト遮断部と;前記出力部及び前記ソフト遮断部を制御する制御部と;を有する構成(第1の構成)とされている。 The switch control circuit disclosed in the present specification includes an output unit that generates an on / off signal of a switch element; and a variable resistor that forms a resistance voltage dividing circuit together with a resistance element of the output unit. A soft shut-off unit that gradually changes the signal level of the on / off signal determined by the resistance voltage-dividing circuit by switching the resistance value of the variable resistor stepwise at the time of forced off; and the output unit and the soft shut-off unit And a control unit (first configuration).
なお、上記第1の構成から成るスイッチ制御回路において、前記ソフト遮断部は、前記オン/オフ信号をオン時の信号レベルから前記スイッチ素子のオンスレッショルドレベルまで一気に遷移させた後、さらにオフ時の信号レベルまで緩やかに遷移させる構成(第2の構成)にするとよい。 In the switch control circuit having the first configuration, the soft shut-off unit transitions the on / off signal from the signal level at the time of on to the on threshold level of the switch element at a stroke, and then at the time of further off. A configuration (second configuration) in which the signal level is gradually changed may be used.
また、上記第1または第2の構成から成るスイッチ制御回路において、前記ソフト遮断部は、時定数回路を模擬した挙動または直線的な挙動で前記オン/オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させる構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the switch control circuit having the first or second configuration, the soft cutoff unit is configured to gently transition the signal level of the on / off signal with a behavior simulating a time constant circuit or a linear behavior. (Third configuration) is preferable.
また、上記第1〜第3いずれかの構成から成るスイッチ制御回路において、前記制御部は、点火指示信号に応じて前記出力部を制御するプリドライバ部としての機能と、前記点火指示信号がオン時の論理レベルとされたままで所定の待機時間が経過したときに前記スイッチ素子を強制的にオフさせるタイマ保護部としての機能を備える構成(第4の構成)にするとよい。 In the switch control circuit having any one of the first to third configurations, the control unit functions as a pre-driver unit that controls the output unit in response to an ignition instruction signal, and the ignition instruction signal is turned on. It is preferable to adopt a configuration (fourth configuration) having a function as a timer protection unit that forcibly turns off the switch element when a predetermined standby time has passed with the current logic level maintained.
また、上記第1〜第4いずれかの構成から成るスイッチ制御回路において、前記可変抵抗は、前記スイッチ素子の制御端に対して並列に接続された複数の抵抗と、各抵抗毎の電流経路を導通/遮断する複数のスイッチと、を含む構成(第5の構成)にするとよい。 In the switch control circuit having any one of the first to fourth configurations, the variable resistor includes a plurality of resistors connected in parallel to the control terminal of the switch element, and a current path for each resistor. A configuration (fifth configuration) including a plurality of switches that conduct / shut off may be used.
また、上記第1〜第5いずれかの構成から成るスイッチ制御回路において、前記出力部は、上側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された上側トランジスタと、下側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された下側トランジスタと、前記スイッチ素子の制御端に接続された電流制限抵抗とを含む構成(第6の構成)にするとよい。 In the switch control circuit having any one of the first to fifth configurations, the output unit includes an upper transistor connected between the upper power supply terminal and the control terminal of the switch element, and a lower power supply terminal. A configuration (sixth configuration) including a lower transistor connected between the control ends of the switch elements and a current limiting resistor connected to the control ends of the switch elements is preferable.
また、上記第1〜第6いずれかの構成から成るスイッチ制御回路は、半導体チップに集積化されている構成(第7の構成)にするとよい。 Further, the switch control circuit having any one of the first to sixth configurations may be configured to be integrated on a semiconductor chip (seventh configuration).
また、本明細書中に開示されたイグナイタは、スイッチ素子と、上記第7の構成から成るスイッチ制御回路と、をパッケージングして成る構成(第8の構成)とされている。 The igniter disclosed in the present specification has a configuration (eighth configuration) formed by packaging the switch element and the switch control circuit having the seventh configuration.
また、本明細書中に開示されたエンジン点火装置は、イグニッションコイルと、前記イグニッションコイルの一次側コイルに流れる電流をオン/オフさせる上記第8の構成から成るイグナイタと、前記イグニッションコイルの二次側コイルに接続される点火プラグとを有する構成(第9の構成)とされている。 The engine ignition device disclosed in the present specification includes an ignition coil, an igniter having the eighth configuration for turning on / off a current flowing in a primary coil of the ignition coil, and a secondary of the ignition coil. It is set as the structure (9th structure) which has a spark plug connected to a side coil.
また、本明細書中に開示された車両は、上記第9の構成から成るエンジン点火装置と、前記エンジン点火装置に電力を供給するカーバッテリと、前記エンジン点火装置を制御するエンジンコントロールユニットと、を有する構成(第10の構成)とされている。 A vehicle disclosed in the present specification includes an engine ignition device having the ninth configuration, a car battery that supplies electric power to the engine ignition device, an engine control unit that controls the engine ignition device, It is set as the structure (10th structure) which has.
本発明によれば、集積化が容易なソフト遮断機能付きのスイッチ制御回路、並びに、これを用いたイグナイタ、エンジン点火装置、及び、車両を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a switch control circuit with a soft cutoff function that can be easily integrated, an igniter, an engine ignition device, and a vehicle using the switch control circuit.
<全体構成>
図1は、エンジン点火装置1を備えた車両Xの全体構成を示すブロック図である。エンジン点火装置1は、カーバッテリ2及びECU3と共に、車両Xに搭載された形態で用いられる。なお、以下の説明では、電気回路上の抵抗として機能する要素を一般化して「抵抗要素」と称し、容量として機能する要素(寄生容量などを含む)を一般化して「容量要素」と称することがある。
<Overall configuration>
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a vehicle X provided with an
図1で示すように、エンジン点火装置1は、イグナイタ10と、イグニッションコイル20と、点火プラグ30と、を有する。
As shown in FIG. 1, the
イグナイタ10は、スイッチ制御回路11と、スイッチ素子12と、抵抗要素13と、をパッケージングした半導体集積回路装置として提供される。
The
スイッチ制御回路11は、LSIチップとして形成されており、ECU3から入力される点火指示信号Scに応じてスイッチ素子12のゲート信号Sgを生成する機能(ゲート制御機能)を備えている。また、スイッチ制御回路11は、スイッチ素子12のコレクタ電流Ic(エミッタ電流Ie)に応じた検出電圧(エミッタ電圧)Veを監視し、その監視結果に応じてコレクタ電流Icを所定の上限値Ilmt以下に制限する機能(異常時のIGBT保護機能)を備えている。さらに、スイッチ制御回路11は、点火指示信号Scがオン時の論理レベル(例えばハイレベル)とされたままで所定の待機時間が経過したときに、スイッチ素子12を強制的にオフさせてコレクタ電流Icを遮断する機能(タイマ保護機能)も備えている。スイッチ制御回路11の構成及び動作については後述する。
The
なお、本図では描写されていないが、イグナイタ10を電子制御燃料噴射装置(EFI[electronic fuel injection])に対応させる必要がある場合、スイッチ制御回路11には、ECUに対して点火確認信号IGF[ignition confirmation signal]を送出する機能を追加すればよい。
Although not depicted in this figure, when it is necessary to make the
スイッチ素子12は、スイッチ制御回路11によってオン/オフされるスイッチ素子であり、図1ではIGBTが採用されている。スイッチ素子12は、ゲートがスイッチ制御回路11に接続されており、コレクタがイグニッションコイル20の一次側コイル21に接続されており、エミッタが抵抗要素13(例えば、IGBTのエミッタとGNDフレームとを接続するワイヤの抵抗成分)を介して接地されている。なお、スイッチ素子12としては、MOSFETを採用してもよい。
The
イグニッションコイル20は、巻線数N1の一次側コイル21と巻線数N2(>N1)の二次側コイル22を含み、カーバッテリ2から供給される電源電圧Vccをより高い二次電圧Vspに変換(昇圧)する役割を果たす。一次側コイル21の第1端と二次側コイル22の第1端は、いずれもカーバッテリ2に接続されている。一次側コイル21の第2端は、スイッチ素子12のコレクタに接続されている。二次側コイル22の第2端は、点火プラグ30に接続されており、二次側コイル22に生じる二次電圧Vspが点火プラグ30に供給される。
The
点火プラグ30は、イグニッションコイル20によって得られる二次電圧Vspを用いて、車両Xのエンジン(図1では不図示)を点火するためのスパークを発生させる。
The
カーバッテリ2は、エンジン点火装置1を含め、車両Xに搭載された各種電装品に電力を供給するための電源である。
The
ECU3は、車両Xのエンジン駆動に関わる各種制御を実行する。特に、ECU3は、上記各種制御の一つとして、イグナイタ10(特にスイッチ制御回路11)の動作制御に用いられる点火指示信号Scを出力する。具体的に述べると、ECU3は、スイッチ素子12をオンさせるときに点火指示信号Scをオン時の論理レベル(例えばハイレベル)とし、スイッチ素子12をオフさせるときに点火指示信号Scをオフ時の論理レベル(例えばローレベル)とする。
The ECU 3 executes various controls related to the engine drive of the vehicle X. In particular, the
<スイッチ制御回路>
図2は、スイッチ制御回路11の一構成例を示す回路図である。本構成例のスイッチ制御回路11は、主な回路要素として、制御部111と、トーテムポール出力部112と、発振部113と、電流検出部114と、電流制限部115と、ソフト遮断部116と、を含む。また、本構成例のスイッチ制御回路11は、外部との電気的な接続を確立する手段として、ゲート制御パッド11aと、エミッタ電圧検出パッド11bと、接地用パッド11cと、電源用パッド11dと、信号入力パッド11eと、を含む。
<Switch control circuit>
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
制御部111は、ECU3から信号入力パッド11eを介して入力される点火指示信号Scに応じて、トーテムポール出力部112の駆動信号(ゲート信号GH及びGL)を生成するプリドライバ部としての機能を備えている。また、制御部111は、クロック信号CLKのパルス数をカウントするタイマ111a(カウンタ)を含んでおり、そのカウント値に応じてソフト遮断信号STを生成するタイマ保護部としての機能も備えている。
The
トーテムポール出力部112は、CMOS[Complementary MOS]構造を形成するPチャネル型MOS電界効果トランジスタMH及びNチャネル型MOS電界効果トランジスタML(上側トランジスタ及び下側トランジスタに相当)と、電流制限抵抗RH及びRLを含む。トランジスタMHのソースは、電源用パッド11dを介して電源電圧Vccの印加端(上側電源端に相当)に接続されている。トランジスタMHのドレインは、電流制限抵抗RHの第1端に接続されている。電流制限抵抗RHの第2端と電流制限抵抗RLの第1端とは互いに接続されており、その接続ノードは、ゲート制御パッド11aを介してスイッチ素子12のゲートに接続されている。電流制限抵抗RLの第2端は、トランジスタMLのドレインに接続されている。トランジスタMLのソースは、接地用パッド11cを介して接地端(下側電源端に相当)に接続されている。トランジスタMH及びMLのゲートは、それぞれ、ゲート信号GH及びGLの印加端に接続されている。なお、電流制限抵抗RH及びRLを単一の電流制限抵抗に置き換える場合には、トランジスタMH及びMLの接続ノードとスイッチ素子12のゲートとの間に単一の電流制限抵抗を挿入すればよい。
The totem
発振部113は、所定周波数のクロック信号CLKを制御部111に出力する。
The
電流検出部114は、エミッタ電圧検出パッド11bを介して入力される検出電圧Veを監視してコレクタ電流Ic(エミッタ電流Ie)の状態を検出し、その検出結果に応じて電流制限信号Sdを生成する。なお、電流制限信号Sdは、コレクタ電流Icが上限値Ilmtよりも小さいときにローレベルとなり、コレクタ電流Icが上限値Ilmtよりも大きいときにハイレベルとなる。
The
電流制限部115は、スイッチ素子12のオン期間中に電流制限信号Sdがハイレベルに立ち上がると、ゲート信号Sgのハイレベルを通常時よりも引き下げることにより、コレクタ電流Icを上限値Ilmt以下に制限する。なお、ゲート信号Sgのハイレベルを引き下げる手法については、抵抗飽和とスイッチ制御のいずれを採用しても構わない。
When the current limiting signal Sd rises to a high level during the ON period of the
ソフト遮断部116は、トーテムポール出力部112の抵抗要素(例えば電流制限抵抗RH)と共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗RVを含み、異常保護動作によってスイッチ素子12が強制的にオフされる際、制御部111から入力されるソフト遮断信号STに応じて可変抵抗RVの抵抗値を段階的に低下させていく。その結果、抵抗分圧回路の分圧比α(=RV/(RH+RV))に応じて定まるゲート信号Sgの信号レベル(=α×Vcc)をオン時の信号レベル(例えばVcc)からオフ時の信号レベル(例えばGND)まで段階的に引き下げることができるので、コレクタ電流Icを緩やかに遮断することが可能となる。なお、ソフト遮断部116の構成及び動作については後述する。
The soft shut-off
図3は、スイッチ制御動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順番に、点火指示信号Sc、ゲート信号Sg、コレクタ電圧Vc、二次電圧Vsp、電流制限信号Sd、及び、コレクタ電流Icが描写されている。 FIG. 3 is a timing chart showing an example of the switch control operation. The ignition instruction signal Sc, the gate signal Sg, the collector voltage Vc, the secondary voltage Vsp, the current limit signal Sd, and the collector current Ic are sequentially shown from the top. It is depicted.
時刻t1において、点火指示信号Scがオン時の論理レベル(例えばハイレベル)に切り替わると、制御部111は、トランジスタMHをオンさせてトランジスタMLをオフさせる。その結果、ゲート信号Sgがハイレベル(ほぼ電源電圧Vcc)となり、スイッチ素子12がオンとなる。従って、カーバッテリ2から、イグニッションコイル20の一次側コイル21、スイッチ素子12、及び、抵抗要素13を介して接地端に至る経路にコレクタ電流Ic(エミッタ電流Ie)が流れ、一次側コイル21にエネルギが蓄えられる。
At time t1, when the ignition instruction signal Sc is switched to a logical level (for example, high level) at the time of ON, the
その後、時刻t2において、点火指示信号Scがオフ時の論理レベル(例えばローレベル)に切り替わると、制御部111は、トランジスタMHをオフさせてトランジスタMLをオンさせる。その結果、ゲート信号Sgがローレベル(ほぼ接地電圧GND)となり、スイッチ素子12がオフとなる。このとき、一次側コイル21には自己誘導作用によって大きな逆起電力が発生し、コレクタ電圧Vcが急激に上昇する。また、二次側コイル22には、一次側コイル21との相互誘導作用により、巻数比(N2/N1)に応じてさらに大きな起電力が発生する。このようにして発生した二次側コイル22の起電力により、点火プラグ30には非常に高い二次電圧Vsp(1万ボルト以上)が掛かり、スパーク(火花)が生じてエンジンの点火が行われる。
After that, at time t2, when the ignition instruction signal Sc is switched to a logical level (for example, low level) at the time of OFF, the
なお、時刻t1〜t2では、点火指示信号Scのハイレベル期間T1が数ms程度と短く、コレクタ電流Icが上限値Ilmtに達していないので、電流制限信号Sdはローレベルに維持されている。従って、ゲート信号Sgのハイレベルは引き下げられることなく通常レベルのままとなる。 At times t1 to t2, the high level period T1 of the ignition instruction signal Sc is as short as about several ms, and the collector current Ic does not reach the upper limit value Ilmt, so the current limit signal Sd is maintained at the low level. Accordingly, the high level of the gate signal Sg remains at the normal level without being lowered.
一方、時刻t3以降では、点火指示信号Scのハイレベル期間が長く、時刻t4において、コレクタ電流Icが上限値Ilmtに達している。その結果、時刻t4以降では、電流制限信号Sdがハイレベルに立ち上がり、ゲート信号Sgのハイレベルが適切な時定数で引き下げられるので、コレクタ電流Icが上限値Ilmtに制限される。 On the other hand, after time t3, the high level period of the ignition instruction signal Sc is long, and at time t4, the collector current Ic reaches the upper limit value Ilmt. As a result, after time t4, the current limit signal Sd rises to a high level and the high level of the gate signal Sg is lowered with an appropriate time constant, so that the collector current Ic is limited to the upper limit value Ilmt.
なお、ECU3の誤動作などにより、点火指示信号Scがハイレベルとされたままで所定の待機時間T2(100ms程度)が経過した場合、時刻t5では、スイッチ素子12を強制的にオフさせてコレクタ電流Icを遮断する異常保護動作(タイマ保護動作)が発動する。ただし、異常保護動作時にスイッチ素子12を急峻にオフさせると、イグニッションコイル20に過大な二次電圧Vspが生じて、点火プラグ30の誤点火を生じるおそれがある(図中の破線を参照)。
When a predetermined standby time T2 (about 100 ms) elapses with the ignition instruction signal Sc kept at a high level due to a malfunction of the
そのため、スイッチ制御回路11には、時刻t5〜t6で示したように、ソフト遮断時間T3(10ms〜100ms)をかけてコレクタ電流Icを緩やかに遮断するソフト遮断部116が設けられている。以下、ソフト遮断部116の構成及び動作について、詳細な説明を行う。
Therefore, the
<ソフト遮断部>
図4は、ソフト遮断部116の一構成例を示す回路図である。本構成例のソフト遮断部116は、先述の可変抵抗RVを形成する回路要素として、スイッチ素子12のゲートに対して並列に接続されたn個(ただしn≧2)の抵抗R1〜Rnと、各抵抗R1〜Rn毎の電流経路を導通/遮断するn個のNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜Mn(スイッチに相当)と、を含む。
<Soft shut-off section>
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the soft shut-off
回路要素間の接続関係について具体的に述べる。抵抗R1〜Rnの第1端は、いずれもスイッチ素子12のゲートに接続されている。抵抗R1〜Rnの第2端は、それぞれトランジスタM1〜Mnのドレインに接続されている。トランジスタM1〜Mnのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタM1〜Mnのゲートは、いずれも制御部111に接続されており、それぞれにソフト遮断信号ST1〜STn(先述のソフト遮断信号STに相当)が印加されている。なお、トランジスタM1〜Mnは、それぞれ、ソフト遮断信号ST1〜STnがハイレベルであるときにオンとなり、ソフト遮断信号ST1〜STnがローレベルであるときにオフとなる。また、トランジスタM1〜Mnのオン抵抗値は、抵抗R1〜Rnの抵抗値(数kΩ)と比べて無視できるほど低いものとする。
The connection relationship between circuit elements will be specifically described. The first ends of the resistors R1 to Rn are all connected to the gate of the
図5は、ソフト遮断動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、点火指示信号Sc、ゲート信号GH及びGL、クロック信号CLK、タイマ111aのカウント値(TM_count)、並びに、ソフト遮断信号ST1〜STnが描写されている。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of the soft shut-off operation. In order from the top, the ignition instruction signal Sc, the gate signals GH and GL, the clock signal CLK, the count value (TM_count) of the
時刻t11において、点火指示信号Scがハイレベルに立ち上がると、ゲート信号GH及びGLがいずれもローレベルに立ち下げられるので、トランジスタMHがオンとなり、トランジスタMLがオフとなる。このとき、ソフト遮断信号ST1〜STnは、いずれもローレベルとされている。従って、ゲート信号Sgがハイレベル(ほぼ電源電圧Vcc)となり、スイッチ素子12がオンとなる。また、時刻t11以降、タイマ111aでは、クロック信号CLKのパルスカウントが開始される。なお、タイマ111aのカウント値は、点火指示信号Scのパルスエッジ(立上りエッジまたは立下りエッジ)でゼロ値にリセットされる構成にしておけばよい。
When the ignition instruction signal Sc rises to a high level at time t11, both the gate signals GH and GL are lowered to a low level, so that the transistor MH is turned on and the transistor ML is turned off. At this time, the soft cutoff signals ST1 to STn are all at a low level. Therefore, the gate signal Sg is at a high level (approximately the power supply voltage Vcc), and the
その後、時刻t12において、タイマ111aのカウント値が所定値xに達すると、点火指示信号Scがハイレベルとされたまま待機時間T2が経過したという判断の下、スイッチ素子12を強制的にオフさせてコレクタ電流Icを遮断する異常保護動作(タイマ保護動作)が発動される。
Thereafter, when the count value of the
まず、時刻t12〜t13(クロック信号CLKのパルス周期に相当)では、ゲート信号GH及びGLがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ST1がハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ST2〜STnがいずれもローレベルとされる。このとき、電流制限抵抗RHと抵抗R1によって抵抗分圧回路が形成されるので、ゲート信号Sgの信号レベルは、電源電圧Vccから1段階引き下げられた電圧V1(={R1/(RH+R1)}×Vcc)となる(図6を参照)。 First, at times t12 to t13 (corresponding to the pulse period of the clock signal CLK), the soft cutoff signal ST1 is set to the high level while the gate signals GH and GL are maintained at the low level, and the remaining soft cutoff signals ST2 to ST2 are maintained. Both STn are set to the low level. At this time, since the resistance voltage dividing circuit is formed by the current limiting resistor RH and the resistor R1, the signal level of the gate signal Sg is a voltage V1 (= {R1 / (RH + R1)}) that is lowered by one step from the power supply voltage Vcc. Vcc) (see FIG. 6).
次に、時刻t13〜t14では、ゲート信号GH及びGLがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ST2がハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ST1及びST3〜STnがいずれもローレベルとされる。このとき、電流制限抵抗RHと抵抗R2(<R1)によって抵抗分圧回路が形成されるので、ゲート信号Sgの信号レベルは、電圧V1からさらに1段階引き下げられた電圧V2(={R2/(RH+R2)}×Vcc)となる(図6を参照)。 Next, at times t13 to t14, the soft cutoff signal ST2 is set to the high level while the gate signals GH and GL are maintained at the low level, and the remaining soft cutoff signals ST1 and ST3 to STn are all set to the low level. Is done. At this time, since a resistance voltage dividing circuit is formed by the current limiting resistor RH and the resistor R2 (<R1), the signal level of the gate signal Sg is further reduced by one step from the voltage V1 to the voltage V2 (= {R2 / ( RH + R2)} × Vcc) (see FIG. 6).
次に、時刻t14〜t15では、ゲート信号GH及びGLがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号ST3がハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ST1及びST2並びにST4〜STnがいずれもローレベルとされる。このとき、電流制限抵抗RHと抵抗R3(<R2<R1)によって抵抗分圧回路が形成されるので、ゲート信号Sgの信号レベルは、電圧V2からさらに1段階引き下げられた電圧V3(={R3/(RH+R3)}×Vcc)となる(図6を参照)。 Next, at times t14 to t15, the soft cutoff signal ST3 is set to the high level while the gate signals GH and GL are maintained at the low level, and the remaining soft cutoff signals ST1 and ST2 and ST4 to STn are all low. Level. At this time, since a resistance voltage dividing circuit is formed by the current limiting resistor RH and the resistor R3 (<R2 <R1), the signal level of the gate signal Sg is a voltage V3 (= {R3) further lowered by one step from the voltage V2. / (RH + R3)} × Vcc) (see FIG. 6).
以降も同様にして、クロック信号CLKのパルス周期毎に、可変抵抗RVの抵抗値が段階的に低下されていき、延いては、ゲート信号Sgの信号レベルが段階的に引き下げられていく。そして、時刻t16〜t17では、ゲート信号GH及びGLがローレベルに維持されたまま、ソフト遮断信号STnがハイレベルとされ、その余のソフト遮断信号ST1〜ST(n−1)がいずれもローレベルとされる。このとき、ゲート信号Sgの信号レベルは、可変範囲内で最も低い電圧Vn(={Rn/(RH+Rn)}×Vcc)となる。 Similarly, the resistance value of the variable resistor RV is decreased step by step for every pulse period of the clock signal CLK, and the signal level of the gate signal Sg is gradually decreased. At times t16 to t17, the soft cutoff signal STn is set to the high level while the gate signals GH and GL are maintained at the low level, and the remaining soft cutoff signals ST1 to ST (n-1) are all low. Level. At this time, the signal level of the gate signal Sg is the lowest voltage Vn (= {Rn / (RH + Rn)} × Vcc) within the variable range.
その後、時刻t17〜t18では、ソフト遮断信号ST1〜STnの論理レベルが維持されたまま、ゲート信号GHがハイレベルに立ち上げられて、トランジスタMHがオフされる。その結果、電源電圧Vccの印加端とスイッチ素子12のゲートとの間が遮断されるので、ゲート信号Sgがさらに低下する。このような期間を設けることにより、トランジスタMLのオンに先立って、ゲート信号Sgを十分に引き下げておくことができる。
Thereafter, at times t17 to t18, the gate signal GH is raised to a high level while the logic levels of the soft cutoff signals ST1 to STn are maintained, and the transistor MH is turned off. As a result, the connection between the application terminal of the power supply voltage Vcc and the gate of the
そして、時刻t18では、ソフト遮断信号STnがローレベルに立ち下げられると共にゲート信号GLがハイレベルに立ち上げられる。その結果、スイッチ素子12のゲートと接地端との間が導通されるので、ゲート信号Sgがローレベル(ほぼ接地電圧GND)まで低下する。
At time t18, the soft cutoff signal STn is lowered to the low level and the gate signal GL is raised to the high level. As a result, the gate of the
本構成例のスイッチ制御回路11であれば、RC時定数回路を用いてゲート信号Sgを鈍らせていた従来構成と異なり、数kΩの抵抗R1〜Rn(例えば4ビット16階調)を用いて10ms〜100msのソフト遮断時間T3を実現することができるので、半導体チップへの集積化が容易となる。また、クロック信号CLKの発振周波数が温度依存性を持たないように発振部117の回路設計を行うことにより、ソフト遮断時間T3の高精度化を図ることも可能となる。
In the case of the
なお、上記の実施形態では、抵抗R1〜Rnを抵抗値の高いものから順に択一していくことにより、可変抵抗RVの抵抗値を段階的に引き下げていく構成を例に挙げたが、抵抗値の可変手法についてはこれに限定されるものではなく、例えば、抵抗R1〜Rnを任意の組み合わせで同時に選択することにより、可変抵抗RVの抵抗値(=選択された抵抗の合成抵抗値)を段階的に引き下げていく構成としても構わない。 In the above-described embodiment, a configuration in which the resistance value of the variable resistor RV is reduced stepwise by sequentially selecting the resistors R1 to Rn in descending order of the resistance value is given as an example. The method of changing the value is not limited to this. For example, the resistance value of the variable resistor RV (= the combined resistance value of the selected resistor) is selected by simultaneously selecting the resistors R1 to Rn in any combination. It may be configured to pull down in stages.
図6は、ゲート信号Sgの第1立ち下げパターンを示す波形図である。本図に示すように、第1立ち下げパターンは、RC時定数回路を模擬した挙動で、ゲート信号Sgの信号レベルをオン時の信号レベル(Vcc)からオフ時の信号レベル(GND)まで緩やかに引き下げていく構成とされている。 FIG. 6 is a waveform diagram showing a first falling pattern of the gate signal Sg. As shown in the figure, the first falling pattern is a behavior simulating an RC time constant circuit, and the signal level of the gate signal Sg is gradually changed from the signal level (Vcc) when turned on to the signal level (GND) when turned off. It is set as the structure pulled down to.
第1立ち下げパターンを採用すれば、RC時定数回路を用いてゲート信号Sgを鈍らせていた従来構成と同様の挙動を模擬的に実現することができるので、既存セットへの適応性が高いと考えられる。 If the first falling pattern is adopted, the behavior similar to the conventional configuration in which the gate signal Sg is blunted using the RC time constant circuit can be realized in a simulated manner, so that the adaptability to the existing set is high. it is conceivable that.
ただし、ゲート信号Sgの立ち下げパターンについては、何らこれに限定されるものではなく、例えば、ゲート信号Sgの信号レベルを直線的に引き下げていく構成(後出の図8を参照)としても構わない。 However, the falling pattern of the gate signal Sg is not limited to this. For example, the signal level of the gate signal Sg may be linearly lowered (see FIG. 8 described later). Absent.
また、第1立ち下げパターンでは、オン時の信号レベル(Vcc)を起点としてソフト遮断(ゲート信号Sgの引き下げ)を行う様子を描写したが、ソフト遮断の起点は、必ずしもこれに限るものではない。以下では、この点について図7を参照しながら詳述する。 In the first falling pattern, the state of performing soft cutoff (lowering of the gate signal Sg) is described starting from the signal level (Vcc) at the time of ON, but the starting point of soft cutoff is not necessarily limited to this. . Hereinafter, this point will be described in detail with reference to FIG.
図7は、点火指示信号Scとコレクタ電流Icとの関係を示すタイミングチャートであり、上から順に、点火指示信号Sc、スイッチ素子12のゲート・エミッタ間電圧VGE及びコレクタ・エミッタ間電圧VCE、並びに、コレクタ電流Icが描写されている。
FIG. 7 is a timing chart showing the relationship between the ignition instruction signal Sc and the collector current Ic. From the top, the ignition instruction signal Sc, the gate-emitter voltage VGE and the collector-emitter voltage VCE of the
時刻t21において点火指示信号Scがハイレベルに立ち上がったとき、スイッチ素子12のゲート・エミッタ間電圧VGEは、一様にハイレベルまで立ち上がるのではなく、スイッチ素子12のオンスレッショルドレベルVth付近で一旦フラットとなる(時刻t22〜t23を参照)。また、時刻t24において点火指示信号Scがローレベルに立ち下がったときも、上記と同じく、スイッチ素子12のゲート・エミッタ間電圧VGEは、一様にローレベルまで立ち下がるのではなく、スイッチ素子12のオンスレッショルドレベルVth付近で一旦フラットとなる(時刻t25〜t26を参照)。このような挙動はスイッチ素子12に付随する入力容量Ciesと出力容量Coes(先出の図4を参照)との容量差に起因して不可避的に発生する。
When the ignition instruction signal Sc rises to a high level at time t21, the gate-emitter voltage VGE of the
ここで、スイッチ素子12の強制オフ時における点火プラグ30の誤点火を防止するためには、ゲート・エミッタ間電圧VGEがオンスレッショルドレベルVthを下回って以後の期間においてコレクタ電流Icを緩やかに引き下げていくことが重要であり、ゲートエミッタ間電圧VGEがオンスレッショルドレベルVthを下回る以前の期間においてコレクタ電流Icを緩やかに引き下げていく技術的意義は乏しい。このような考察を踏まえて、以下では、ゲート信号Sgの第2立ち下げパターンを提案する。
Here, in order to prevent erroneous ignition of the
図8は、ゲート信号Sgの第2立ち下げパターンを示すタイミングチャートであり、上から順に、スイッチ素子12のゲート・エミッタ間電圧VGE(ゲート信号Sgに相当)と、コレクタ電流Icが描写されている。
FIG. 8 is a timing chart showing a second falling pattern of the gate signal Sg, in which the gate-emitter voltage VGE (corresponding to the gate signal Sg) of the
本図に示すように、第2立ち下げパターンは、時刻t31において、ゲート・エミッタ間電圧VGEをオン時の信号レベル(Vcc)からスイッチ素子12のオンスレッショルドレベル(Vth)まで一気に引き下げた後、そこからソフト遮断時間T3(時刻t31〜t32)をかけて、ゲート・エミッタ間電圧VGEをオフ時の信号レベル(GND)まで緩やかに引き下げる構成、言い換えれば、スイッチ素子12のオンスレッショルドレベル(Vth)を起点としてコレクタ電流Icのソフト遮断を行う構成とされている。
As shown in the figure, after the second falling pattern, at time t31, the gate-emitter voltage VGE is lowered from the on-level signal level (Vcc) to the on-threshold level (Vth) of the
第2立ち下げパターンを採用すれば、オン時の信号レベル(Vcc)を起点としてソフト遮断を行う構成(第1立ち下げパターン)と比べて、可変抵抗RVの階調数を不必要に増大せずに済むので、ソフト遮断部116の回路規模を縮小することが可能となる。
If the second falling pattern is adopted, the number of gradations of the variable resistor RV is unnecessarily increased as compared with the configuration in which the soft cutoff is performed with the signal level (Vcc) at the time of ON as the starting point (first falling pattern). Therefore, the circuit scale of the soft shut-off
<車両>
図9は、車両Xの一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、車載機器X11〜X17と、これらの車載機器X11〜X17に電力を供給するバッテリ(図1のカーバッテリ2に相当、図9では不図示)と、を搭載している。
<Vehicle>
FIG. 9 is an external view showing a configuration example of the vehicle X. The vehicle X in this configuration example includes in-vehicle devices X11 to X17 and a battery (corresponding to the
車載機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニット(図1のECU3に相当)である。車両Xに搭載されるエンジン点火装置1は、上記のエンジンコントロールユニットによって制御される。
The in-vehicle device X11 is an engine control unit (corresponding to the
車載機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。 The in-vehicle device X12 is a lamp control unit that performs on / off control such as HID [high intensity discharged lamp] and DRL [daytime running lamp].
車載機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。 The in-vehicle device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.
車載機器X14は、車両Xの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power Steering]制御、電子サスペンション制御など)を行うボディコントロールユニットである。 The in-vehicle device X14 is a body control unit that performs control (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power Steering] control, electronic suspension control, etc.) related to the motion of the vehicle X.
車載機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。 The in-vehicle device X15 is a security control unit that performs drive control such as a door lock and a security alarm.
車載機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、電動サンルーフ、電動シート、及び、エアコンなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Xに組み込まれている電子機器である。 The in-vehicle device X16 is an electronic device incorporated in the vehicle X at the factory shipment stage as a standard equipment item or a manufacturer option product such as a wiper, an electric door mirror, a power window, an electric sunroof, an electric seat, and an air conditioner.
車載機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザの任意で車両Xに装着される電子機器である。 The in-vehicle device X17 is an electronic device that is arbitrarily attached to the vehicle X by the user, such as an in-vehicle A / V [audio / visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].
<その他の変形例>
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
The configuration of the present invention can be variously modified in addition to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.
本発明は、例えばイグナイタに利用することができる。 The present invention can be used for an igniter, for example.
1 エンジン点火装置
2 カーバッテリ
3 ECU
10 イグナイタ
11 スイッチ制御回路
11a ゲート制御パッド
11b エミッタ電圧検出パッド
11c 接地用パッド
11d 電源用パッド
11e 信号入力パッド
111 制御部(プリドライバ部、タイマ保護部)
111a タイマ
112 トーテムポール出力部
113 発振部
114 電流検出部
115 電流制限部
116 ソフト遮断部
12 スイッチ素子
13 抵抗要素
20 イグニッションコイル
21 一次側コイル
22 二次側コイル
30 点火プラグ
MH Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(上側トランジスタ)
ML Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(下側トランジスタ)
RH、RL 電流制限抵抗
RV 可変抵抗
R1〜Rn 抵抗
M1〜Mn Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(スイッチ)
X 車両
X11〜X17 車載機器
1
DESCRIPTION OF
ML N-channel MOS field effect transistor (lower transistor)
RH, RL Current limiting resistance RV Variable resistance R1-Rn Resistance M1-Mn N-channel MOS field effect transistor (switch)
X Vehicle X11-X17 In-vehicle equipment
Claims (10)
前記出力部の抵抗要素と共に抵抗分圧回路を形成する可変抵抗を含み、前記スイッチ素子の強制オフ時に前記可変抵抗の抵抗値を段階的に切り替えることにより、前記抵抗分圧回路で定まる前記オン/オフ信号の信号レベルを緩やかに遷移させるソフト遮断部と;
前記出力部及び前記ソフト遮断部を制御する制御部と;
を有することを特徴とするスイッチ制御回路。 An output for generating an on / off signal of the switch element;
A variable resistor that forms a resistance voltage dividing circuit together with the resistance element of the output unit; and by switching the resistance value of the variable resistor stepwise when the switch element is forcibly turned off, the on / off value determined by the resistance voltage dividing circuit A soft shut-off section that gently transitions the signal level of the off signal;
A control unit for controlling the output unit and the soft shut-off unit;
A switch control circuit comprising:
前記スイッチ素子の制御端に対して並列に接続された複数の抵抗と、
各抵抗毎の電流経路を導通/遮断する複数のスイッチと、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のスイッチ制御回路。 The variable resistor is
A plurality of resistors connected in parallel to the control end of the switch element;
A plurality of switches for conducting / interrupting the current path for each resistor;
The switch control circuit according to claim 1, comprising:
上側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された上側トランジスタと、
下側電源端と前記スイッチ素子の制御端との間に接続された下側トランジスタと、
前記スイッチ素子の制御端に接続された電流制限抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載のスイッチ制御回路。 The output unit is
An upper transistor connected between an upper power supply terminal and a control terminal of the switch element;
A lower transistor connected between a lower power supply terminal and a control terminal of the switch element;
A current limiting resistor connected to the control end of the switch element;
The switch control circuit according to claim 1, comprising:
請求項7に記載のスイッチ制御回路と、
をパッケージングして成ることを特徴とするイグナイタ。 A switch element;
A switch control circuit according to claim 7;
An igniter characterized by being packaged.
前記イグニッションコイルの一次側コイルに流れる電流をオン/オフさせる請求項8に記載のイグナイタと、
前記イグニッションコイルの二次側コイルに接続される点火プラグと、
を有することを特徴とするエンジン点火装置。 Ignition coil,
The igniter according to claim 8 for turning on / off a current flowing through a primary side coil of the ignition coil,
A spark plug connected to the secondary coil of the ignition coil;
An engine ignition device comprising:
前記エンジン点火装置に電力を供給するカーバッテリと、
前記エンジン点火装置を制御するエンジンコントロールユニットと、
を有することを特徴とする車両。 The engine ignition device according to claim 9,
A car battery for supplying electric power to the engine ignition device;
An engine control unit for controlling the engine ignition device;
The vehicle characterized by having.
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