JP2016169727A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用内燃機関の点火装置に用いられる半導体装置に関し、特に、異常発生時に自己遮断を行う機能を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device used for an ignition device of an internal combustion engine for automobiles, and more particularly to a semiconductor device having a function of performing self-shutdown when an abnormality occurs.
自動車用内燃機関の点火装置は、主に高電圧を発生させる点火コイルと、この点火コイルの一次側電流をスイッチング制御する点火用集積回路(以下、集積回路をIC(Integrated Circuit)という。)と、点火プラグとを備えている。この点火用ICは、点火コイルの一次コイルに直列に接続されたパワー半導体素子と、エンジンコントロールユニット(以下、ECU(Engine Control Unit)という。)からの信号に基づいてパワー半導体素子を駆動するドライブ回路とを有している。点火用ICは、また、点火用ICまたはパワー半導体素子に何らかの異常が発生した場合に、パワー半導体素子をオフして点火コイルに流れている電流を遮断する自己遮断回路を備えている。点火用ICおよびパワー半導体素子の異常としては、ドライブ回路が所定時間を超えてパワー半導体素子を連続通電してしまう異常、パワー半導体素子が過熱状態になってしまう異常などがある。 2. Description of the Related Art An ignition device for an internal combustion engine for automobiles mainly includes an ignition coil that generates a high voltage, and an ignition integrated circuit that controls switching of a primary current of the ignition coil (hereinafter, the integrated circuit is referred to as an IC (Integrated Circuit)). A spark plug. The ignition IC includes a power semiconductor element connected in series to the primary coil of the ignition coil and a drive for driving the power semiconductor element based on a signal from an engine control unit (hereinafter referred to as ECU (Engine Control Unit)). Circuit. The ignition IC also includes a self-interruption circuit that turns off the power semiconductor element and interrupts the current flowing through the ignition coil when any abnormality occurs in the ignition IC or the power semiconductor element. Examples of the abnormality in the ignition IC and the power semiconductor element include an abnormality in which the drive circuit continuously energizes the power semiconductor element over a predetermined time and an abnormality in which the power semiconductor element is overheated.
自己遮断回路は、そのような異常が検出されると、パワー半導体素子をオフ制御して点火コイルに流れている電流を遮断する。このため、点火コイルに流れている電流がECUの信号に関係なく急激に変化し、それにより、点火コイルの二次側電圧が急激に変化し、正規のタイミング以外のところで点火プラグが放電してしまうことがある。この場合、エンジンが異常燃焼を起こすなどして壊れてしまうことがある。 When such abnormality is detected, the self-cutoff circuit cuts off the current flowing in the ignition coil by turning off the power semiconductor element. For this reason, the current flowing through the ignition coil changes abruptly regardless of the signal from the ECU, and as a result, the secondary voltage of the ignition coil changes abruptly, and the spark plug discharges at a time other than the normal timing. May end up. In this case, the engine may break due to abnormal combustion.
これに対し、異常が検出されて自己遮断を行うときには、点火コイルの一次側電流の変化を緩やかにして遮断することで、どのようなタイミングでも点火プラグが誤放電することのないようにするソフトオフ制御が知られている(たとえば、特許文献1,2参照)。
On the other hand, when an abnormality is detected and self-shutoff is performed, the change in the primary side current of the ignition coil is gently shut off to prevent the spark plug from being erroneously discharged at any timing. Off control is known (see, for example,
特許文献1の技術では、パワー半導体素子のゲート端子に抵抗および定電流回路を接続し、異常検出時にオン制御しているゲート電圧を漸減させるようにしている。また、特許文献2の技術では、ダイオードの逆方向リーク抵抗とコンデンサとで構成した積分回路の出力で自己遮断用トランジスタを制御することによりパワー半導体のゲート電圧を漸減させるようにしている。このように、パワー半導体素子のゲート電圧を漸減させる緩遮断を実行することにより、点火コイルの一次側電流の変化が緩やかになり、その結果、点火コイルの二次側電流の変化も緩やかになって、点火プラグの異常点火を防止することができる。
In the technique of
ここで、以上のような自己遮断の機能を備えた点火用ICの具体的な構成例について説明する。
図19は従来の点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を例示する図、図20は従来の自動車用内燃機関の点火用ICの動作波形例を示す図である。
Here, a specific configuration example of the ignition IC having the above-described self-blocking function will be described.
FIG. 19 is a diagram illustrating an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of a conventional ignition IC, and FIG. 20 is a diagram illustrating an example of operation waveforms of the ignition IC of a conventional automotive internal combustion engine.
自動車用内燃機関の点火装置は、図19に示したように、点火装置の全体を制御するECU1、イグナイタを構成する点火用IC2、鉄芯に一次コイル31および二次コイル32が巻回された点火コイル3、電源(バッテリ)4および点火プラグ5を備えている。点火用IC2では、点火コイル3の一次側電流をオン・オフ制御するパワー半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)という。)24を用いている。
As shown in FIG. 19, the ignition device for an internal combustion engine for automobiles has an
点火用IC2は、点火コイル3と接続されるC端子(コレクタ端子)、グランド電位と接続されるE端子(エミッタ端子)、ECU1と接続されるIN端子(入力端子)および電源4と接続されるB端子(電源端子)を有している。
The ignition IC 2 is connected to a C terminal (collector terminal) connected to the
点火用IC2のC端子は、点火コイル3の一次コイル31の一方の端子に接続され、一次コイル31の他方の端子は、電源4の正極端子に接続されている。点火用IC2のE端子は、グランドに接続されている。点火コイル3の二次コイル32は、その一方の端子が点火プラグ5の一方の電極に接続され、二次コイル32の他方の端子は、電源4の正極端子に接続されている。点火プラグ5の他方の電極および電源4の負極端子は、それぞれグランドに接続されている。
The C terminal of the ignition IC 2 is connected to one terminal of the
点火用IC2は、また、IGBT24を駆動するドライブ回路22と、自己遮断回路21と、電源回路23とを有している。ドライブ回路22は、NAND回路221と、ゲートプルアップ回路としてのトランジスタM1と、ゲートプルダウン回路としてのトランジスタM2とを有している。ここで、トランジスタM1は、p型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であり、トランジスタM2は、n型のMOSFETであって、それぞれスイッチの機能を有する。NAND回路221は、その一方の入力端子がIN端子に接続され、NAND回路221の出力端子は、コンプリメンタリ回路によってインバータを構成しているトランジスタM1,M2の制御端子であるゲート端子に接続されている。トランジスタM1,M2のドレイン端子は、IGBT24のゲート端子に接続されている。トランジスタM1のソース端子は、電源回路23の出力端子に接続されている。
The ignition IC 2 also includes a
電源回路23は、電源4の電圧(たとえば、14ボルト(V))を降圧した電圧(たとえば、5V)に変換するものであり、ドライブ回路22および自己遮断回路21の電源となる。
The
自己遮断回路21は、自己遮断信号源211と、インバータ212と、n型のMOSFETで構成してスイッチ回路として機能するトランジスタM3と、抵抗213とを有している。自己遮断信号源211は、IGBT24の通電状態の異常を検出する異常検出回路であり、たとえば、IGBT24の異常通電および過熱を検出するタイマ機能および温度検知機能を有している。自己遮断信号源211の出力端子は、インバータ212の入力端子に接続され、インバータ212の出力端子は、ドライブ回路22のNAND回路221の他方の入力端子およびトランジスタM3のゲート端子に接続されている。トランジスタM3のドレイン端子は、ドライブ回路22のトランジスタM2のソース端子に接続され、トランジスタM3のソース端子は、点火用IC2のE端子に接続されている。抵抗213は、その一方の端子がIGBT24のゲート端子に接続され、他方の端子が点火用IC2のE端子に接続され、IGBT24のゲート容量に充電された電荷を引き抜く微小電流回路を構成している。
The self-
ここで、自動車用内燃機関の点火装置の動作について図19および図20を参照しながら説明する。ECU1は、点火用IC2のIN端子に、IGBT24のオン・オフを制御する信号Vinを出力する。たとえば、IGBT24をオン制御するとき、ECU1は、Vin=5V(Hレベル)の電圧のオン信号をIN端子に出力する。また、IGBT24をオフ制御するときには、ECU1は、Vin=0V(Lレベル)の電圧のオフ信号をIN端子に出力する。なお、自己遮断回路21の自己遮断信号源211が出力する自己遮断信号s1は、正常動作時にVs1=Lレベル、異常動作時にVs1=Hレベルとなる。このため、正常動作のとき、自己遮断信号s1は、インバータにより反転されて、Hレベルの信号がNAND回路221の他方の入力端子およびトランジスタM3のゲート端子に供給されている。このため、NAND回路221は、ECU1から入力された信号に対してインバータとして動作し、トランジスタM3は、正常時オン制御されている。
Here, the operation of the ignition device for an automobile internal combustion engine will be described with reference to FIGS. 19 and 20. The
まず、点火用IC2は、そのIN端子にオン信号が入力されると、NAND回路221の出力がLレベルとなり、トランジスタM1がオンしてトランジスタM2がオフする。これにより、ドライブ回路22は、IGBT24のゲート端子のゲート電圧Vgを5Vにプルアップし、IGBT24をオンする。これにより、電源4から点火コイル3の一次コイル31を介して点火用IC2のC端子にコレクタ電流(以下、Icという。)が流れ始める。このコレクタ電流Icは、一次コイル31のインダクタンスと印加電圧とでdIc/dtが決定され、一次コイル31の抵抗とIGBT24のオン抵抗と電源4の電圧とで決まる一定電流値(たとえば、17アンペア(A))まで増加する。なお、点火用IC2のC端子のコレクタ電圧(以下、Vcという。なお、ここで言うコレクタ電圧Vcは、コレクタ−エミッタ間電圧を簡単のためにコレクタ電圧Vcと言ったものである)は、IGBT24がオンされてコレクタ電流Icが流れ始めると、印加されていた電源4の電圧が瞬間的に低下し、その後は、IGBT24のオン抵抗のために少しずつ上昇していく。
First, when an ON signal is input to the IN terminal of the
次に、点火用IC2は、そのIN端子にオフ信号が入力されると、NAND回路221の出力がHレベルとなり、トランジスタM1がオフしてトランジスタM2がオンする。これにより、ドライブ回路22は、IGBT24のゲート端子のゲート電圧Vgを0Vにプルダウンし、IGBT24をオフする。これにより、コレクタ電流Icは、急激に減少し、コレクタ電圧Vcは、急激に上昇する。このコレクタ電流Icの急激な変化により、一次コイル31の両端電圧は、急激に増加する。同時に、二次コイル32の両端電圧も急激に増加(たとえば、30kVまで増加)し、その電圧が点火プラグ5に印加される。点火プラグ5は、印加電圧が約10kV以上で放電する。その後、コレクタ電圧Vcは、電源4の電圧に戻る。以上が、図20において、「正常」で示した範囲の動作である。
Next, when an off signal is input to the IN terminal of the
次に、ECU1のオン信号が所定時間より長く出力されたり、点火用IC2またはIGBT24が過熱したりして、点火コイル3または点火用IC2に焼損などの故障が発生するおそれのある場合、自己遮断回路21が動作して、コレクタ電流Icを遮断する。しかし、コレクタ電流Icを急激に遮断すると、点火プラグ5が設定外のタイミングで放電し、エンジンに損傷を与えるおそれがある。このため、自己遮断回路21は、点火プラグ5が誤放電しない範囲で|dIc/dt|を制御する必要がある(たとえば、1A/ms(ミリ秒)程度の電流変化)。
Next, when the ON signal of the
次に、異常が発生する場合について説明する。この場合でも、最初は、IGBT24のゲート電圧Vg、コレクタ電流Icおよびコレクタ電圧Vcは、正常時の場合と同様な振る舞いをする。ゲート電圧Vgは、Hレベルの信号となり、コレクタ電流Icは、所定の電流値まで上昇して一定の値(たとえば、17A)に保たれ、コレクタ電圧Vcは、徐々に上昇していく。
Next, a case where an abnormality occurs will be described. Even in this case, initially, the gate voltage Vg, the collector current Ic, and the collector voltage Vc of the
ここで、自己遮断信号源211は、図示しないタイマ回路が所定時間以上のオン信号の長さを計時した場合、または、図示しない温度検知回路が過熱を検知した場合に、異常を表すHレベルの自己遮断信号s1を出力する。自己遮断信号源211がHレベルの自己遮断信号s1(図20において、Vs1=Hレベルの信号)を出力すると、インバータ212を介してLレベルの信号がNAND回路221の他方の入力端子およびトランジスタM3のゲート端子にそれぞれ印加される。これにより、NAND回路221の出力端子は、Hレベルの信号に固定され、トランジスタM1がオフしてトランジスタM2がオンする。このとき、トランジスタM2に直列に接続されたトランジスタM3は、Lレベルのゲート信号を受けてオフされているので、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、抵抗213を介して徐々に放電されることになる。これにより、IGBT24のゲート電圧Vgが徐々に低下して所定の電圧以下になると、コレクタ電流Icが低下し始めるとともに、コレクタ電圧Vcが上昇し始めるようになる。
Here, when the timer circuit (not shown) measures the length of the ON signal longer than a predetermined time, or when the temperature detection circuit (not shown) detects overheating, the self-
このように、たとえば、ECU1の信号Vinがオン固定であるような異常が発生した場合、IGBT24のゲート電圧Vgは、自己遮断信号源211がHレベルの自己遮断信号s1を出力してから一定の速度で低下していく。IGBT24のゲート電圧Vgが所定の電圧まで低下すると、コレクタ電流Icが徐々に低下し始め、緩遮断が行われる。
Thus, for example, when an abnormality occurs in which the signal Vin of the
上記の点火用IC2では、上述のように自己遮断信号s1が出力されてからIGBT24のゲート容量に充電された電荷が徐々に放電されゲート電圧Vgが一定の速度で低下していく。これに伴いコレクタ電流Icが低下していくがIGBTの電気的特性からその低下の仕方は一定ではない。すなわちゲート電圧Vgがある程度低下するまではコレクタ電流Icはわずかしか低下せず、ゲート電圧Vgがある程度まで低下した後からコレクタ電流Icが大きく低下するようになる。言い換えると、このゲート電圧Vgがある程度低下するまでの時間は、コレクタ電流Icが実効的に低下し始めるまでの遅延時間のようになる。その遅延時間の間、IGBT24および一次コイル31は、これらに一定の大電流(たとえば、17A近い電流)が流れ続けるので、熱破壊などのダメージを受けるおそれがある。これを避けるには、遅延時間を考慮してタイマ時間を短くする、過熱検知の温度を下げるなどして異常検出感度を上げる必要があるが、この場合、自己遮断が起きやすくなるという問題点がある。また、遅延時間の間に大電流が流れても、それによる発熱を抑えるようにするには、点火用IC2の熱抵抗を下げる必要があるが、その場合、チップサイズを大きくする必要がある。
In the
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、自己遮断時において実際に一次コイルに流れる電流の低下を開始するまでの遅延時間を短くしてパワー半導体素子および点火コイルの一次コイルの発熱を抑制した半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and shortens the delay time until the current that actually flows through the primary coil starts to decrease during self-shutdown, thereby reducing the power semiconductor element and the primary coil of the ignition coil. An object is to provide a semiconductor device in which heat generation is suppressed.
本発明では、上記の課題を解決するために、パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置が提供される。この半導体装置は、パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいてゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいてゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、パワー半導体素子のゲート端子に接続され、パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、パワー半導体素子のコレクタ端子に接続されてコレクタ電圧を検出する電圧検出回路と、ゲートプルダウン回路とパワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、を備えている。異常検出回路が異常を検出したとき、ゲートプルアップ回路を遮断し、ゲートプルダウン回路を導通し、スイッチ回路を介してパワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、電荷の引き抜きによるコレクタ電圧の上昇が設定値を超えたことを電圧検出回路が検出すると、スイッチ回路を遮断して微小電流回路による電荷の引き抜きを行う。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a semiconductor device that performs switching control of a power semiconductor element. This semiconductor device is connected to a gate terminal of a power semiconductor element and pulls up the gate terminal based on an input signal, and is connected to the gate terminal of the power semiconductor element, and the gate terminal is connected based on an input signal. A gate pull-down circuit for pulling down, an abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element, a micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element, and extracting a charge from the gate capacitance of the power semiconductor element, and the power semiconductor A voltage detection circuit connected to the collector terminal of the element to detect the collector voltage; and a switch circuit connected between the gate pull-down circuit and the emitter terminal of the power semiconductor element. When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element via the switch circuit, and the collector voltage rises due to the extraction of the charge. When the voltage detection circuit detects that the set value has been exceeded, the switch circuit is shut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
このような半導体装置によれば、異常検出回路が異常を検出したとき、まず、パワー半導体素子を急速遮断し、コレクタ電圧が上昇しようとするときから、緩遮断を行うようにした。これにより、異常検出回路が異常を検出した直後から緩遮断を開始する場合に比べて、実際に緩遮断を開始するまでの遅延時間を短縮することができる。 According to such a semiconductor device, when the abnormality detection circuit detects an abnormality, first, the power semiconductor element is quickly turned off, and when the collector voltage is about to rise, a gentle interruption is performed. Thereby, the delay time until actually starting the gentle shut-off can be shortened as compared with the case where the soft shut-off is started immediately after the abnormality detection circuit detects the abnormality.
上記構成の半導体装置は、異常発生時に、急速遮断をしてから緩遮断を開始するので、緩遮断を開始するまでの遅延時間を短縮できることから、遅延時間の間に生じていた発熱を抑制することができるようになる。 In the semiconductor device having the above configuration, when an abnormality occurs, since the rapid shutoff is started after the quick shutoff, the delay time until the slow shutoff is started can be shortened, so that the heat generated during the delay time is suppressed. Will be able to.
以下、本発明の実施の形態について、自動車用内燃機関の点火装置に用いられて自己遮断機能を備えた点火制御用のICに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、上記の図19に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。また、各実施の形態は、矛盾のない範囲で複数の実施の形態を組み合わせて実施することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example a case where the present invention is applied to an ignition control IC used in an ignition device for an automobile internal combustion engine and having a self-cutoff function. In the following description, the same or equivalent components as those shown in FIG. 19 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. In addition, each embodiment can be implemented by combining a plurality of embodiments within a consistent range.
図1は第1の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図、図2は自動車用内燃機関の点火用ICの動作波形例を示す図、図3はIGBTの電流・電圧特性図、図4は自己遮断時の動作点の推移を示すタイムチャートである。 FIG. 1 is a diagram showing an ignition device for an internal combustion engine for an automobile including an example of the configuration of an ignition IC according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an example of operation waveforms of the ignition IC for the internal combustion engine for an automobile. 3 is a current / voltage characteristic diagram of the IGBT, and FIG. 4 is a time chart showing the transition of the operating point at the time of self-shutoff.
第1の実施の形態に係る点火用IC2は、図1に示したように、図19に示したものと比較して、自己遮断回路21の構成が変更されている。すなわち、この自己遮断回路21は、基準電圧回路215、コンパレータ216、NAND回路217、抵抗218,219およびツェナーダイオード220が追加されている。なお、図19に示したものと同様に、電源回路23は、ドライブ回路22および自己遮断回路21の電源となっている。
In the
基準電圧回路215の出力端子は、コンパレータ216の反転入力端子に接続され、コンパレータ216の出力端子は、NAND回路217の一方の入力端子に接続されている。NAND回路217の他方の入力端子は、自己遮断信号源211の出力端子に接続され、NAND回路217の出力端子は、トランジスタM3のゲート端子に接続されている。抵抗218は、その一方の端子が点火用ICのC端子に接続され、他方の端子が抵抗219の一方の端子に接続されている。抵抗219の他方の端子は、点火用ICのE端子に接続されている。抵抗218と抵抗219との接続点は、コンパレータ216の非反転入力端子に接続され、さらに、ツェナーダイオード220のカソード端子に接続されている。ツェナーダイオード220のアノード端子は、点火用ICのE端子に接続されている。
The output terminal of the
直列に接続された抵抗218,219は、分圧回路を構成し、たとえば同じ抵抗値を有していて、C端子におけるコレクタ電圧Vcの50%の電圧値(Vc/2)を出力する。また、基準電圧回路215は、所定の基準電圧Vrefを出力している。これにより、抵抗218,219、基準電圧回路215、コンパレータ216およびNAND回路217は、コレクタ電圧Vcの電圧検出回路を構成している。ここで、コンパレータ216は、コレクタ電圧Vcが基準電圧Vrefに対応する所定値を超えた場合に、信号s2を出力(図2において、Vs2=Hレベルの信号を出力)する。
The
なお、コンパレータ216で直接コレクタ電圧Vcを検出するのではなく、コレクタ電圧Vcを抵抗218,219で分圧して検出するようにしているのは、コレクタ電圧Vcがコンパレータ216の耐電圧よりも高くなった場合でも検出動作が行えるようにするためである。また、ツェナーダイオード220はコンパレータ216などの回路保護のために設けられていて、コレクタ電圧Vcがコンパレータ216の耐電圧よりも高い電圧となった場合でもコンパレータ216などの回路を保護する。ツェナーダイオード220の逆耐圧電圧は、前述のコレクタ電圧Vcが基準電圧Vrefに対応する所定値よりも大きく設定してある。
The collector voltage Vc is not detected directly by the
以上の構成において、自己遮断信号源211が自己遮断信号s1を出力していない、すなわち、図2において、Vs1=Lレベルの信号を出力している正常の動作のとき、点火用IC2は、図19および図20を用いて説明した動作と同じ動作をする。
In the above configuration, when the self-
次に、たとえば、IGBT24がオン状態に固定されたような異常を自己遮断信号源211が検出して、自己遮断信号s1を継続して出力(図2において、Vs1=Hレベルの信号を出力)するときの動作について説明する。この場合、ECU1からオン信号(Vin=Hレベルの信号)が入力された直後は、正常動作と同じ動作をする。オン信号が継続して入力されていると、やがて、コレクタ電流Icが所定の電流値まで上昇して一定の値(たとえば、17A)に保たれ、これに伴いコレクタ電圧Vcは、徐々に上昇して一定になる。
Next, for example, the self-
ここで、自己遮断信号源211からHレベルの自己遮断信号s1が出力されると、インバータ212を介してLレベルの信号がNAND回路221に入力される。このため、NAND回路221は、Hレベルの信号を出力し、トランジスタM1をオフしてトランジスタM2をオンする。このとき、自己遮断回路21では、自己遮断信号源211がHレベルの信号Vs1を出力しているが、コレクタ電圧Vcが基準電圧Vrefに対応する所定値に達していないので、トランジスタM3はオンのままである。トランジスタM2,M3がオンであるため、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、トランジスタM2,M3を介して放電され、IGBT24のゲート電圧Vgが急速に低下し、これに伴って、コレクタ電圧Vcが急速に上昇する。
Here, when the H-level self-
コレクタ電圧Vcが所定値を超えて上昇すると、コンパレータ216の出力端子は、Hレベルの信号Vs2を出力し、これにより、トランジスタM3は、オフになる。その後、IGBT24のゲート容量に充電された電荷が抵抗213を介して放電される緩遮断動作に移行する。
When the collector voltage Vc rises above a predetermined value, the output terminal of the
このように、この点火用IC2では、自己遮断回路21が異常を検出して自己遮断するときには、まず、通常遮断と同じ急速遮断を行い、その後、コレクタ電圧Vcが一定値を超えると、緩遮断を行うようにしている。このため、異常発生から緩遮断を開始するまでの遅延時間が極めて短いので、その間にIGBT24および点火コイル3にて生じる発熱を抑制することができる。
As described above, in the
次に、緩遮断を開始するまでの間で急速遮断が可能な理由について説明する。まず、点火用IC2のパワー半導体素子として一般的な出力特性を持つIGBT24の電流・電圧特性を図3に示している。この図3では、縦軸がコレクタ電流Icを示し、横軸がコレクタ電圧Vcを示していて、ゲート電圧Vgを変化させたときのコレクタ電流Icおよびコレクタ電圧Vcの関係を示している。また、この図3には、点火コイル3の負荷線も示してある。この負荷線は、たとえば、電源4が14V、一次コイル31の抵抗が0.7オーム(Ω)とした場合の負荷線である。この負荷線と電流・電圧曲線との交点がIGBT24の動作点であり、たとえば、ゲート電圧Vgが5Vのとき、コレクタ電流Icが17A、コレクタ電圧Vcが2Vである。負荷遮断時での動作点は、Vg=5Vからゲート閾値電圧の2Vまで、Vgの減少に従い負荷線上を右下に移動する。
Next, the reason why the quick shut-off is possible until the gentle shut-off is started will be described. First, the current / voltage characteristics of the
IGBT24は、ゲート電圧Vgを変化させることで動作しているので、この負荷線上をゲート電圧Vgが一定速度で下がっていくイメージで表したのが図4のタイムチャートである。ゲート電圧Vgが一定速度で下がっていくイメージとは、図19の回路の場合のように、自己遮断のときにゲート容量の電荷を抵抗213で放電していくことに相当する。この図4において、縦軸がゲート電圧Vgおよびコレクタ電流Icであり、横軸が時間であり、ゲート電圧Vgの時間変化は破線で示し、コレクタ電流の時間変化は実線で示している。この図4によれば、自己遮断開始の時刻t1から時刻t2までの間、すなわちゲート電圧Vgが5Vから3.2Vに低下するまでの間、コレクタ電流Icの低下は、1A程度である。また、ゲート電圧Vgが3.2Vから2Vに低下する時刻t2から時刻t3までの間、コレクタ電流Icは、およそ16A低下している。
Since the
ここで、自己遮断時において、点火プラグ5が点火に至らないコレクタ電流Icの時間変化の条件である、|dIc/dt|<1A/msについて検討してみる。時刻t1から時刻t2までの間は、コレクタ電流Icが1A低下するのに24msも掛かっており、時刻t2から時刻t3までの間は、コレクタ電流Icが16A低下するのに16ms掛かっている。つまり、時刻t2から時刻t3までの間のコレクタ電流Icの低下率は、ほぼ上記の条件を満たしているのに対し、時刻t1から時刻t2までは、時間が掛かり過ぎていることになり、この時間は、図20で示される遅延時間に相当する。このことは、コレクタ電流Icが1A低下するのに必要な時間は、ほぼ1msまで短縮可能であることを意味している。
Here, let us consider | dIc / dt | <1 A / ms, which is a condition of time variation of the collector current Ic at which the
本発明では、コレクタ電流Icが17Aから16Aまで低下する時間(t1−t2)を短縮し、図20でいう遅延時間を実質的になくしている。
これを説明するために、負荷を設定したパワー半導体のI−V特性において、ゲート電圧Vgの変化に対するコレクタ電流Icの変化が小さい範囲と同じく大きい範囲について次のように規定する。すなわち、ゲート電圧Vgが低下してこの小さい範囲からこの大きい範囲に移行するゲート電圧とこのゲート電圧に対応するコレクタ電圧およびこのゲート電圧に対応するコレクタ電流をそれぞれゲート電圧しきい値Vgth、コレクタ電圧しきい値Vcth、コレクタ電流しきい値Icthとする。
In the present invention, the time (t1-t2) in which the collector current Ic decreases from 17A to 16A is shortened, and the delay time shown in FIG. 20 is substantially eliminated.
In order to explain this, in the IV characteristics of a power semiconductor with a load set, a range in which the change in the collector current Ic with respect to the change in the gate voltage Vg is as small as the range is defined as follows. That is, the gate voltage Vg decreases and the gate voltage that shifts from the small range to the large range, the collector voltage corresponding to the gate voltage, and the collector current corresponding to the gate voltage are respectively expressed as the gate voltage threshold Vgth and the collector voltage. It is assumed that the threshold value Vcth and the collector current threshold value Icth.
これは具体例に即して説明すると、図4で時刻t2におけるコレクタ電圧およびゲート電圧がそれぞれコレクタ電圧しきい値Vcthおよびゲート電圧しきい値Vgthに対応する。時刻t1からt2の間がゲート電圧Vgの変化に対するコレクタ電流Icの変化が小さい範囲に対応し、時刻t2から時刻t3の間がゲート電圧Vgの変化に対するコレクタ電流Icの変化が大きい範囲に対応する。なお、ここでゲート電圧Vgが低下するとコレクタ電圧Vcは増加することに留意する。 This will be described with reference to a specific example. In FIG. 4, the collector voltage and the gate voltage at time t2 correspond to the collector voltage threshold Vcth and the gate voltage threshold Vgth, respectively. Between time t1 and t2, a change in the collector current Ic with respect to the change in the gate voltage Vg corresponds to a small range, and between time t2 and time t3 corresponds to a range in which the change in the collector current Ic with respect to the change in the gate voltage Vg. . Note that the collector voltage Vc increases as the gate voltage Vg decreases.
第1の実施の形態では、自己遮断信号源211からHレベルの自己遮断信号s1が出力された後、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthまでの間は急速遮断を行い、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthを超えて後は緩遮断を行うものである。そのために、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthを超えたか超えないかを検出するよう、コレクタ電圧Vcの分圧を決める抵抗218および抵抗219の値の設定および基準電圧Vrefを設定するものである。すなわち、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthとなった際に抵抗218および抵抗219の接続点に表れる電圧を基準電圧Vrefに設定する。これは基準電圧Vrefを設定した後、すなわち、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthとなった際に抵抗218および抵抗219の接続点に表れる電圧がその基準電圧Vrefとなるよう抵抗218および抵抗219の値を設定しても良い。
In the first embodiment, after the H-level self-cutoff signal s1 is output from the self-
言い換えると、時刻t2に相当するコレクタ電流Icは、図3の電流・電圧特性に基づきコレクタ電圧Vcに換算した値で検出するようにし、自己遮断開始からその換算値が検出されるまでは急速遮断を実施し、換算値の検出後は、緩遮断を実施している。具体的には、図3の例では、コレクタ電流Icが16Aのときの負荷線上のコレクタ電圧Vcの値は、約2.4Vである。このため、コレクタ電圧Vc=2.4Vのときにコンパレータ216がHレベルの電圧Vs2を出力するよう、抵抗218,219による分圧比および基準電圧回路215の基準電圧Vrefを設定している。上記の例では、この分圧比を1/2にしているので、基準電圧Vrefは、約1.2Vとなる。
In other words, the collector current Ic corresponding to the time t2 is detected as a value converted to the collector voltage Vc based on the current / voltage characteristics of FIG. 3, and is rapidly shut off until the converted value is detected from the start of self-shutdown. After the conversion value is detected, a gentle shut-off is performed. Specifically, in the example of FIG. 3, the value of the collector voltage Vc on the load line when the collector current Ic is 16 A is about 2.4V. For this reason, the voltage dividing ratio by the
なお、ノイズ電圧でコンパレータ216が誤動作しないよう、基準電圧Vrefは、ノイズレベルよりも十分大きく設定することが望ましい。基準電圧Vrefは、電源回路23から供給される電圧よりも小さい。
Note that the reference voltage Vref is desirably set sufficiently higher than the noise level so that the
なお、この第1の実施の形態の制御は、IGBT24がオンし、コレクタ電流Icが飽和するピンチオフに達した後、コレクタ電圧Vcが急に上がるという現象を利用し、コレクタ電圧が上がり始めた時点で緩遮断を始める制御でもある。
The control according to the first embodiment uses the phenomenon that the collector voltage Vc suddenly rises after the
図5は自己遮断信号源の構成を例示する回路図、図6はリセット回路の動作波形を示す図、図7は自己遮断信号源の動作波形を示す図である。
自己遮断信号源211は、リセット回路6と、ラッチ回路7とを備えている。リセット回路6は、IN端子とE端子との間に抵抗61,62が直列接続され、抵抗61,62の共通の接続点は、インバータ63,64を介して抵抗65の一方の端子に接続されている。抵抗65の他方の端子は、コンデンサ66の一方の端子に接続され、コンデンサ66の他方の端子は、E端子に接続されている。抵抗65の他方の端子は、また、インバータ67の入力端子に接続され、インバータ67の出力端子は、リセット回路6のリセット信号Rを出力する出力端子を構成している。このリセット回路6については、ECU1からIN端子に入力されるオン信号(Vin=Hレベルの信号)がインバータ63,64,67の電源になっている。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating the configuration of the self-cutoff signal source, FIG. 6 is a diagram showing the operation waveform of the reset circuit, and FIG. 7 is a diagram showing the operation waveform of the self-cutoff signal source.
The self-
ラッチ回路7は、4つのNOR回路71,72,73,74を備え、それぞれ電源回路23から給電されるように構成されている。ここで、NOR回路73,74は、RSフリップフロップ回路を構成し、NOR回路71,72は、RSフリップフロップ回路のセット信号を波形整形する回路を構成している。すなわち、NOR回路73の出力端子がNOR回路74の一方の入力端子に接続され、NOR回路74の出力端子がNOR回路73の一方の入力端子に接続され、NOR回路74の他方の入力端子は、リセット回路6の出力端子に接続されている。NOR回路74の出力端子は、自己遮断信号s1を出力する出力端子に接続され、NOR回路73の他方の入力端子は、NOR回路72の出力端子に接続されている。NOR回路72の一方の入力端子は、NOR回路71の出力端子に接続され、NOR回路72の他方の入力端子は、NOR回路74がリセット信号を入力する端子に接続されている。NOR回路71は、入力端子71a,71bを有している。この入力端子71a,71bには、図示はしないが、タイマ回路および温度検知回路が接続されている。タイマ回路からは、ECU1からIN端子に入力されるオン信号(Vin=Hレベルの信号)が所定時間を超えても継続して入力されている場合に、Hレベルの信号が入力される。また、温度検知回路からは、IGBT24または点火用IC2が所定温度を超えて昇温した場合に、Hレベルの信号が入力される。
The
以上の構成の自己遮断信号源211において、リセット回路6は、IN端子にオン信号(Vin=Hレベルの信号)が入力されてから所定時間後にリセット信号Rを出力するものである。IN端子にオン信号が入力されて電圧Vinが立ち上がるときのリセット回路6の動作を図6に時間軸を拡大して示している。なお、図6において、インバータ63,64,67の閾値電圧をVthinv、抵抗61,62の抵抗値をR61,R62、インバータ63,64,67の出力電圧をVout63,Vout64,Vout67で示している。
In the self-
ここで、時刻t11でオン信号が入力されて、電圧Vinがインバータ63,64,67の閾値電圧Vthinvに達する時刻t12までは、すべてのインバータ63,64,67は、電圧Vinに等しい電圧を出力する。
Here, all the
次に、電圧VinがVthinvとVthinv×(R61+R62)/R62との間(時刻t12−t13)の場合、インバータ63の出力電圧Vout63がインバータ64の閾値電圧Vthinvを超えている。このため、インバータ64の出力だけ、Vout64=Lレベル(たとえば、0V)になる。
Next, when the voltage Vin is between Vthinv and Vthinv × (R61 + R62) / R62 (time t12-t13), the output voltage Vout63 of the
次に、電圧VinがVthinv×(R61+R62)/R62より大きくなった直後に、インバータ64の出力電圧Vout64は、電圧Vinと等しくなる。しかし、インバータ64の出力に配置された抵抗65およびコンデンサ66の時定数によりインバータ67の入力電圧が閾値電圧Vthinvに達するまで時間が掛かり、時刻t14でインバータ67の出力電圧Vout67は、Lレベル(たとえば、0V)になる。時刻t13から時刻t14までの遅延時間は、たとえば、10μsec程度である。
Next, immediately after the voltage Vin becomes larger than Vthinv × (R61 + R62) / R62, the output voltage Vout64 of the
したがって、このリセット回路6は、図7に示したように、IN端子にオン信号(Vin=Hレベルの信号)が入力されるたびに、たとえば、オン幅が10μsecのリセット信号R(電圧Vr)を生成し、ラッチ回路7に出力する。
Therefore, as shown in FIG. 7, the
ラッチ回路7は、リセット信号Rを受けると、NOR回路73,74によるRSフリップフロップ回路がリセットされ、出力端子にLレベルの自己遮断信号s1(Vs1)を出力する。このとき、NOR回路71の入力端子71a,71bにタイマ回路または温度検知回路から正常を表すLレベルの信号を受けているとする。
When the
ここで、タイマ回路または温度検知回路が異常を検出してNOR回路71の入力端子71a,71bに異常を表すHレベルの信号を受けた場合、その信号は、NOR回路72を介してNOR回路73に伝達される。これにより、NOR回路73,74によるRSフリップフロップ回路がセットされ、ラッチ回路7は、その出力端子にHレベルの自己遮断信号s1(Vs1)を出力する。
Here, when the timer circuit or the temperature detection circuit detects an abnormality and receives an H level signal indicating the abnormality at the
図8は第2の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図8において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 8 is a diagram showing an ignition device for an internal combustion engine for an automobile, including a configuration example of an ignition IC according to the second embodiment. In FIG. 8, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第2の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2と比較して、自己遮断回路21におけるコレクタ電圧Vcの検出回路を変更している。すなわち、自己遮断回路21では、そのC端子とE端子との間にツェナーダイオード225および抵抗219が直列に接続されている。ツェナーダイオード225および抵抗219の接続点は、抵抗224を介してコンパレータ216の非反転入力端子に接続され、ツェナーダイオード220は、コンパレータ216の非反転入力端子とE端子との間に接続されている。
The
ツェナーダイオード225の逆方向耐圧は、基準電圧Vrefを介して検出したいコレクタ電圧Vcよりも小さくかつその電圧の近傍に設定できる。ツェナーダイオード220は、高電圧からコンパレータ216を保護するものであって、その逆方向耐圧は基準電圧Vrefよりも十分大きく、コンパレータ216の耐電圧よりも十分小さく設定されている。抵抗224は、ツェナーダイオード220を過電流から保護するものである。
The reverse breakdown voltage of the
この点火用IC2によれば、コレクタ電圧Vcが上昇してツェナーダイオード225の逆方向耐圧を超えると、抵抗219に電流が流れ、抵抗219に電圧が発生する。この電圧がコンパレータ216の非反転入力端子に印加される。ここで、抵抗219は、ツェナーダイオード225を過電流から保護する機能も持っている。
According to the
この点火用IC2のその他の動作は、図1に示した点火用IC2とコレクタ電圧Vcの検出方法を除いて同じである。第2の実施の形態においても検出すべきコレクタ電圧Vcは、第1の実施の形態で述べたものと同じくコレクタ電圧しきい値Vcthである。
The other operations of the
第2の実施の形態におけるコレクタ電圧Vcの検出方法は次のようなものである。すなわち、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthを超えると、ツェナーダイオード225が導通し、抵抗219に電流が流れ始める。その電流により、ツェナーダイオード225と抵抗219との接続点に電圧が発生する。この発生した電圧をコンパレータ216が基準電圧Vrefと比較することで、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthを超えたことを検出するものである。
The method of detecting the collector voltage Vc in the second embodiment is as follows. That is, when the collector voltage Vc exceeds the collector voltage threshold value Vcth, the
すなわち、そのために、たとえばツェナーダイオード225の逆方向耐圧を、基準電圧Vrefを介して検出したいコレクタ電圧Vcないしその近傍、すなわちコレクタ電圧しきい値Vcthないしその近傍に設定することができる。
That is, for this purpose, for example, the reverse breakdown voltage of the
ツェナーダイオード225の逆方向耐圧をコレクタ電圧しきい値Vcthに設定した場合のコンパレータ216の検出動作は次のようになる。すなわち、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthを超えると、ツェナーダイオード225が導通し、抵抗219に電流が流れ始める。ここで、抵抗219の両端に電圧が発生し、その電圧がコンパレータ216の非反転入力端子に印加される。基準電圧Vrefは、この抵抗219の両端に発生する電圧ないしその電圧よりも小さく定めることができる。たとえばこのようにすることで、コレクタ電圧Vcがコレクタ電圧しきい値Vcthを超えた時に、それをコンパレータ216が検出できる。抵抗219の値は、ツェナーダイオード225に小さな電流が流れた場合でも、その検出ができるよう高抵抗であることが望ましい。なお、ノイズ電圧でコンパレータ216が誤動作しないよう、基準電圧Vrefは、ノイズレベルよりも十分大きく設定することが望ましい。
The detection operation of the
図9は第3の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図9において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 9 is a diagram showing an ignition device for an internal combustion engine for an automobile, including a configuration example of an ignition IC according to the third embodiment. In FIG. 9, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第3の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2と比較して自己遮断回路21におけるコレクタ電圧Vcの検出部分を変更している。すなわち、第1の実施の形態の自己遮断回路21にある抵抗218をDepMOSFET((Depression Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)以下、DepMOSという。)226に置き換えている。DepMOSFET226のドレインはIGBT24のコレクタに接続されている。DepMOSFET226のゲートはDepMOSFET226のソースと接続されている。DepMOSFET226のソースは、抵抗219の一端と接続されていて、抵抗219のもう一端は、第1の実施の形態の場合と同様に自己遮断回路21のE端子と接続されている。
In the
次に、この自己遮断回路21の動作を説明する。この回路では、このDepMOSFET226は抵抗として動作する。そのため、コレクタ電圧Vcは、DepMOS226のオン抵抗と抵抗219とで分圧され、コンパレータ216の非反転入力端子に正の電圧が印加される。そのため、第1の実施の形態の抵抗218がこのDepMOSFET226に置き換わったと考えて、基本的な動作は第1の実施の形態の場合と同じである。ツェナーダイオード220がコンパレータ216の過電圧保護素子として用いられている点も第1の実施の形態の場合と同じである。ここで、第1の実施の形態の場合と異なるのは、DepMOS226がツェナーダイオード220の過電流保護も行う点である。すなわち、コレクタ電圧が大きくなっていくと、このDepMOS226は、飽和し、DepMOS226の飽和ドレイン電流値(たとえば、100μA)を流すようになり、ツェナーダイオード220を過電流から保護するようになるのである。
Next, the operation of the self-
図10は第4の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図10において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 10 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to a fourth embodiment. 10, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
この第4の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2が緩遮断開始のタイミングをコレクタ電圧Vcに基づいて検出しているのに対し、IGBT24のゲート電圧Vgに基づいて検出している。すなわち、この点火用IC2の自己遮断回路21によれば、IGBT24のゲート端子とE端子との間に直列接続された抵抗218,219を配置し、この抵抗218,219の共通の接続点をコンパレータ216の反転入力端子に接続している。なお、この自己遮断回路21では、基準電圧回路215の出力は、コンパレータ216の非反転入力端子に接続されている。また、第1の実施の形態に係る点火用IC2の自己遮断回路21で必要であった、コンパレータ216の過電圧保護用のツェナーダイオード220は、除かれている。
In the
この実施の形態においては、前述のように緩遮断開始のタイミングをIGBT24のゲート電圧Vgに基づいて検出している。すなわち、第1の実施の形態の説明において述べたゲート電圧しきい値Vgthを用いて説明すると次のようになる。
In this embodiment, as described above, the timing of the start of the gentle shut-off is detected based on the gate voltage Vg of the
自己遮断信号源211からHレベルの自己遮断信号s1が出力された後、ゲート電圧Vgが低下してきてゲート電圧しきい値Vgthに至るまでの間は急速遮断を行い、ゲート電圧Vgがゲート電圧しきい値Vgthを下回った後は緩遮断を行うものである。そのために、ゲート電圧Vgがゲート電圧しきい値Vgthを下回ったか下回っていないかを検出するよう、ゲート電圧Vgの分圧を決める抵抗218および抵抗219の値と基準電圧Vrefとが設定される。
After the H-level self-shutoff signal s1 is output from the self-
この自己遮断回路21によれば、IGBT24のゲート電圧Vgは、抵抗218と抵抗219とで分圧されてコンパレータ216の反転入力端子に印加される。ゲート電圧Vgが小さくなり、コンパレータ216の反転入力端子の電圧が基準電圧回路215の基準電圧より小さくなると、コンパレータ216の出力信号s2は、Hレベルとなり、緩遮断を開始することができるようになる。図4に示す例では、ゲート電圧Vgが5Vから3.2Vまで低下した時点で、コンパレータ216は、その論理出力が反転し、トランジスタM3をオフして緩遮断が開始される。この点火用IC2のその他の動作は、図1に示した点火用IC2と同じである。すなわち図1においてコレクタ電圧による検出動作をゲート電圧Vgによる検出動作に置き換えたものとして理解することができる。
According to this self-
図11は第4の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置の変形例を示す図である。
この変形例では、図10にあった抵抗213をなくし、抵抗213が担っていた微小電流を流すための微小電流回路を抵抗218と抵抗219が担うようにしたものである。抵抗218と抵抗219の合成抵抗が第4の実施の形態における抵抗213を兼ねたものである。このように構成することで抵抗を一つ減らすことができ、この抵抗を点火用IC2のチップに作り込む場合はチップ面積を低減でき、結果としてコスト低減にも寄与する。
FIG. 11 is a view showing a modification of the ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of the ignition IC according to the fourth embodiment.
In this modified example, the
図12は第5の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図12において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 12 is a diagram showing an ignition device for an internal combustion engine for an automobile, including a configuration example of an ignition IC according to a fifth embodiment. In FIG. 12, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第5の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2が緩遮断開始のタイミングをコレクタ電圧Vcに基づいて検出しているのに対し、コレクタ電流Icに基づいて検出している。
In the
すなわち、この点火用IC2では、IGBT24は、主電流が流れるメイン素子とこのメイン素子の電流を検出する電流センス素子とを有し、コレクタ端子同士およびゲート端子同士を接続した構成のものを使用している。IGBT24のメイン素子のエミッタ端子は、E端子に接続され、電流センス素子のエミッタ端子は、抵抗219の一方の端子に接続され、抵抗219の他方の端子は、E端子に接続されている。電流センス素子のエミッタ端子と抵抗219との接続点は、コンパレータ216の反転入力端子に接続され、コンパレータ216の非反転入力端子は、基準電圧Vrefを発生する基準電圧回路215の出力に接続されている。
That is, in this
本実施の形態に係る点火用ICにおける緩遮断開始のタイミング検出を、第1の実施の形態の説明において述べたコレクタ電流しきい値Vcthを用いて説明すると次のようになる。 The detection of the timing of the start of slow shutoff in the ignition IC according to the present embodiment will be described as follows using the collector current threshold Vcth described in the description of the first embodiment.
自己遮断信号源211からHレベルの自己遮断信号s1が出力された後、コレクタ電流Icが低下してきてコレクタ電流しきい値Icthに至るまでの間は急速遮断を行い、コレクタ電流Icがコレクタ電流しきい値Icthを下回った後は緩遮断を行うものである。そのために、コレクタ電流Icがコレクタ電流しきい値Icthを下回ったか下回っていないかを検出するよう、メイン素子のコレクタ電流Icに対応する電流センス素子のエミッタ電流Iseを検出する抵抗219の値と基準電圧Vrefとが設定される。
After the H-level self-shutoff signal s1 is output from the self-
すなわち、この自己遮断回路21では、IGBT24の電流センス素子のエミッタ端子から出力された電流を抵抗219で電圧に変換してコンパレータ216の反転入力端子に印加される。この抵抗219により変換された電圧は、コレクタ電流Icに比例した値を有している。このため、この自己遮断回路21は、IGBT24のコレクタ電流Icに基づいて緩遮断開始のタイミングを検出していることになる。
That is, in the self-
この自己遮断回路21によれば、コレクタ電流Icが小さくなって、コンパレータ216の反転入力端子の電圧が基準電圧回路215の基準電圧より小さくなると、コンパレータ216の出力信号s2は、Hレベルとなり、緩遮断を開始することができるようになる。図4に示す例では、コレクタ電流Icが飽和電流の17Aから16Aまで低下した時点で、コンパレータ216は、その論理出力が反転し、トランジスタM3をオフして緩遮断が開始される。この点火用IC2のその他の動作は、図1に示した点火用IC2と同じである。
According to the self-
図13は第6の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図13において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 13 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to a sixth embodiment. In FIG. 13, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第6の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2と比較して、緩遮断時に、ゲート容量に充電された電荷を放電する素子を抵抗213から定電流源227に変更している。したがって、この点火用IC2は、緩遮断時に、ゲート容量に充電された電荷を定電流源227で放電することを除き、第1の実施の形態に係る点火用IC2と同じ動作をする。
Compared with the
図14は第7の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図14において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 14 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to a seventh embodiment. In FIG. 14, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第7の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2から電源回路23およびB端子を除き、新たにダイオード228を追加している。このダイオード228は、アノード端子をIGBT24のゲート端子に接続し、カソード端子をIN端子に接続している。IN端子は、また、ドライブ回路22のトランジスタM1のソース端子に接続されている。なお、図示はしないが、自己遮断回路21およびドライブ回路22内で使われている自己遮断信号源211、基準電圧回路215、コンパレータ216、NAND回路217,221、インバータ212、などの回路要素の正極の電源端子もIN端子に接続されている。すなわち、点火用IC2はその電源をIN端子に加えられる信号によっているものである。ワンチップイグナイタと呼ばれる点火用ICでは、このようにIN端子に加えられる信号を電源とすることがある。
In the
この点火用IC2によれば、IN端子にオン信号(Vin=Hレベルの信号)が入力されたときに、ダイオード228のカソードには点火用ICの電源となるIN端子に印加されている電圧が加えられていて、ダイオード228のアノードにはその電圧より低い電圧が印加されている。この場合、ダイオード228は特に機能することはなく、点火用IC2としては第1の実施の形態に係る回路と同じ動作をする。
According to this
一方、IN端子にオフ信号(Vin=Lレベルの信号)が入力されたときには、点火用IC2内の回路の電源電圧がゼロになる。この電源電圧がゼロになった場合において、ダイオード228がIGBT24のゲート容量に充電された電荷をIN端子側に急速に放電する。したがって、この点火用IC2は、その電源をIN端子に加えられる信号から取るものであっても第1の実施の形態に係る点火用IC2と同じ動作をする。
On the other hand, when an OFF signal (Vin = L level signal) is input to the IN terminal, the power supply voltage of the circuit in the
第7の実施の形態で述べた点火用IC2から電源回路23およびB端子を除き、新たにダイオード228を追加している形態は、第1の実施の形態に限らず第2の実施の形態ないし第6の実施の形態にも適用できて同様の効果を奏する。
The form in which the
図15は第8の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図15において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 15 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to an eighth embodiment. In FIG. 15, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第8の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2に新たに抵抗214と、トランジスタM4を追加している(トランジスタM4は、正常動作時に導通し、異常検出時に遮断する第1のスイッチ回路を構成)。抵抗214は、一方の端子がトランジスタM2のソース端子に接続され、抵抗214の他方の端子がトランジスタM3のドレイン端子に接続されている(抵抗214およびトランジスタM3は、第2のスイッチ回路を構成)。トランジスタM4はゲート端子がインバータ212の出力端子に接続され、トランジスタM4のドレイン端子がトランジスタM2のソース端子に接続され、トランジスタM4のソース端子が点火用IC2のエミッタ端子に接続されている。
In the
この第8の実施の形態に係る点火用IC2は、IN端子に正常なオン信号が入力された後、IN端子にオフ信号(Vin=Lレベルの信号)が入力されたときに、IGBT24のゲート容量に充電された電荷がトランジスタM2,M4を介して急速に放電される。
In the
次に、自己遮断信号源211が自己遮断信号s1を継続して出力する場合、図4の自己遮断開始の時刻t1から時刻t2までの間、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、トランジスタM2と、抵抗214と、トランジスタM3を介して放電される。この放電時間は、抵抗214の抵抗値により正常動作時の急速遮断時間(たとえば、10μs)よりは長く、緩遮断時間(たとえば、16ms)よりは十分短くなるように調整される。図4の自己遮断開始の時刻t2から時刻t3までの間は、第1の実施の形態の場合と同様に、トランジスタM3がオフし、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、抵抗213により徐々に放電され緩遮断する。
Next, when the self-
正常動作のとき、IGBT24のゲート容量に充電された電荷の放電時間は、短い方が点火プラグ5に大きい電圧を印加できる。しかし、図4の自己遮断時の時刻t1から時刻t2の間におけるIGBT24のゲート電圧Vgの低下速度が、コレクタ電圧Vcの検出からトランジスタM3の遮断までの回路動作の遅延時間に対して短すぎると、IGBT24は、緩遮断に移行する前に完全に遮断してしまい、点火プラグ5が誤点火する場合がある。
During normal operation, a shorter voltage can be applied to the
第1の実施の形態に係る点火用IC2では、正常遮断時における点火プラグ5の印加電圧と、自己遮断時における点火プラグ5の誤点火とは相反する関係にある。この第8の実施の形態に係る点火用IC2では、抵抗214により図4の自己遮断開始の時刻t1から時刻t2までの時間を、正常動作時の急速遮断時間(たとえば、10μs)より長い、たとえば、100μsにしている。これにより、正常遮断時における点火プラグ5の印加電圧を大きくしながら、自己遮断時における点火プラグ5の印加電圧は、大きくならないようにして、点火プラグ5の誤点火を防いでいる。
In the
第8の実施の形態で述べた点火用IC2の正常遮断時と、図4の自己遮断開始の時刻t1から時刻t2までの間と、時刻t2から時刻t3までの間とで、IGBT24のゲート容量に充電された電荷を放電する経路を切り替える形態は、第1の実施の形態に限らず第2の実施の形態および第3の実施の形態にも適用できて同様の効果を奏する。
The gate capacitance of the
図16は第9の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図16において、図10および図15に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 16 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to a ninth embodiment. In FIG. 16, the same or equivalent components as those shown in FIGS. 10 and 15 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第9の実施の形態に係る点火用IC2は、第8の実施の形態に係る点火用IC2が緩遮断開始のタイミングをコレクタ電圧Vcに基づいて検出しているのに対し、IGBT24のゲート電圧Vgに基づいて検出している。すなわち、この点火用IC2の自己遮断回路21によれば、図10に示した第4の実施の形態と同様に、IGBT24のゲート電圧VgをIGBT24のゲート端子とE端子との間に直列接続された抵抗218,219によって検出し、これをコンパレータ216にてゲート電圧しきい値Vgthに相当する基準電圧回路215の基準電圧Vrefと比較される。したがって、この実施の形態においては、緩遮断開始のタイミングは、ゲート電圧Vgが低下してきて、ゲート電圧Vgがゲート電圧しきい値Vgthを下回ったことをコンパレータ216が検出したときとなる。
In the
この場合においても、自己遮断信号源211が自己遮断信号s1を継続して出力する場合、図4の自己遮断開始の時刻t1から時刻t2までの間、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、トランジスタM2と、抵抗214と、トランジスタM3を介して放電される。そして、図4の自己遮断開始の時刻t2から時刻t3までの間は、トランジスタM3がオフし、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、抵抗213により徐々に放電され緩遮断する。
Even in this case, when the self-
図17は第10の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図17において、図12および図15に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 17 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to a tenth embodiment. In FIG. 17, the same or equivalent components as those shown in FIGS. 12 and 15 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第10の実施の形態に係る点火用IC2は、第8の実施の形態に係る点火用IC2が緩遮断開始のタイミングをコレクタ電圧Vcに基づいて検出しているのに対し、コレクタ電流Icに基づいて検出している。すなわち、この点火用IC2の自己遮断回路21によれば、図12に示した第5の実施の形態と同様に、コレクタ電流を電流センス素子および抵抗219により電圧に変換して検出し、これをコンパレータ216にてコレクタ電流しきい値Icthに相当する基準電圧回路215の基準電圧Vrefと比較される。したがって、この実施の形態においては、緩遮断開始のタイミングは、コレクタ電流Icが低下してきて、コレクタ電流Icがコレクタ電流しきい値Icthを下回ったことをコンパレータ216が検出したときとなる。
In the
この場合においても、自己遮断信号源211が自己遮断信号s1を継続して出力する場合、図4の自己遮断開始の時刻t1から時刻t2までの間、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、トランジスタM2と、抵抗214と、トランジスタM3を介して放電される。そして、図4の自己遮断開始の時刻t2から時刻t3までの間は、トランジスタM3がオフし、IGBT24のゲート容量に充電された電荷は、抵抗213により徐々に放電され緩遮断する。
Even in this case, when the self-
図18は第11の実施の形態に係る点火用ICの構成例を含む自動車用内燃機関の点火装置を示す図である。この図18において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 18 is a diagram showing an ignition device for an automobile internal combustion engine including a configuration example of an ignition IC according to the eleventh embodiment. In FIG. 18, the same or equivalent components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第11の実施の形態に係る点火用IC2は、第1の実施の形態に係る点火用IC2と比較して、ドライブ回路22を変更している。すなわち、ドライブ回路22では、トランジスタM1がp型のMOSFETからn型のMOSFETのトランジスタM1aに変更され、さらに、NAND回路221の出力端子とトランジスタM1aのゲート端子との間にインバータ222を追加している。トランジスタM1aのドレイン端子は、電源回路23の出力端子に接続されている。トランジスタM1aのソース端子は、IGBT24のゲート端子およびトランジスタM2のドレイン端子と接続されている。インバータ222は、NAND回路221の出力の論理値を反転して出力する。
In the
点火用IC2は、IN端子にオン信号が入力されると、NAND回路221の出力がLレベルとなり、インバータ222の出力がHレベルとなり、トランジスタM1aがオンしてトランジスタM2がオフする。逆に、IN端子にオフ信号が入力されると、NAND回路221の出力がHレベルとなり、インバータ222の出力がLレベルとなり、トランジスタM1aがオフしてトランジスタM2がオンする。
In the
この点火用IC2のその他の動作は、図1に示した点火用IC2と同じである。
トランジスタM1をp型のMOSFETからn型のMOSFETのトランジスタM1aに変更してインバータ242を追加する形態では、トランジスタM1a,M2およびその他の論理回路を構成するMOSFETのすべてをn型のMOSFETのみで構成することができる。これらのn型のMOSFETは、具体的には、n型半導体層をドリフト層とするIGBT24と同一基板内に、n型半導体層の表面層にp型の半導体領域を形成する。そのp型の半導体領域の表面層にn型のMOSFETを構成するn型のソース領域およびp型のソース領域を形成する。ソース領域とドレイン領域の間のn型半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する。
Other operations of the
In the form in which the transistor M1 is changed from the p-type MOSFET to the n-type MOSFET transistor M1a and the inverter 242 is added, the transistors M1a and M2 and all the other MOSFETs constituting the logic circuit are configured only by the n-type MOSFET. can do. Specifically, these n-type MOSFETs form a p-type semiconductor region on the surface layer of the n-type semiconductor layer in the same substrate as the
本実施の形態は、第1の実施の形態に限らず第2の実施の形態ないし第10の実施の形態にも適用できて同様の効果を奏する。 This embodiment can be applied not only to the first embodiment but also to the second to tenth embodiments, and provides the same effects.
1 ECU
2 点火用IC
3 点火コイル
4 電源
5 点火プラグ
6 リセット回路
7 ラッチ回路
21 自己遮断回路
22 ドライブ回路
23 電源回路
24 IGBT
31 一次コイル
32 二次コイル
61,62 抵抗
63,64 インバータ
65 抵抗
66 コンデンサ
67 インバータ
71,72,73,74 NOR回路
71a,71b 入力端子
211 自己遮断信号源
212 インバータ
213,214 抵抗
215 基準電圧回路
216 コンパレータ
217 NAND回路
218,219 抵抗
220 ツェナーダイオード
221 NAND回路
222 インバータ
224 抵抗
225 ツェナーダイオード
226 DepMOS
227 定電流源
228 ダイオード
M1,M1a,M2,M3,M4 トランジスタ
1 ECU
2 IC for ignition
3
31
227 Constant
Claims (19)
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のコレクタ端子に接続されてコレクタ電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記スイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるコレクタ電圧の上昇が設定値を超えたことを前記電圧検出回路が検出すると、前記スイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device for switching control of a power semiconductor element,
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit for detecting a collector voltage connected to a collector terminal of the power semiconductor element;
A switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element through the switch circuit, and the charge is extracted. When the voltage detection circuit detects that the rise in collector voltage due to the voltage exceeds a set value, the switch circuit is shut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のコレクタ端子に接続されてコレクタ電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記スイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるコレクタ電圧の上昇が設定値を超えたことを前記電圧検出回路が検出すると、前記スイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A power semiconductor element;
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit for detecting a collector voltage connected to a collector terminal of the power semiconductor element;
A switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element through the switch circuit, and the charge is extracted. When the voltage detection circuit detects that the rise in collector voltage due to the voltage exceeds a set value, the switch circuit is shut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続されてゲート電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記スイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるゲート電圧の低下が設定値を下回ったことを前記電圧検出回路が検出すると、前記スイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device for switching control of a power semiconductor element,
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit connected to a gate terminal of the power semiconductor element to detect a gate voltage;
A switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element through the switch circuit, and the charge is extracted. When the voltage detection circuit detects that the gate voltage drop caused by the voltage falls below a set value, the switch circuit is shut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続されてゲート電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記スイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるゲート電圧の低下が設定値を下回ったことを前記電圧検出回路が検出すると、前記スイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A power semiconductor element;
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit connected to a gate terminal of the power semiconductor element to detect a gate voltage;
A switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element through the switch circuit, and the charge is extracted. When the voltage detection circuit detects that the gate voltage drop caused by the voltage falls below a set value, the switch circuit is shut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のセンスエミッタ端子に接続されてパワー半導体素子のコレクタ電流を電圧に変換した値を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記スイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるコレクタ電流に相当する電圧の低下が設定値を下回ったことを前記電圧検出回路が検出すると、前記スイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device for switching control of a power semiconductor element,
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit connected to a sense emitter terminal of the power semiconductor element to detect a value obtained by converting a collector current of the power semiconductor element into a voltage;
A switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element through the switch circuit, and the charge is extracted. When the voltage detection circuit detects that the voltage drop corresponding to the collector current caused by the current falls below a set value, the switch circuit is cut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のセンスエミッタ端子に接続されてパワー半導体素子のコレクタ電流を電圧に変換した値を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されたスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記スイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるコレクタ電流に相当する電圧の低下が設定値を下回ったことを前記電圧検出回路が検出すると、前記スイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A power semiconductor element;
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit connected to a sense emitter terminal of the power semiconductor element to detect a value obtained by converting a collector current of the power semiconductor element into a voltage;
A switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the gate pull-up circuit is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the charge is extracted from the gate capacitance of the power semiconductor element through the switch circuit, and the charge is extracted. When the voltage detection circuit detects that the voltage drop corresponding to the collector current caused by the current falls below a set value, the switch circuit is cut off and the charge is extracted by the minute current circuit.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のコレクタ端子に接続されてコレクタ電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されて通常動作時には導通される第1のスイッチ回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続され、前記第1のスイッチ回路に比して抵抗の大きな第2のスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記第1のスイッチ回路を遮断し、前記第2のスイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるコレクタ電圧の上昇が設定値を超えたことを前記電圧検出回路が検出すると、前記第2のスイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device for switching control of a power semiconductor element,
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit for detecting a collector voltage connected to a collector terminal of the power semiconductor element;
A first switch circuit connected between the gate pull-down circuit and the emitter terminal of the power semiconductor element and conducting in normal operation;
A second switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element and having a larger resistance than the first switch circuit;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the power semiconductor is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the first switch circuit is turned off, and the power semiconductor is connected via the second switch circuit. When the voltage detection circuit detects that the collector voltage is extracted from the gate capacitance of the element and the rise of the collector voltage due to the extraction of the charge exceeds a set value, the second switch circuit is shut off and the charge generated by the minute current circuit is Semiconductor device.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続されてゲート電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されて通常動作時には導通される第1のスイッチ回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続され、前記第1のスイッチ回路に比して抵抗の大きな第2のスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記第1のスイッチ回路を遮断し、前記第2のスイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるゲート電圧の低下が設定値を下回ったことを前記電圧検出回路が検出すると、前記第2のスイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device for switching control of a power semiconductor element,
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit connected to a gate terminal of the power semiconductor element to detect a gate voltage;
A first switch circuit connected between the gate pull-down circuit and the emitter terminal of the power semiconductor element and conducting in normal operation;
A second switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element and having a larger resistance than the first switch circuit;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the power semiconductor is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the first switch circuit is turned off, and the power semiconductor is connected via the second switch circuit. When the voltage detection circuit detects that the gate voltage drop due to the extraction of the charge is less than a set value, the second switch circuit is shut off and the charge generated by the minute current circuit is extracted. Semiconductor device.
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルアップするゲートプルアップ回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、入力信号に基づいて前記ゲート端子をプルダウンするゲートプルダウン回路と、
前記パワー半導体素子の通電状態の異常を検出する異常検出回路と、
前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜く微小電流回路と、
前記パワー半導体素子のセンスエミッタ端子に接続されてパワー半導体素子のコレクタ電流を電圧に変換した値を検出する電圧検出回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続されて通常動作時には導通される第1のスイッチ回路と、
前記ゲートプルダウン回路と前記パワー半導体素子のエミッタ端子との間に接続され、前記第1のスイッチ回路に比して抵抗の大きな第2のスイッチ回路と、
を備え、
前記異常検出回路が異常を検出したとき、前記ゲートプルアップ回路を遮断し、前記ゲートプルダウン回路を導通し、前記第1のスイッチ回路を遮断し、前記第2のスイッチ回路を介して前記パワー半導体素子のゲート容量から電荷を引き抜き、前記電荷の引き抜きによるコレクタ電流に相当する電圧の低下が設定値を下回ったことを前記電圧検出回路が検出すると、前記第2のスイッチ回路を遮断して前記微小電流回路による電荷の引き抜きを行うことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device for switching control of a power semiconductor element,
A gate pull-up circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling up the gate terminal based on an input signal;
A gate pull-down circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and pulling down the gate terminal based on an input signal;
An abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the energization state of the power semiconductor element;
A micro current circuit connected to the gate terminal of the power semiconductor element and for extracting charges from the gate capacitance of the power semiconductor element;
A voltage detection circuit connected to a sense emitter terminal of the power semiconductor element to detect a value obtained by converting a collector current of the power semiconductor element into a voltage;
A first switch circuit connected between the gate pull-down circuit and the emitter terminal of the power semiconductor element and conducting in normal operation;
A second switch circuit connected between the gate pull-down circuit and an emitter terminal of the power semiconductor element and having a larger resistance than the first switch circuit;
With
When the abnormality detection circuit detects an abnormality, the power semiconductor is shut off, the gate pull-down circuit is turned on, the first switch circuit is turned off, and the power semiconductor is connected via the second switch circuit. When the voltage detection circuit detects that the voltage drop corresponding to the collector current due to the extraction of the charge is less than a set value, the second switch circuit is cut off and the minute switch is turned off. A semiconductor device, wherein charge is extracted by a current circuit.
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