JP2016169727A - Semiconductor device - Google Patents

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繁美 宮沢
Shigemi Miyazawa
繁美 宮沢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a spark plug from performing erroneous ignition at the time of self-shutdown.SOLUTION: When a self-shutdown signal source 211 detects a normal state and a transistor M3 is in ON state, upon ON signal is received at IN terminal, a transistor M1 is ON, the transistor M2 is OFF and IGBT 24 is ON. At this time, when the self-shutdown signal source 211 detects an abnormal state, the transistor M1 is OFF and the transistor M2 is ON, a gate terminal of IGBT 24 is connected to the emitter terminal through the transistors M2, M3 to cause electric charge charged in a gate capacity to be discharged rapidly. With this arrangement, when a comparator 216 detects that a collector voltage of IGBT 24 is increased and becomes higher than a prescribed voltage, the transistor M3 becomes OFF and a gradual shut-down is carried out in such a way that the electrical charge of the gate capacity is gradually discharged by a resistor 213.SELECTED DRAWING: Figure 1

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, Patent Documents 1 and 2).

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 Patent Document 1, a resistor and a constant current circuit are connected to the gate terminal of the power semiconductor element so that the gate voltage that is on-controlled when an abnormality is detected is gradually reduced. In the technique of Patent Document 2, the gate voltage of the power semiconductor is gradually decreased by controlling the self-cutting transistor with the output of the integrating circuit constituted by the reverse leakage resistance of the diode and the capacitor. As described above, by executing the gentle shut-off that gradually decreases the gate voltage of the power semiconductor element, the change in the primary side current of the ignition coil becomes gentle, and as a result, the change in the secondary side current of the ignition coil also becomes gentle. Thus, abnormal ignition of the spark plug can be prevented.

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 ECU 1 for controlling the whole ignition device, an ignition IC 2 constituting an igniter, and a primary coil 31 and a secondary coil 32 wound around an iron core. An ignition coil 3, a power source (battery) 4, and a spark plug 5 are provided. In the ignition IC 2, an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)) 24 is used as a power semiconductor element that controls on / off of the primary current of the ignition coil 3.

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 ignition coil 3, an E terminal (emitter terminal) connected to the ground potential, an IN terminal (input terminal) connected to the ECU 1, and the power supply 4. It has a B terminal (power supply terminal).

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 primary coil 31 of the ignition coil 3, and the other terminal of the primary coil 31 is connected to the positive terminal of the power source 4. The E terminal of the ignition IC 2 is connected to the ground. The secondary coil 32 of the ignition coil 3 has one terminal connected to one electrode of the spark plug 5, and the other terminal connected to the positive terminal of the power source 4. The other electrode of the spark plug 5 and the negative terminal of the power source 4 are each connected to the ground.

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 drive circuit 22 that drives the IGBT 24, a self-cutoff circuit 21, and a power supply circuit 23. The drive circuit 22 includes a NAND circuit 221, a transistor M1 as a gate pull-up circuit, and a transistor M2 as a gate pull-down circuit. Here, the transistor M1 is a p-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), and the transistor M2 is an n-type MOSFET, and each has a switch function. One input terminal of the NAND circuit 221 is connected to the IN terminal, and the output terminal of the NAND circuit 221 is connected to gate terminals which are control terminals of the transistors M1 and M2 constituting the inverter by a complementary circuit. . The drain terminals of the transistors M1 and M2 are connected to the gate terminal of the IGBT 24. The source terminal of the transistor M 1 is connected to the output terminal of the power supply circuit 23.

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 power supply circuit 23 converts the voltage of the power supply 4 (for example, 14 volts (V)) into a voltage (for example, 5 V) that is stepped down, and serves as a power supply for the drive circuit 22 and the self-cutoff circuit 21.

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-cutoff circuit 21 includes a self-cutoff signal source 211, an inverter 212, a transistor M3 configured by an n-type MOSFET and functioning as a switch circuit, and a resistor 213. The self-interruption signal source 211 is an abnormality detection circuit that detects an abnormality in the energization state of the IGBT 24 and has, for example, a timer function and a temperature detection function that detect abnormal energization and overheating of the IGBT 24. The output terminal of the self-cutoff signal source 211 is connected to the input terminal of the inverter 212, and the output terminal of the inverter 212 is connected to the other input terminal of the NAND circuit 221 of the drive circuit 22 and the gate terminal of the transistor M3. The drain terminal of the transistor M3 is connected to the source terminal of the transistor M2 of the drive circuit 22, and the source terminal of the transistor M3 is connected to the E terminal of the ignition IC 2. The resistor 213 has one terminal connected to the gate terminal of the IGBT 24, the other terminal connected to the E terminal of the ignition IC 2, and constitutes a minute current circuit that draws out the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24. .

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 ECU 1 outputs a signal Vin for controlling on / off of the IGBT 24 to the IN terminal of the ignition IC 2. For example, when the IGBT 24 is on-controlled, the ECU 1 outputs an on signal with a voltage of Vin = 5 V (H level) to the IN terminal. When the IGBT 24 is controlled to be off, the ECU 1 outputs an off signal having a voltage of Vin = 0 V (L level) to the IN terminal. The self-shutoff signal s1 output from the self-shutdown signal source 211 of the self-shutdown circuit 21 is Vs1 = L level during normal operation and Vs1 = H level during abnormal operation. Therefore, during normal operation, the self-interruption signal s1 is inverted by the inverter, and an H level signal is supplied to the other input terminal of the NAND circuit 221 and the gate terminal of the transistor M3. For this reason, the NAND circuit 221 operates as an inverter with respect to the signal input from the ECU 1, and the transistor M3 is normally on-controlled.

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 ignition IC 2, the output of the NAND circuit 221 becomes L level, the transistor M1 is turned on, and the transistor M2 is turned off. Thereby, the drive circuit 22 pulls up the gate voltage Vg of the gate terminal of the IGBT 24 to 5 V, and turns on the IGBT 24. As a result, a collector current (hereinafter referred to as Ic) starts to flow from the power source 4 to the C terminal of the ignition IC 2 via the primary coil 31 of the ignition coil 3. The collector current Ic is determined as dIc / dt by the inductance of the primary coil 31 and the applied voltage, and is a constant current value (for example, 17 amperes) determined by the resistance of the primary coil 31, the on-resistance of the IGBT 24, and the voltage of the power source 4. A)). The collector voltage at the C terminal of the ignition IC 2 (hereinafter referred to as Vc. Note that the collector voltage Vc referred to here is the collector voltage Vc for simplicity of the collector-emitter voltage). Is turned on and the collector current Ic begins to flow, the voltage of the applied power supply 4 is momentarily reduced, and thereafter gradually increases due to the on-resistance of the IGBT 24.

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 ignition IC 2, the output of the NAND circuit 221 becomes H level, the transistor M 1 is turned off, and the transistor M 2 is turned on. As a result, the drive circuit 22 pulls down the gate voltage Vg of the gate terminal of the IGBT 24 to 0 V and turns off the IGBT 24. Thereby, the collector current Ic decreases rapidly, and the collector voltage Vc increases rapidly. Due to the rapid change in the collector current Ic, the voltage across the primary coil 31 increases rapidly. At the same time, the voltage across the secondary coil 32 also increases rapidly (for example, increases to 30 kV), and the voltage is applied to the spark plug 5. The spark plug 5 is discharged when the applied voltage is about 10 kV or more. Thereafter, the collector voltage Vc returns to the voltage of the power supply 4. The above is the operation in the range indicated by “normal” in FIG.

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 ECU 1 is output longer than a predetermined time, or the ignition IC 2 or the IGBT 24 is overheated, there is a possibility that the ignition coil 3 or the ignition IC 2 may be broken down. The circuit 21 operates to cut off the collector current Ic. However, if the collector current Ic is suddenly cut off, the spark plug 5 may be discharged at a timing other than the setting, and the engine may be damaged. For this reason, the self-cutoff circuit 21 needs to control | dIc / dt | within a range in which the spark plug 5 is not erroneously discharged (for example, a current change of about 1 A / ms (millisecond)).

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 IGBT 24 behave in the same manner as in the normal case. The gate voltage Vg becomes an H level signal, the collector current Ic rises to a predetermined current value and is maintained at a constant value (for example, 17 A), and the collector voltage Vc gradually rises.

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-cutoff signal source 211 is H level indicating an abnormality. A self-shutoff signal s1 is output. When the self-cutoff signal source 211 outputs a self-cutoff signal s1 at H level (in FIG. 20, Vs1 = H level signal), an L level signal is sent through the inverter 212 to the other input terminal of the NAND circuit 221 and the transistor M3. Are respectively applied to the gate terminals. As a result, the output terminal of the NAND circuit 221 is fixed to an H level signal, the transistor M1 is turned off, and the transistor M2 is turned on. At this time, since the transistor M3 connected in series with the transistor M2 is turned off in response to the L level gate signal, the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 is gradually discharged through the resistor 213. It will be. As a result, when the gate voltage Vg of the IGBT 24 gradually decreases to a predetermined voltage or less, the collector current Ic starts to decrease and the collector voltage Vc starts to increase.

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 ECU 1 is fixed on, the gate voltage Vg of the IGBT 24 is constant after the self-cutoff signal source 211 outputs the self-cutoff signal s1 at the H level. Decreases with speed. When the gate voltage Vg of the IGBT 24 decreases to a predetermined voltage, the collector current Ic begins to decrease gradually, and a gentle interruption is performed.

特開2008−45514号公報JP 2008-45514 特開2006−37822号公報JP 2006-37822 A

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 ignition IC 2, as described above, after the self-interruption signal s 1 is output, the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 is gradually discharged, and the gate voltage Vg decreases at a constant rate. Along with this, the collector current Ic decreases, but the method of the decrease is not constant due to the electrical characteristics of the IGBT. That is, the collector current Ic decreases only slightly until the gate voltage Vg decreases to some extent, and the collector current Ic decreases greatly after the gate voltage Vg decreases to a certain extent. In other words, the time until the gate voltage Vg decreases to some extent is like a delay time until the collector current Ic starts to decrease effectively. During the delay time, a constant large current (for example, a current close to 17 A) continues to flow through the IGBT 24 and the primary coil 31, and there is a risk of damage such as thermal destruction. In order to avoid this, it is necessary to increase the error detection sensitivity by shortening the timer time considering the delay time, lowering the temperature of overheating detection, etc., but in this case, there is a problem that self-blocking tends to occur. is there. Moreover, even if a large current flows during the delay time, it is necessary to reduce the thermal resistance of the ignition IC 2 in order to suppress the heat generated by the large current. In this case, it is necessary to increase the chip size.

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.

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である。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 1st Embodiment. 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。It is a figure which shows the example of an operation waveform of IC for ignition of the internal combustion engine for motor vehicles. IGBTの電流・電圧特性図である。It is a current-voltage characteristic diagram of IGBT. 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。It is a time chart which shows transition of the operating point at the time of self interruption. 自己遮断信号源の構成を例示する回路図である。It is a circuit diagram which illustrates the composition of a self-cutting signal source. リセット回路の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of a reset circuit. 自己遮断信号源の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of a self interruption | blocking signal source. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 2nd Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 3rd Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 4th Embodiment. 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。It is a figure which shows the modification of the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 4th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 5th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 6th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 7th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 8th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 9th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 10th Embodiment. 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。It is a figure which shows the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of IC for ignition which concerns on 11th Embodiment. 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である。It is a figure which illustrates the ignition device of the internal combustion engine for motor vehicles containing the structural example of conventional IC for ignition. 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。It is a figure which shows the example of an operation waveform of ignition IC of the conventional internal combustion engine for motor vehicles.

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 ignition IC 2 according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the configuration of the self-cutoff circuit 21 is changed as compared with that shown in FIG. 19. In other words, the reference voltage circuit 215, the comparator 216, the NAND circuit 217, the resistors 218 and 219, and the Zener diode 220 are added to the self-cutoff circuit 21. Note that the power supply circuit 23 is a power supply for the drive circuit 22 and the self-cutoff circuit 21 as in the case shown in FIG.

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 reference voltage circuit 215 is connected to the inverting input terminal of the comparator 216, and the output terminal of the comparator 216 is connected to one input terminal of the NAND circuit 217. The other input terminal of the NAND circuit 217 is connected to the output terminal of the self-cutoff signal source 211, and the output terminal of the NAND circuit 217 is connected to the gate terminal of the transistor M3. The resistor 218 has one terminal connected to the C terminal of the ignition IC and the other terminal connected to one terminal of the resistor 219. The other terminal of the resistor 219 is connected to the E terminal of the ignition IC. A connection point between the resistor 218 and the resistor 219 is connected to a non-inverting input terminal of the comparator 216 and further connected to a cathode terminal of the Zener diode 220. The anode terminal of the Zener diode 220 is connected to the E terminal of the ignition IC.

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 resistors 218 and 219 connected in series constitute a voltage dividing circuit, for example, have the same resistance value, and output a voltage value (Vc / 2) that is 50% of the collector voltage Vc at the C terminal. The reference voltage circuit 215 outputs a predetermined reference voltage Vref. Thus, the resistors 218 and 219, the reference voltage circuit 215, the comparator 216, and the NAND circuit 217 constitute a voltage detection circuit for the collector voltage Vc. Here, the comparator 216 outputs a signal s2 (a signal of Vs2 = H level in FIG. 2) when the collector voltage Vc exceeds a predetermined value corresponding to the reference voltage Vref.

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 comparator 216 but is divided and detected by the resistors 218 and 219. The collector voltage Vc is higher than the withstand voltage of the comparator 216. This is so that the detection operation can be performed even in the event of a failure. The Zener diode 220 is provided for protecting the circuit of the comparator 216 and the like, and protects the circuit of the comparator 216 and the like even when the collector voltage Vc becomes higher than the withstand voltage of the comparator 216. The reverse withstand voltage of the Zener diode 220 is set such that the collector voltage Vc is larger than a predetermined value corresponding to the reference voltage Vref.

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-shutoff signal source 211 does not output the self-shutdown signal s1, that is, in a normal operation in which a signal of Vs1 = L level is output in FIG. 19 and the same operation as described with reference to FIG.

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-cutoff signal source 211 detects an abnormality in which the IGBT 24 is fixed in the ON state, and continuously outputs the self-cutoff signal s1 (in FIG. 2, a signal of Vs1 = H level is output). The operation when doing this will be described. In this case, immediately after the ON signal (Vin = H level signal) is input from the ECU 1, the same operation as the normal operation is performed. If the ON signal is continuously input, the collector current Ic eventually increases to a predetermined current value and is maintained at a constant value (for example, 17A), and the collector voltage Vc gradually increases accordingly. And become constant.

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-cutoff signal s 1 is output from the self-cutoff signal source 211, the L-level signal is input to the NAND circuit 221 through the inverter 212. Therefore, the NAND circuit 221 outputs an H level signal, turns off the transistor M1, and turns on the transistor M2. At this time, in the self-cutoff circuit 21, the self-cutoff signal source 211 outputs the H level signal Vs1, but since the collector voltage Vc has not reached the predetermined value corresponding to the reference voltage Vref, the transistor M3 is turned on. It remains. Since the transistors M2 and M3 are on, the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 is discharged through the transistors M2 and M3, and the gate voltage Vg of the IGBT 24 rapidly decreases, and accordingly, the collector voltage Vc. Rises rapidly.

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 comparator 216 outputs an H level signal Vs2, thereby turning off the transistor M3. Thereafter, the operation shifts to a gentle shut-off operation in which the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 is discharged through the resistor 213.

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 ignition IC 2, when the self shut-off circuit 21 detects an abnormality and performs self shut-off, first, the same quick shut-off as the normal shut-off is performed, and then when the collector voltage Vc exceeds a certain value, the soft shut-off is performed. Like to do. For this reason, since the delay time from the occurrence of abnormality to the start of the gentle shut-off is extremely short, heat generated in the IGBT 24 and the ignition coil 3 during that time can be suppressed.

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 IGBT 24 having a general output characteristic as a power semiconductor element of the ignition IC 2 are shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis indicates the collector current Ic and the horizontal axis indicates the collector voltage Vc, and shows the relationship between the collector current Ic and the collector voltage Vc when the gate voltage Vg is changed. FIG. 3 also shows the load line of the ignition coil 3. This load line is, for example, a load line when the power source 4 is 14 V and the resistance of the primary coil 31 is 0.7 ohm (Ω). The intersection of the load line and the current / voltage curve is the operating point of the IGBT 24. For example, when the gate voltage Vg is 5V, the collector current Ic is 17A and the collector voltage Vc is 2V. The operating point when the load is interrupted moves from the Vg = 5V to the gate threshold voltage of 2V in the lower right direction on the load line as Vg decreases.

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 IGBT 24 is operated by changing the gate voltage Vg, the time chart of FIG. 4 shows the image of the gate voltage Vg decreasing at a constant speed on the load line. The image of the gate voltage Vg decreasing at a constant speed corresponds to discharging the charge of the gate capacitance by the resistor 213 during self-shutoff as in the case of the circuit of FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents the gate voltage Vg and the collector current Ic, the horizontal axis represents time, the time change of the gate voltage Vg is indicated by a broken line, and the time change of the collector current is indicated by a solid line. According to FIG. 4, the collector current Ic decreases about 1 A from the time t1 to the time t2 when the self-shutoff starts, that is, until the gate voltage Vg decreases from 5V to 3.2V. Further, the collector current Ic is reduced by approximately 16 A from the time t2 to the time t3 when the gate voltage Vg is reduced from 3.2V to 2V.

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 spark plug 5 does not ignite at the time of self-shutoff. From time t1 to time t2, it takes 24 ms for the collector current Ic to decrease by 1 A, and from time t2 to time t3, it takes 16 ms for the collector current Ic to decrease by 16 A. That is, the rate of decrease in the collector current Ic from time t2 to time t3 substantially satisfies the above-mentioned conditions, but it takes too much time from time t1 to time t2. The time corresponds to the delay time shown in FIG. This means that the time required for the collector current Ic to decrease by 1 A can be shortened to approximately 1 ms.

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-cutoff signal source 211, the collector voltage Vc is rapidly cut off until the collector voltage Vc reaches the collector voltage threshold value Vcth. After the collector voltage threshold value Vcth is exceeded, a gentle shut-off is performed. For this purpose, the values of the resistors 218 and 219 that determine the voltage division of the collector voltage Vc and the reference voltage Vref are set so as to detect whether the collector voltage Vc exceeds or does not exceed the collector voltage threshold value Vcth. is there. That is, when the collector voltage Vc reaches the collector voltage threshold value Vcth, the voltage appearing at the connection point between the resistor 218 and the resistor 219 is set to the reference voltage Vref. This is because after setting the reference voltage Vref, that is, when the collector voltage Vc becomes the collector voltage threshold value Vcth, the voltage appearing at the connection point of the resistor 218 and the resistor 219 becomes the reference voltage Vref. A value of 219 may be set.

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 resistors 218 and 219 and the reference voltage Vref of the reference voltage circuit 215 are set so that the comparator 216 outputs the H level voltage Vs2 when the collector voltage Vc = 2.4V. In the above example, since the voltage dividing ratio is ½, the reference voltage Vref is about 1.2V.

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 comparator 216 does not malfunction due to the noise voltage. The reference voltage Vref is smaller than the voltage supplied from the power supply circuit 23.

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 IGBT 24 is turned on and reaches a pinch-off state where the collector current Ic is saturated, and the collector voltage starts to rise. This is also the control that starts the gentle shut-off.

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-cutoff signal source 211 includes a reset circuit 6 and a latch circuit 7. In the reset circuit 6, resistors 61 and 62 are connected in series between the IN terminal and the E terminal, and a common connection point of the resistors 61 and 62 is connected to one terminal of the resistor 65 via the inverters 63 and 64. ing. The other terminal of the resistor 65 is connected to one terminal of the capacitor 66, and the other terminal of the capacitor 66 is connected to the E terminal. The other terminal of the resistor 65 is also connected to the input terminal of the inverter 67, and the output terminal of the inverter 67 constitutes an output terminal that outputs the reset signal R of the reset circuit 6. As for the reset circuit 6, an ON signal (Vin = H level signal) input from the ECU 1 to the IN terminal is a power source for the inverters 63, 64, and 67.

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 latch circuit 7 includes four NOR circuits 71, 72, 73, and 74 and is configured to be supplied with power from the power supply circuit 23. Here, the NOR circuits 73 and 74 constitute an RS flip-flop circuit, and the NOR circuits 71 and 72 constitute a circuit that shapes the set signal of the RS flip-flop circuit. That is, the output terminal of the NOR circuit 73 is connected to one input terminal of the NOR circuit 74, the output terminal of the NOR circuit 74 is connected to one input terminal of the NOR circuit 73, and the other input terminal of the NOR circuit 74 is The output terminal of the reset circuit 6 is connected. The output terminal of the NOR circuit 74 is connected to the output terminal that outputs the self-cutoff signal s 1, and the other input terminal of the NOR circuit 73 is connected to the output terminal of the NOR circuit 72. One input terminal of the NOR circuit 72 is connected to the output terminal of the NOR circuit 71, and the other input terminal of the NOR circuit 72 is connected to a terminal to which the NOR circuit 74 inputs a reset signal. The NOR circuit 71 has input terminals 71a and 71b. Although not shown, a timer circuit and a temperature detection circuit are connected to the input terminals 71a and 71b. The timer circuit receives an H level signal when an ON signal (Vin = H level signal) input from the ECU 1 to the IN terminal is continuously input even after a predetermined time. In addition, an H level signal is input from the temperature detection circuit when the temperature of the IGBT 24 or the ignition IC 2 exceeds a predetermined temperature.

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-cutoff signal source 211 configured as described above, the reset circuit 6 outputs the reset signal R a predetermined time after the ON signal (Vin = H level signal) is input to the IN terminal. The operation of the reset circuit 6 when the on signal is input to the IN terminal and the voltage Vin rises is shown in FIG. In FIG. 6, the threshold voltages of the inverters 63, 64, and 67 are indicated by Vthinv, the resistance values of the resistors 61 and 62 are indicated by R61 and R62, and the output voltages of the inverters 63, 64, and 67 are indicated by Vout63, Vout64, and Vout67.

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 inverters 63, 64, and 67 output a voltage equal to the voltage Vin until time t12 when the ON signal is input at time t11 and the voltage Vin reaches the threshold voltage Vthinv of the inverters 63, 64, and 67. To do.

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 inverter 63 exceeds the threshold voltage Vthinv of the inverter 64. For this reason, only the output of the inverter 64 becomes Vout64 = L level (for example, 0 V).

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 inverter 64 becomes equal to the voltage Vin. However, it takes time until the input voltage of the inverter 67 reaches the threshold voltage Vthinv due to the time constant of the resistor 65 and the capacitor 66 arranged at the output of the inverter 64, and the output voltage Vout67 of the inverter 67 at the time t14 is L level (for example, , 0V). The delay time from time t13 to time t14 is, for example, about 10 μsec.

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 reset circuit 6 has, for example, a reset signal R (voltage Vr) having an ON width of 10 μsec every time an ON signal (Vin = H level signal) is input to the IN terminal. Is output to the latch circuit 7.

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 latch circuit 7 receives the reset signal R, the RS flip-flop circuit by the NOR circuits 73 and 74 is reset, and outputs an L-level self-blocking signal s1 (Vs1) to the output terminal. At this time, it is assumed that the input terminals 71a and 71b of the NOR circuit 71 receive L level signals representing normality from the timer circuit or the temperature detection circuit.

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 input terminals 71 a and 71 b of the NOR circuit 71, the signal is sent to the NOR circuit 73 via the NOR circuit 72. Is transmitted to. As a result, the RS flip-flop circuit by the NOR circuits 73 and 74 is set, and the latch circuit 7 outputs the H-level self-cutoff signal s1 (Vs1) to its output terminal.

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 ignition IC 2 according to the second embodiment is different from the ignition IC 2 according to the first embodiment in the detection circuit for the collector voltage Vc in the self-cutoff circuit 21. That is, in the self-cutoff circuit 21, a Zener diode 225 and a resistor 219 are connected in series between the C terminal and the E terminal. The connection point between the Zener diode 225 and the resistor 219 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 216 via the resistor 224, and the Zener diode 220 is connected between the non-inverting input terminal of the comparator 216 and the E terminal. .

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 Zener diode 225 can be set smaller than and near the collector voltage Vc to be detected via the reference voltage Vref. The Zener diode 220 protects the comparator 216 from a high voltage, and its reverse breakdown voltage is set sufficiently higher than the reference voltage Vref and sufficiently lower than the breakdown voltage of the comparator 216. The resistor 224 protects the Zener diode 220 from overcurrent.

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 ignition IC 2, when the collector voltage Vc rises and exceeds the reverse breakdown voltage of the Zener diode 225, a current flows through the resistor 219 and a voltage is generated at the resistor 219. This voltage is applied to the non-inverting input terminal of the comparator 216. Here, the resistor 219 also has a function of protecting the Zener diode 225 from overcurrent.

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 ignition IC 2 are the same except for the ignition IC 2 and the collector voltage Vc detection method shown in FIG. Also in the second embodiment, the collector voltage Vc to be detected is the collector voltage threshold value Vcth as described in the first embodiment.

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 Zener diode 225 becomes conductive and current starts to flow through the resistor 219. The current generates a voltage at the connection point between the Zener diode 225 and the resistor 219. The comparator 216 compares the generated voltage with the reference voltage Vref to detect that the collector voltage Vc exceeds the collector voltage threshold value Vcth.

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 Zener diode 225 can be set to the collector voltage Vc to be detected via the reference voltage Vref or the vicinity thereof, that is, the collector voltage threshold Vcth or the vicinity thereof.

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 comparator 216 when the reverse breakdown voltage of the Zener diode 225 is set to the collector voltage threshold value Vcth is as follows. That is, when the collector voltage Vc exceeds the collector voltage threshold value Vcth, the Zener diode 225 becomes conductive and current starts to flow through the resistor 219. Here, a voltage is generated across the resistor 219, and the voltage is applied to the non-inverting input terminal of the comparator 216. The reference voltage Vref can be set to a voltage generated at both ends of the resistor 219 or smaller than the voltage. For example, by doing so, the comparator 216 can detect when the collector voltage Vc exceeds the collector voltage threshold value Vcth. The value of the resistor 219 is desirably a high resistance so that even when a small current flows through the Zener diode 225, it can be detected. Note that the reference voltage Vref is desirably set sufficiently higher than the noise level so that the comparator 216 does not malfunction due to the noise voltage.

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 ignition IC 2 according to the third embodiment, the detection part of the collector voltage Vc in the self-cutoff circuit 21 is changed as compared with the ignition IC 2 according to the first embodiment. That is, the resistor 218 in the self-cut-off circuit 21 of the first embodiment is replaced with a DepMOSFET (hereinafter referred to as a Deption Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 226. The drain of the DepMOSFET 226 is connected to the collector of the IGBT 24. The gate of the DepMOSFET 226 is connected to the source of the DepMOSFET 226. The source of the DepMOSFET 226 is connected to one end of the resistor 219, and the other end of the resistor 219 is connected to the E terminal of the self-cutoff circuit 21 as in the case of the first embodiment.

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-cutoff circuit 21 will be described. In this circuit, the DepMOSFET 226 operates as a resistor. Therefore, the collector voltage Vc is divided by the ON resistance of the DepMOS 226 and the resistor 219, and a positive voltage is applied to the non-inverting input terminal of the comparator 216. For this reason, assuming that the resistor 218 of the first embodiment is replaced with the DepMOSFET 226, the basic operation is the same as that of the first embodiment. The point that the Zener diode 220 is used as an overvoltage protection element of the comparator 216 is the same as in the case of the first embodiment. Here, the difference from the case of the first embodiment is that the DepMOS 226 also performs overcurrent protection of the Zener diode 220. That is, as the collector voltage increases, the DepMOS 226 becomes saturated and a saturated drain current value (for example, 100 μA) of the DepMOS 226 flows, and the Zener diode 220 is protected from overcurrent.

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 ignition IC 2 according to the fourth embodiment, the ignition IC 2 according to the first embodiment detects the timing of the start of slow shutoff based on the collector voltage Vc, whereas the gate voltage of the IGBT 24 Detection is based on Vg. That is, according to the self-cutoff circuit 21 of the ignition IC 2, the resistors 218 and 219 connected in series are arranged between the gate terminal and the E terminal of the IGBT 24, and the common connection point of the resistors 218 and 219 is connected to the comparator. 216 is connected to the inverting input terminal. In the self-cutoff circuit 21, the output of the reference voltage circuit 215 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 216. Further, the Zener diode 220 for overvoltage protection of the comparator 216, which is necessary in the self-cut-off circuit 21 of the ignition IC 2 according to the first embodiment, is removed.

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 IGBT 24. That is, the description will be made using the gate voltage threshold Vgth described in the description of the first embodiment as follows.

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-shutdown signal source 211, the gate voltage Vg is reduced to the gate voltage threshold voltage Vgth until the gate voltage Vg falls to the gate voltage threshold value Vgth. After being below the threshold value Vgth, a gentle shut-off is performed. For this purpose, the values of the resistor 218 and the resistor 219 that determine the voltage division of the gate voltage Vg and the reference voltage Vref are set so as to detect whether the gate voltage Vg is below or below the gate voltage threshold value Vgth.

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-cutoff circuit 21, the gate voltage Vg of the IGBT 24 is divided by the resistors 218 and 219 and applied to the inverting input terminal of the comparator 216. When the gate voltage Vg becomes small and the voltage at the inverting input terminal of the comparator 216 becomes smaller than the reference voltage of the reference voltage circuit 215, the output signal s2 of the comparator 216 becomes H level, so that it is possible to start a gentle shut-off. . In the example shown in FIG. 4, when the gate voltage Vg drops from 5V to 3.2V, the logic output of the comparator 216 is inverted, the transistor M3 is turned off, and the gentle shutoff is started. Other operations of the ignition IC 2 are the same as those of the ignition IC 2 shown in FIG. That is, in FIG. 1, it can be understood that the detection operation using the collector voltage is replaced with the detection operation using the gate voltage Vg.

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 resistor 213 shown in FIG. 10 is eliminated, and the resistor 218 and the resistor 219 serve as a minute current circuit for flowing the minute current that the resistor 213 was responsible for. A combined resistance of the resistor 218 and the resistor 219 also serves as the resistor 213 in the fourth embodiment. With this configuration, the resistance can be reduced by one, and when this resistance is built into the chip of the ignition IC 2, the chip area can be reduced, resulting in a cost reduction.

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 ignition IC 2 according to the fifth embodiment, the ignition IC 2 according to the first embodiment detects the timing of the start of slow shut-off based on the collector voltage Vc, while the collector IC I Detect based on.

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 ignition IC 2, the IGBT 24 has a configuration in which a main element through which a main current flows and a current sense element that detects a current of the main element are connected, and collector terminals and gate terminals are connected to each other. ing. The emitter terminal of the main element of the IGBT 24 is connected to the E terminal, the emitter terminal of the current sensing element is connected to one terminal of the resistor 219, and the other terminal of the resistor 219 is connected to the E terminal. The connection point between the emitter terminal of the current sense element and the resistor 219 is connected to the inverting input terminal of the comparator 216, and the non-inverting input terminal of the comparator 216 is connected to the output of the reference voltage circuit 215 that generates the reference voltage Vref. Yes.

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-shutdown signal source 211, the collector current Ic is quickly shut off until the collector current Ic decreases and reaches the collector current threshold value Icth. After being below the threshold value Icth, a gentle shut-off is performed. Therefore, the value of the resistor 219 for detecting the emitter current Ise of the current sense element corresponding to the collector current Ic of the main element and the reference so as to detect whether the collector current Ic is less than or less than the collector current threshold Icth. The voltage Vref is set.

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-cutoff circuit 21, the current output from the emitter terminal of the current sense element of the IGBT 24 is converted into a voltage by the resistor 219 and applied to the inverting input terminal of the comparator 216. The voltage converted by the resistor 219 has a value proportional to the collector current Ic. For this reason, the self-blocking circuit 21 detects the timing of the gentle blocking start based on the collector current Ic of the IGBT 24.

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-cutoff circuit 21, when the collector current Ic becomes small and the voltage at the inverting input terminal of the comparator 216 becomes smaller than the reference voltage of the reference voltage circuit 215, the output signal s2 of the comparator 216 becomes H level and becomes slow. You will be able to start blocking. In the example shown in FIG. 4, when the collector current Ic decreases from the saturation current of 17A to 16A, the logic output of the comparator 216 is inverted, the transistor M3 is turned off, and the gentle cutoff is started. Other operations of the ignition IC 2 are the same as those of the ignition IC 2 shown in FIG.

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 ignition IC 2 according to the first embodiment, the ignition IC 2 according to the sixth embodiment defines an element that discharges the charge charged in the gate capacitor from the resistor 213 when the circuit is slowly shut off. The current source 227 is changed. Therefore, the ignition IC 2 operates in the same manner as the ignition IC 2 according to the first embodiment, except that the charge charged in the gate capacitance is discharged by the constant current source 227 at the time of slow interruption.

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 ignition IC 2 according to the seventh embodiment, the power supply circuit 23 and the B terminal are removed from the ignition IC 2 according to the first embodiment, and a diode 228 is newly added. The diode 228 has an anode terminal connected to the gate terminal of the IGBT 24 and a cathode terminal connected to the IN terminal. The IN terminal is also connected to the source terminal of the transistor M1 of the drive circuit 22. Although not shown, positive polarity of circuit elements such as the self-cutoff signal source 211, the reference voltage circuit 215, the comparator 216, the NAND circuits 217 and 221, and the inverter 212 used in the self-cutoff circuit 21 and the drive circuit 22 is not shown. Are also connected to the IN terminal. That is, the ignition IC 2 is based on a signal whose power is applied to the IN terminal. In an ignition IC called a one-chip igniter, a signal applied to the IN terminal in this way may be used as a power source.

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 ignition IC 2, when an ON signal (Vin = H level signal) is input to the IN terminal, the voltage applied to the IN terminal serving as the power source of the ignition IC is applied to the cathode of the diode 228. In addition, a voltage lower than that voltage is applied to the anode of the diode 228. In this case, the diode 228 does not particularly function, and the ignition IC 2 performs the same operation as the circuit according to the first embodiment.

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 ignition IC 2 becomes zero. When the power supply voltage becomes zero, the diode 228 rapidly discharges the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 to the IN terminal side. Accordingly, the ignition IC 2 operates in the same manner as the ignition IC 2 according to the first embodiment even if the power is taken from a signal applied to the IN terminal.

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 power supply circuit 23 and the B terminal are excluded from the ignition IC 2 described in the seventh embodiment and a diode 228 is newly added is not limited to the first embodiment but the second embodiment to the second embodiment. It can be applied to the sixth embodiment and has the same effect.

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 ignition IC 2 according to the eighth embodiment, a resistor 214 and a transistor M4 are newly added to the ignition IC 2 according to the first embodiment (the transistor M4 becomes conductive during normal operation, A first switch circuit that shuts off when an abnormality is detected). The resistor 214 has one terminal connected to the source terminal of the transistor M2, and the other terminal connected to the drain terminal of the transistor M3 (the resistor 214 and the transistor M3 constitute a second switch circuit). . The transistor M4 has a gate terminal connected to the output terminal of the inverter 212, a drain terminal of the transistor M4 connected to the source terminal of the transistor M2, and a source terminal of the transistor M4 connected to the emitter terminal of the ignition IC2.

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 ignition IC 2 according to the eighth embodiment, when a normal ON signal is input to the IN terminal and then an OFF signal (Vin = L level signal) is input to the IN terminal, the gate of the IGBT 24 The electric charge charged in the capacitor is rapidly discharged through the transistors M2 and M4.

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-interruption signal source 211 continuously outputs the self-interruption signal s1, the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 from the time t1 to the time t2 of the self-interruption start in FIG. And discharged through the resistor 214 and the transistor M3. This discharge time is adjusted by the resistance value of the resistor 214 so as to be longer than the quick shut-off time (eg, 10 μs) during normal operation and sufficiently shorter than the slow shut-off time (eg, 16 ms). From time t2 to time t3 in FIG. 4, as in the case of the first embodiment, the transistor M3 is turned off, and the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 is gradually increased by the resistor 213. It is discharged and slowly shuts off.

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 spark plug 5 when the discharge time of the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 is shorter. However, if the decrease rate of the gate voltage Vg of the IGBT 24 between the time t1 and the time t2 at the time of self-shutdown in FIG. 4 is too short with respect to the delay time of the circuit operation from the detection of the collector voltage Vc to the shutoff of the transistor M3. The IGBT 24 is completely shut off before shifting to the slow shut-off, and the spark plug 5 may misfire.

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 ignition IC 2 according to the first embodiment, the applied voltage of the spark plug 5 at the time of normal shut-off and the erroneous ignition of the spark plug 5 at the time of self-shutoff are in a contradictory relationship. In the ignition IC 2 according to the eighth embodiment, the time from the self-shutdown start time t1 to the time t2 in FIG. 4 is longer than the rapid shut-off time (eg, 10 μs) during normal operation by the resistor 214. , 100 μs. As a result, while the applied voltage of the spark plug 5 at the time of normal shut-off is increased, the applied voltage of the spark plug 5 at the time of self-shut-off is not increased so as to prevent erroneous ignition of the spark plug 5.

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 IGBT 24 during the normal shutdown of the ignition IC 2 described in the eighth embodiment, from the time t1 to the time t2 of the self-shutdown start in FIG. 4, and from the time t2 to the time t3. The mode of switching the path for discharging the electric charge charged to is not limited to the first embodiment, but can be applied to the second embodiment and the third embodiment, and the same effect is produced.

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 ignition IC 2 according to the ninth embodiment, the ignition IC 2 according to the eighth embodiment detects the start timing of the gentle shut-off based on the collector voltage Vc, whereas the gate voltage of the IGBT 24 Detection is based on Vg. That is, according to the self-cut-off circuit 21 of the ignition IC 2, the gate voltage Vg of the IGBT 24 is connected in series between the gate terminal and the E terminal of the IGBT 24, as in the fourth embodiment shown in FIG. These are detected by the resistors 218 and 219, and this is compared by the comparator 216 with the reference voltage Vref of the reference voltage circuit 215 corresponding to the gate voltage threshold value Vgth. Therefore, in this embodiment, the timing of the gentle interruption start is when the comparator 216 detects that the gate voltage Vg has dropped and the gate voltage Vg has fallen below the gate voltage threshold value Vgth.

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-cutoff signal source 211 continuously outputs the self-cutoff signal s1, the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 from the time t1 to the time t2 of the self-cutoff start in FIG. It is discharged through the transistor M2, the resistor 214, and the transistor M3. Then, the transistor M3 is turned off from the time t2 to the time t3 of the self-shutoff start in FIG.

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 ignition IC 2 according to the tenth embodiment, the ignition IC 2 according to the eighth embodiment detects the timing of the gentle cutoff based on the collector voltage Vc, while the collector IC I Detect based on. That is, according to the self-cutoff circuit 21 of the ignition IC 2, as in the fifth embodiment shown in FIG. 12, the collector current is detected by converting it into a voltage using the current sense element and the resistor 219. The comparator 216 compares with the reference voltage Vref of the reference voltage circuit 215 corresponding to the collector current threshold value Icth. Therefore, in this embodiment, the timing of the gentle shutoff start is when the collector current Ic has decreased and the comparator 216 has detected that the collector current Ic has fallen below the collector current threshold Icth.

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-cutoff signal source 211 continuously outputs the self-cutoff signal s1, the charge charged in the gate capacitance of the IGBT 24 from the time t1 to the time t2 of the self-cutoff start in FIG. It is discharged through the transistor M2, the resistor 214, and the transistor M3. Then, the transistor M3 is turned off from the time t2 to the time t3 of the self-shutoff start in FIG.

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 ignition IC 2 according to the eleventh embodiment, the drive circuit 22 is changed as compared with the ignition IC 2 according to the first embodiment. That is, in the drive circuit 22, the transistor M1 is changed from the p-type MOSFET to the n-type MOSFET transistor M1a, and an inverter 222 is further added between the output terminal of the NAND circuit 221 and the gate terminal of the transistor M1a. Yes. The drain terminal of the transistor M1a is connected to the output terminal of the power supply circuit 23. The source terminal of the transistor M1a is connected to the gate terminal of the IGBT 24 and the drain terminal of the transistor M2. The inverter 222 inverts the logical value of the output of the NAND circuit 221 and outputs the result.

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 ignition IC 2, when an ON signal is input to the IN terminal, the output of the NAND circuit 221 becomes L level, the output of the inverter 222 becomes H level, the transistor M1a is turned on, and the transistor M2 is turned off. Conversely, when an OFF signal is input to the IN terminal, the output of the NAND circuit 221 becomes H level, the output of the inverter 222 becomes L level, the transistor M1a is turned off, and the transistor M2 is turned on.

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 ignition IC 2 are the same as those of the ignition IC 2 shown in FIG.
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 IGBT 24 having the n-type semiconductor layer as a drift layer. An n-type source region and a p-type source region constituting an n-type MOSFET are formed on the surface layer of the p-type semiconductor region. A gate electrode is formed on the n-type semiconductor layer between the source region and the drain region via a gate insulating film.

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 ignition coil 4 power supply 5 spark plug 6 reset circuit 7 latch circuit 21 self-cutoff circuit 22 drive circuit 23 power supply circuit 24 IGBT
31 Primary coil 32 Secondary coil 61, 62 Resistor 63, 64 Inverter 65 Resistor 66 Capacitor 67 Inverter 71, 72, 73, 74 NOR circuit 71a, 71b Input terminal 211 Self shut-off signal source 212 Inverter 213, 214 Resistor 215 Reference voltage circuit 216 Comparator 217 NAND circuit 218,219 Resistor 220 Zener diode 221 NAND circuit 222 Inverter 224 Resistor 225 Zener diode 226 DepMOS
227 Constant current source 228 Diode M1, M1a, M2, M3, M4 transistor

Claims (19)

パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置であって、
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.
パワー半導体素子と、
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.
前記電圧検出回路は、抵抗を直列接続した分圧回路と、前記設定値の基準電圧を出力する基準電圧回路と、前記分圧回路の出力を前記基準電圧と比較するコンパレータと、前記異常検出回路が異常を検出していて前記コンパレータが前記基準電圧よりも高い前記分圧回路の出力を検出したときに前記スイッチ回路を遮断する論理回路とを有していることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   The voltage detection circuit includes a voltage dividing circuit in which resistors are connected in series, a reference voltage circuit that outputs a reference voltage of the set value, a comparator that compares an output of the voltage dividing circuit with the reference voltage, and the abnormality detection circuit 2. A logic circuit that shuts off the switch circuit when the comparator detects an abnormality and the comparator detects an output of the voltage dividing circuit higher than the reference voltage. 2. The semiconductor device according to 2. 前記電圧検出回路は、ダイオードおよび抵抗を直列接続した直列回路と、前記設定値の基準電圧を出力する基準電圧回路と、コレクタ電圧が前記ダイオードの耐圧を超えたときの前記直列回路の出力を前記基準電圧と比較するコンパレータと、前記異常検出回路が異常を検出していて前記コンパレータが前記基準電圧よりも高い前記直列回路の出力を検出したときに前記スイッチ回路を遮断する論理回路とを有していることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   The voltage detection circuit includes a series circuit in which a diode and a resistor are connected in series, a reference voltage circuit that outputs a reference voltage of the set value, and an output of the series circuit when a collector voltage exceeds the withstand voltage of the diode. A comparator that compares with a reference voltage; and a logic circuit that shuts off the switch circuit when the abnormality detection circuit detects an abnormality and the comparator detects an output of the series circuit higher than the reference voltage. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is provided. 前記微小電流回路は、前記パワー半導体素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された抵抗であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the minute current circuit is a resistor connected between a gate terminal and an emitter terminal of the power semiconductor element. 前記微小電流回路は、前記パワー半導体素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された定電流回路であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the minute current circuit is a constant current circuit connected between a gate terminal and an emitter terminal of the power semiconductor element. 前記ゲートプルアップ回路は、一端が電源回路に接続され、他端が前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記入力信号として前記パワー半導体素子をオンする信号が入力され、かつ、前記異常検出回路が異常を検出していないとき、前記電源回路から前記パワー半導体素子のゲート端子に通電するスイッチであることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   The gate pull-up circuit has one end connected to a power supply circuit, the other end connected to a gate terminal of the power semiconductor element, a signal for turning on the power semiconductor element is input as the input signal, and the abnormality detection 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the switch is a switch for energizing the gate terminal of the power semiconductor element from the power supply circuit when no abnormality is detected in the circuit. 前記ゲートプルアップ回路は、一端が前記入力信号の入力端子に接続され、他端が前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、前記入力信号として前記パワー半導体素子をオンする信号が入力され、かつ、前記異常検出回路が異常を検出していないとき、前記オン信号により前記パワー半導体素子のゲート端子が通電されるスイッチであり、前記スイッチの一端と他端とには、前記パワー半導体素子をオフする信号が入力されたときに前記パワー半導体素子のゲート端子をエミッタ端子に通電するダイオードが接続されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   The gate pull-up circuit has one end connected to the input terminal of the input signal, the other end connected to the gate terminal of the power semiconductor element, and a signal for turning on the power semiconductor element as the input signal; A switch that energizes the gate terminal of the power semiconductor element by the ON signal when the abnormality detection circuit does not detect abnormality, and the power semiconductor element is turned off at one end and the other end of the switch. 3. A semiconductor device according to claim 1, wherein a diode is connected to energize the gate terminal of the power semiconductor element to the emitter terminal when a signal to be input is input. 前記ゲートプルダウン回路は、一端が前記パワー半導体素子のゲート端子に接続され、他端が前記スイッチに接続され、前記入力信号として前記パワー半導体素子をオフする信号が入力され、または、前記異常検出回路が異常を検出しているとき、前記パワー半導体素子のゲート端子から前記スイッチに通電するトランジスタであることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   One end of the gate pull-down circuit is connected to the gate terminal of the power semiconductor element, the other end is connected to the switch, and a signal for turning off the power semiconductor element is input as the input signal, or the abnormality detection circuit 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor is a transistor that energizes the switch from the gate terminal of the power semiconductor element when an abnormality is detected. 4. パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置であって、
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.
前記電圧検出回路は、前記微小電流回路を兼ねることを特徴とする請求項10記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the voltage detection circuit also serves as the minute current circuit. パワー半導体素子と、
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.
前記電圧検出回路は、前記微小電流回路を兼ねることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 12, wherein the voltage detection circuit also serves as the minute current circuit. パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置であって、
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.
パワー半導体素子と、
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.
パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置であって、
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.
パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置であって、
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.
前記電圧検出回路は、前記微小電流回路を兼ねることを特徴とする請求項17記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 17, wherein the voltage detection circuit also serves as the minute current circuit. パワー半導体素子をスイッチング制御する半導体装置であって、
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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