JP2019214999A - 高電圧バッテリシステム用の点火制御システム - Google Patents

高電圧バッテリシステム用の点火制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】過酷な高電圧環境内で動作し、かつこれらの過酷な高電圧環境を管理するように構成された点火システムを提供する。【解決手段】実装形態では、回路は、点火回路１３０に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路１２０と、スイッチ回路とバッテリ端子との間に電気的に接続されたハイサイド経路制御回路Ｐ１と、スイッチ回路と接地端子との間に電気的に接続されたローサイド経路制御回路Ｐ２とを含む。回路は、点火回路に関連する異常状態を検出するように構成された制御回路１１０を含むことができ、制御回路は、検出した異常状態に応答してハイサイド経路制御回路を作動させるように構成する。【選択図】図３Ａ

Description

本明細書は、高電圧バッテリシステムで使用することができる点火回路に関する。
点火システムは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）装置、点火コイル等の多様な高電圧装置を使用することができる。状況によっては、点火システム内の１つ以上の構成要素の故障は、システムが実装されたシステム及び／又は車両の要素に対する破局的な損傷を引き起こし得る。例えば、短絡したＩＧＢＴは、対応する点火コイルに過負荷をかけ得る。点火コイルに対するこのような過負荷は、点火コイルに対する修復不能な損傷を生じさせることがあり、場合によっては、点火システムがエンジン火災を引き起こす結果になる（例えば、点火コイルが、過電流及び関連する点火コイル内の加熱の結果として燃焼する）。点火システムの故障及び点火システムに対する損傷の可能性は、例えば、高電圧バッテリを使用するとき、増大し得る。
実装形態では、回路は、点火回路に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路と、スイッチ回路とバッテリ端子との間に電気的に接続されたハイサイド経路制御回路と、スイッチ回路と接地端子との間に電気的に接続されたローサイド経路制御回路とを含むことができる。回路は、点火回路に関連する異常状態を検出するように構成された制御回路を含むことができ、制御回路は、検出した異常状態に応答してハイサイド経路制御回路を作動させるように構成することができる。
別の実装形態では、回路は、点火回路に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路と、スイッチ回路とバッテリ端子との間に電気的に接続されたハイサイド経路制御回路と、スイッチ回路と接地端子との間に電気的に接続されたローサイド経路制御回路とを含むことができる。回路は、点火回路に関連する過滞留時間状態を検出するように構成された制御回路であって、制御回路は、点火回路からのエネルギーがスイッチ回路を介して散逸されるように、過滞留時間状態に応答してローサイド経路制御回路の動作を停止させるように構成された、制御回路、も含むことができる。
更に別の実装形態では、回路は、点火回路に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路と、ハイサイド経路制御回路であって、ハイサイド経路制御回路が作動するとスイッチ回路、バッテリ端子、及び点火回路と電気的に接続されるように構成された端子を含むループ状経路を画成する、ハイサイド経路制御回路と、を含むことができる。回路は、ローサイド経路制御回路であって、ローサイド経路制御回路が作動するとスイッチ回路、第１の点火回路端子、第２の点火回路端子、及び接地端子を含む接地経路を画成する、ローサイド経路制御回路、を含むことができる。第１の点火回路端子及び第２の点火回路端子は、点火回路と電気的に接続されるように構成することができる。回路は、点火回路に関連する過電流状態を検出するように構成された制御回路であって、制御回路は、検出した過電流状態に応答してループ状経路と接地経路との間の揺動をトリガするように構成された、制御回路、を含むことができる。
点火回路、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、及び点火制御回路を含む点火システムを図示する図である。
ソフトシャットダウン（ＳＳＤ）保護モード中の、図１に示す点火制御回路の動作を図示する図である。 ソフトシャットダウン（ＳＳＤ）保護モード中の、図１に示す点火制御回路の動作を図示する図である。
電流制限保護モード中の、本明細書に記載の経路制御回路によって画成される経路を図示する図である。 電流制限保護モード中の、本明細書に記載の経路制御回路によって画成される経路を図示する図である。
図１に図示する点火システムの例示的な実装形態を図示するブロック図である。
図１及び図４に示す制御回路の例示的な実装形態を図示する図である。
点火制御回路を使用してソフトシャットダウン保護モードを実装する方法を図示する流れ図である。
点火制御回路を使用して電流制限保護モードを実装する方法を図示する流れ図である。
併せて、点火システムの電流制限保護動作を図示する図である。 併せて、点火システムの電流制限保護動作を図示する図である。
併せて、点火システムの電流制限及びソフトシャットダウン保護動作を図示する図である。 併せて、点火システムの電流制限及びソフトシャットダウン保護動作を図示する図である。
図面において、類似の素子は、類似の参照番号によって参照される。
本明細書に記載の点火システムのような誘導放電点火システムは、内燃機関のシリンダ内の混合気に点火するために使用することができる。点火システムは、比較的過酷な環境内で動作することがあり、したがって、これらの動作条件及びシステム故障を引き起こす可能性がある他の要因の結果として、故障に陥ることがある。これらの点火システムは、比較的高電圧（例えば４００Ｖ以上）で動作するように構成された装置を含むことがあり、装置は、例えば点火コイルドライバとして、及び点火コイルドライバのための保護回路として使用することができる。本明細書に記載の点火システムは、これらの過酷な高電圧環境内で動作し、かつこれらの過酷な高電圧環境を管理するように構成することができる。
例えば、本明細書に記載の点火システムは、異常状態（異常モード又は故障モードと称されることもある）に応答して点火コイル及び点火／バッテリシステムを保護するために点火システムが使用されるとき、相当の電力を散逸させるように構成することができる。具体的な例として、異常状態を検出したことに応答して、本明細書に記載の点火システムは、保護モード（例えば、保護戦略）を作動させるように構成することができ、保護モードとしては、電流制限保護モード又はソフトシャットダウン保護モードが挙げられる。電流制限保護モード又はソフトシャットダウン保護モードの間、本明細書に記載の点火システムによって有意レベルの電力を管理することができる。
本明細書に記載の点火システムは、異常状態に応答して低電力で保護モードを管理するように構成された回路を含むことができる。本明細書に記載の点火システムは、公知の点火システムより広い範囲の動作条件を有する幅広い用途に使用することができるので、保護モードの低電力管理は、特に有利であり得る。例えば、本明細書に記載の点火システムは、低電圧又は高電圧バッテリ用途に使用される点火システム内の電力を管理するように構成することができる。本明細書に記載の低電力管理モードがなければ、保護中の電力散逸レベルは、比較的低電圧のバッテリシステム（例えば、１４Ｖバッテリシステム）においてさえ問題となり得る。本明細書に記載の点火システムは、比較的高電圧のバッテリシステム（例えば、２４Ｖバッテリシステム、３６Ｖバッテリシステム、４８Ｖバッテリシステム）においてさえ、保護モードの作動中の電力散逸を管理するように構成することができる。その上、本明細書に記載の点火システムは、保護モードの作動中、ジャンプスタート、ロードダンプ等の間に発生するバッテリ電圧のスパイク（例えば、１４Ｖから２４Ｖから４８Ｖまでのバッテリ電圧スパイク）に応答して電力散逸を管理するように構成することができる。保護モード中の低電力管理がなければ、比較的高電圧のバッテリシステム用途における保護中の電力散逸は、例えば、比較的低電圧のバッテリ用途における電力散逸の２倍超（例えば、３倍、５倍、１０倍）になることがある。
図１は、点火回路１３０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１４０、及び点火制御回路１５０を含む点火システム１００を図示する図である。点火コイル１３０は、少なくとも点火コイル１３２及びスパークプラグＳＰを含むことができる。ＥＣＵ１４０は、点火制御システム１５０と通信して点火回路１３０内の点火コイル１３２の充電を制御するように構成することができる。点火回路１３０は、点火回路端子ＩＣＴ１、ＩＣＴ２を介して点火制御システム１５０に電気的に接続されている。
図１に示すように、点火制御システム１５０は、制御回路１１０、スイッチ回路１２０、ハイサイド経路制御回路Ｐ１、及びローサイド経路制御回路Ｐ２を含む。ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２は、総称して経路制御回路Ｐと称されることがある。スイッチ回路１２０は、スイッチ装置ＳＷを含み、スイッチ装置ＳＷは、点火回路端子ＩＣＴ２を介して点火回路１３０（及び点火コイル１３２）に電気的に接続することができる。制御回路１１０は、ＥＣＵ１４０とインターフェース接続するように構成されている。スイッチ装置ＳＷは、トランジスタ装置（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）装置）であってもよく、又はそれを含んでもよい。
経路制御回路Ｐは、点火制御システム１５０内の様々な経路に沿ってエネルギー（例えば、電流）を制御するように構成されている。いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２は、点火制御回路１５０内で点火回路１３０からのエネルギーのルーティングを制御するように構成されている。
図１に示すように、ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、バッテリ端子ＶＢＡＴとスイッチ回路１２０との間に電気的に接続されている。本実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、バッテリ端子ＶＢＡＴと直接接続されている。換言すれば、バッテリ端子ＶＢＡＴとハイサイド経路制御回路Ｐ１との間に他の回路素子は電気的に接続されていない（例えば、排除されている）。本実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、点火コイル１３２及びスイッチ装置ＳＷと並列である。ハイサイド経路制御回路Ｐ１はまた、バッテリ端子ＶＢＡＴとローサイド経路制御回路Ｐ２との間に電気的に接続されている。本実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、ローサイド経路制御回路Ｐ２と直接に接続されている。換言すれば、ハイサイド経路制御回路Ｐ１とローサイド経路制御回路Ｐ２との間に他の回路素子は電気的に接続されていない（例えば、排除されている）。ローサイド経路制御回路Ｐ２は、スイッチ回路１２０（及びスイッチ装置ＳＷ）と接地端子ＧＴとの間に電気的に接続されている。ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２は、制御回路１１０によって制御することができる。
ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、ハイサイド経路制御回路Ｐ１のローサイド経路制御回路Ｐ２に対する相対的な配向のため、ハイサイド装置と称されることがある。ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、ローサイド経路制御回路Ｐ２のハイサイドに結合されている。ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、ローサイド経路制御回路Ｐ２と共に相補的な対として機能することができる。
ハイサイド経路制御回路Ｐ１、ローサイド経路制御回路Ｐ２、及び／又はスイッチ装置ＳＷ等の回路の作動は、例えば、エネルギーが回路の一方側から回路の他方側に回路を横切って流れ得るように、作動状態又はオン状態に変更すること、回路をオンにする又は短絡させることを含む。回路の非作動は、例えば、エネルギーが回路の一方側から回路の他方側に流れない（例えば、制限され得る）ように、非活性状態又はオフ状態に変更すること、回路によってオフにする又は遮断することを含む。
制御回路１１０は、通常動作時には、ローサイド経路制御回路Ｐ２及びスイッチ装置ＳＷを作動させることによって、バッテリ端子ＶＢＡＴに結合されたバッテリ（例えば４８Ｖの高電圧バッテリ）を使用して点火コイル１３２の充電をトリガするように構成されている。いくつかの実装形態では、制御回路１１０によってスイッチ装置ＳＷが作動する前に、制御回路１１０によってローサイド経路制御回路Ｐ２を作動させることができる。
スパークプラグＳＰによって火花を生成するとき、スイッチ装置ＳＷは、制御回路１１０によって迅速にオフにすることができる一方、ローサイド経路制御回路Ｐ２は、制御回路１１０によって作動状態に維持される。いくつかの実装形態では、スパークプラグＳＰによって火花を生成するとき、スイッチ装置ＳＷは、制御回路１１０によって迅速にオフにすることができる一方、ローサイド経路制御回路Ｐ２は、制御回路１１０によって遅延時間付きでオフにされる。火花生成中に、ハイサイド経路制御回路Ｐ１は、非作動状態にとどまるように制御回路１１０によって制御することができる。ＥＣＵ１４０は、制御回路１１０を介して、火花の生成のタイミングをトリガするように構成することができる。
いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２は、異常状態（例えば、故障）の検出に応答して点火回路１３０からエネルギーを制御（例えば、管理）するように構成されている。ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２は、点火回路１３０内の構成要素が保護されるように、異常状態に応答してエネルギーを点火回路１３０から点火制御回路１５０内にルーティングするように制御回路１１０によって制御することができる。具体的には、制御回路１１０は、点火システム１００内の構成要素（例えば、スイッチ装置ＳＷ）が保護されるように、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２を保護モード内で使用するように構成することができる。
制御回路１１０は、異なる保護モード中に様々な種類の異常状態を検出したことに応答して経路制御回路Ｐを制御するように構成することができる。異常状態としては、例えば、短絡状態（短絡故障と称されることもある）、過電流状態（電流制限故障と称されることがある）、過滞留時間状態（滞留時間故障と称されることがある）、過電圧状態、過温度状態等が挙げられる。
短絡条件は、例えば、点火コイル１３２及び／又はスイッチ装置ＳＷを短絡した場合に発生し得る。過電流状態は、例えば、点火コイル１３２を通る電流（例えば、一次電流）が電流制限閾値（例えば、１０Ａ、１５Ａ、２０Ａ）を超えたときに発生し得る。一次電流に関する更なる詳細は、少なくとも図４に関連して記載されている。過滞留時間状態は、例えば、点火コイル１３２が充電される期間が滞留期間閾値（例えば、最大滞留時間又は滞留時間限界値）を超えたときに発生し得る。過滞留時間状態は、例えば、欠陥のあるＥＣＵ１４０、制御回路１１０に短絡したコマンド信号ライン、及び／又はバッテリ端子ＶＢＡＴに結合されたバッテリ（例えば、ＶＢＡＴに短絡したＴ１若しくはＴ３）によって引き起こされ得る。
いくつかの実装形態では、一次電流の変動（例えば、不良点火コイル１３２、過滞留時間状態、又は高いバッテリ電圧過渡現象）は、このような点火回路１３０内の構成要素の劣化を示すことがあり、これは、所望の電流限界値を上回る電流（過電流）をもたらすことがあるか、又はエネルギーが点火コイル１３２内で不必要に散逸されていることを示すことがある。このような過電流又は不要な（若しくは望ましくない）エネルギー散逸は、点火コイル１３２の充放電を制御するスイッチとして使用される点火コイル１３２（例えば、一次巻線）及び／又はスイッチ装置ＳＷに対する損傷を引き起こし得る。このような損傷又は異常状態（例えば、故障状態）は、点火システム１００を正常に機能させないことがあり、かつ／又は火災等の危険状態をもたらし得る。したがって、点火制御回路１５０によって実装される電流制限保護は、クリティカルであり得る。
短絡状態に応答して、制御回路１１０によってローサイド経路制御回路Ｐ２の動作を停止させて点火システム１００を保護することができる。いくつかの実装形態では、短絡状態に応答して、ローサイド経路制御回路Ｐ１に加えて、スイッチ装置ＳＷ及び／又はハイサイド経路制御回路Ｐ２の動作を停止させることができる。例えば、いくつかの実装形態では、短絡状態に応答して、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の両方の動作を停止させて点火システム１００を保護することができる。いくつかの実装形態では、短絡状態に応答して、スイッチ装置ＳＷ及びローサイド経路制御回路Ｐ２の両方の動作を停止させて点火システム１００を保護することができる。いくつかの実装形態では、短絡状態に応答して、スイッチ装置ＳＷ、ハイサイド経路制御回路Ｐ１、及びローサイド経路制御回路Ｐ２の動作を停止させて点火システム１００を保護することができる。このような実装形態では、ローサイド経路制御回路Ｐ２は、点火システム１００（及び点火制御回路１５０）のためのヒューズ（例えば、固体ヒューズ）として機能することができる。
過滞留時間状態に応答して、制御回路１１０によってソフトシャットダウン（SSD）保護モードを作動させることができる。ＳＳＤ保護モード中、ローサイド経路制御回路Ｐ２は、制御回路１１０によって動作を停止させることができ、スイッチ装置ＳＷを使用して点火コイル１３２内に蓄えられたエネルギーを散逸させることができる。いくつかの実装形態では、ＳＳＤ保護モード中、スイッチ装置ＳＷを例えば線形モードで制御して、点火コイル１３２内に蓄えられたエネルギーを散逸させることができる。ＳＳＤ保護モード中に散逸されるエネルギーのレベルは、エネルギーの散逸中にスイッチ装置ＳＷを使用してローサイド経路制御回路Ｐ２の動作を停止させることによって、スイッチ装置ＳＷを介して望ましい様式で管理することができる。これによって、スイッチ装置ＳＷを損傷することなく望ましい様式でスイッチ装置ＳＷを保護することができる。
スイッチ装置ＳＷ及び／又はハイサイド経路制御回路Ｐ１を制御することによって、点火コイル１３２からの電力散逸は、ＳＳＤ保護モード中、制御回路１１０によって制御することができる。いくつかの実装形態では、制御回路１１０は、点火コイル１３２を通る電流を調節（例えば、制御）することができる。具体的には、制御回路１１０は、予め定義されたプロファイルで電力散逸を制御することができる。いくつかの実装形態では、制御回路１１０は、点火コイル１３２を通る電流のスルーレートを調節（例えば、制御）することができる。その上、制御回路１１０は、バッテリ端子ＶＢＡＴに電気的に接続されたバッテリの電圧から独立して、点火コイル１３２を通る電流を調節（例えば制御）することができる。
図２Ａ及び２Ｂは、ＳＳＤ保護モード中の点火制御回路１５０の動作を図示する図である。図２Ａに示すように、ローサイド経路制御回路Ｐ２の動作は停止され（破線で表されている）、点火コイル１３２からの電流Ｉは、ＳＳＤ保護モード中、スイッチ装置ＳＷを挟んで散逸される。図２Ｂに示すように、ＳＳＤ保護モード中電流Ｉがスイッチ装置ＳＷを挟んで（例えば、挟んでのみ）散逸されるように、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の両方の動作を停止させることができる。図２Ａ及び２Ｂの両方に示すように、スイッチ装置ＳＷを介して散逸されるエネルギー（例えば、電力、電流）に対して比較的少量のエネルギー（例えば、電力、電流）を、ハイサイド経路制御回路Ｐ１を挟んで散逸させることができる。図２Ｂにおいて、エネルギー（例えば、電力、電流）は、ハイサイド経路制御回路Ｐ１に含まれるボディダイオードを挟んで散逸させることができる。いくつかの実装形態では、ＳＳＤ保護モードは、望ましくない火花を防止するために実装することができる。
図１を再び参照すると、過電流状態に応答して、制御回路１１０によって電流制限保護モードを作動させることができる。電流制限保護モード中、制御回路１１０は、ハイサイド経路制御回路Ｐ１の作動とローサイド経路制御回路Ｐ２の作動との間で切り替える（例えば、揺動する、交互に行う）ように構成することができる。ハイサイド経路制御回路Ｐ１の作動とローサイド経路制御回路Ｐ２の作動との切り替えは、交互に（例えば、相補的に）実行することができる。切り替えは、点火コイル１３２を通る電流を所定の電流限界値に維持するように実行することができる。
いくつかの実装形態では、本明細書に記載の電流制限保護は、一次巻線が満充電され（充電飽和と称されることがある）、かつ／又は点火コイル１３２の磁心が磁気飽和したときに、点火コイル１３２（及び関連するスイッチ装置ＳＷ）の一次巻線を通る電流を引き込み続けた結果として引き起こされる損傷又は危険状態を防止することができる。本明細書に記載の電流制限保護モードは、スイッチ装置ＳＷを保護することもできる。
いくつかの実装形態では、制御回路１１０は、電流制限保護モードにあるとき、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ超の周波数で（例えば、１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ））でハイサイド経路制御回路Ｐ１とローサイド経路制御回路Ｐ２との間で切り替える（例えば、交互に切り替える）ように構成することができる。換言すれば、制御回路１１０は、電流制限保護モードにあるとき、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ超の周波数で（例えば、１０〜２０ｋＨｚ））でハイサイド経路制御回路Ｐ１及び／又はローサイド経路制御回路Ｐ２の動作をトリガするように構成することができる。いくつかの実装形態では、周波数は、点火コイル１３２を通る電流に基づいて動的に調節することができる。いくつかの実装形態では、周波数は、予め定義された周波数とすることができる。
いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の作動／非作動のタイミング比（例えば、デューティ比）は、（例えば、電流制限保護モード中に）点火コイル１３２を通る電流に基づいて予め定義することができる。いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の作動／非作動のタイミング比（例えば、デューティ比）は、（例えば、電流制限保護モード中に）点火コイル１３２を通る電流に基づいて動的に（例えば周期的に）調節することができる。いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の作動／非作動のタイミング比（例えば、デューティ比）は、点火コイル１３２を通る電流に基づいて増減させることができる。例えば、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の作動の持続時間（例えば、期間）は、点火コイル１３２を通る電流に基づいてハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の非作動の持続時間より長くてもよい。別の例として、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の作動の持続時間は、点火コイル１３２を通る電流に基づいてハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の非作動の持続時間より短くてもよい。
図３Ａ及び３Ｂは、電流制限保護モード中の、経路制御回路Ｐによって画成される経路を図示する図である。具体的には、図３Ａは、ループ状経路（ループ状経路構成と称されることがある）を図示し、図３Ｂは、接地経路（接地経路構成と称されることがある）を図示する。上述の切り替え（交互の切り替え）は、電流制限保護モード中の図３Ａに示すループ状経路と図３Ｂに示す接地経路との間の切り替えであってもよい。
ループ状経路構成では、点火コイル１３２は放電してもよく（導通損失が小さい）、接地経路構成では、点火コイル１３２は充電してもよい（例えば、バッテリ端子ＶＢＡＴに電気的に接続されたバッテリを介して充電する）。したがって、これらの経路構成の間で切り替えることによって、点火コイル１３２を流れる電流は、所定の電流限界値に限定又は維持され得る。充電（接地経路）と放電（ループ状経路）との間で切り替えることによって、電流は、電流設定点のあたりに（又は電流限界値未満に）比較的密な範囲内に維持することができる。充電（接地経路）と放電（ループ状経路）の間で切り替えるとき、電流は、電流設定点のあたり（又は電流制限未満）の範囲内で揺動することができる。いくつかの実装形態では、ループ状経路と接地経路との間で切り替えるとき、何らかの伝導損失が生じることがある。相対的に高い周波数（例えば、１ｋＨｚ超）での切り替えは、電流制限設定点の周りに密な範囲を維持するのを助けることができる。
図３Ａに示すように、（点火制御回路１１０によって）ハイサイド経路制御回路Ｐ１が作動し、ローサイド経路制御回路Ｐ２の動作が停止すると、ループ状経路（破線で示される電流の方向を有する）が画成される。ループ状経路は、バッテリ端子ＶＢＡＴ、点火回路端子ＩＣＴ１、ＩＣＴ２（並びに点火回路１３０及び点火コイル１３２）、スイッチ回路１２０（及びスイッチ装置ＳＷ）、並びにハイサイド経路制御回路Ｐ１を含む。ループ状経路は、順番に、バッテリ端子ＶＢＡＴ、点火回路端子ＩＣＴ１、ＩＣＴ２（並びに点火回路１３０及び点火コイル１３２）、スイッチ回路１２０（及びスイッチ装置ＳＷ）、並びにハイサイド経路制御回路Ｐ１を含むことができる。ループ状経路構成では、ローサイド経路制御回路Ｐ２は迂回される。ループ状経路は、接地端子ＧＴも排除する。いくつかの実装形態では、ループ状経路構成において、スイッチ装置ＳＷは、飽和モード又は状態にあってもよい。
図３Ｂに示すように、（点火制御回路１１０によって）ハイサイド経路制御回路Ｐ１の動作が停止し、ローサイド経路制御回路Ｐ２が作動すると、接地経路（破線で示される電流の方向を有する）が画成される。接地経路は、バッテリ端子ＶＢＡＴ、点火回路端子ＩＣＴ１、ＩＣＴ２（並びに点火回路１３０及び点火コイル１３２）、スイッチ回路１２０（及びスイッチ装置ＳＷ）、ローサイド経路制御回路Ｐ２、並びに接地端子ＧＴを含む。接地経路は、順番に、バッテリ端子ＶＢＡＴ、点火回路端子ＩＣＴ１、ＩＣＴ２（並びに点火回路１３０及び点火コイル１３２）、スイッチ回路１２０（及びスイッチ装置ＳＷ）、ローサイド経路制御回路Ｐ２、並びに接地端子ＧＴを含むことができる。接地経路構成では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１は迂回される。いくつかの実装形態では、接地経路構成において、スイッチ装置ＳＷは、飽和モード又は状態にあってもよい。
いくつかの実装形態では、接地経路構成とループ状経路との間の切り替えは、対称的なタイミング（例えば、均等のタイミング）で実行することができる。例えば、接地経路とループ状経路との間で交互に切り替えることは、サイクル中、対称的なタイミングで実行することができる（例えば、接地経路とループ状経路について同じ期間）。いくつかの実装形態では、接地経路構成とループ状経路との間の切り替えは、非対称的なタイミング（例えば、不均等のタイミング）で実行することができる。例えば、接地経路とループ状経路との間で交互に切り替えることは、サイクル中、非対称的なタイミングで実行することができる（例えば、ループ状経路より長い期間の接地経路使用）。いくつかの実装形態では、接地経路とループ状経路との間の切り替えの対称的又は非対称的な取り扱いは、経路の各々に含まれる素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ装置のサイズ、バッテリ電圧、及び／又は点火コイル１３２の一次インダクタンス）に依存してもよい。換言すれば、いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２の作動／非作動のタイミング比（例えば、デューティ比）は、非対称とすることができる。例えば、ハイサイド経路制御回路Ｐ１の作動の持続時間は、点火コイル１３２を通る電流に基づいてローサイド経路制御回路Ｐ２の作動の持続時間より長くてもよい。このような状況で、ハイサイド経路制御回路Ｐ１の非作動の持続時間は、ローサイド経路制御回路Ｐ２の非作動の持続時間より短くてもよい。別の例として、ハイサイド経路制御回路Ｐ１の作動の持続時間は、点火コイル１３２を通る電流に基づいてローサイド経路制御回路Ｐ２の作動の持続時間より短くてもよい。このような状況で、ハイサイド経路制御回路Ｐ１の非作動の持続時間は、ローサイド経路制御回路Ｐ２の非作動の持続時間より長くてもよい。
図１を再び参照すると、いくつかの実装形態では、点火制御回路１５０が電流制限保護モードを実装している間に、スパークプラグＳＰ内の火花をトリガすることができる。例えば、電流制限保護モードにある間に滞留時間が終了する（ただし、滞留時間限界値を超えない）場合、点火制御回路１５０は、スイッチ装置ＳＷを使用して火花をトリガすることができる。このような実装形態では、火花がトリガされるとき（例えば、その前に）、電流制限保護モードを終わらせることができる。
いくつかの実装形態では、制御回路は、ＳＳＤ保護モードと電流制限保護モードとの間で（例えば、電流制限モードからＳＳＤ保護モードに）切り替えるように構成することができる。例えば、電流制限保護モードの実装中に滞留時間限界値を超えた場合、点火制御回路１５０は、ＳＳＤ保護モードを実装する（例えば、実装を開始する）ように構成することができる。
図４は、図１に図示する点火システム１００の例示的な実装形態を図示するブロック図である。図４に示すように、点火システム１００は、点火回路１３０と、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１４０と、点火制御回路１５０とを含む。
スイッチ回路１２０は、スイッチ装置（例えば、スイッチ装置ＳＷ）としてＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１を含む。ＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１は高い入力インピーダンス、低い導通損失、比較的高速な切り替え速度、及び／又はロバスト性を有することができるため、ＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１は、ＥＣＵ１４０及び集積回路（IC）と良好に動作することができ、集積回路は、相補型金属酸化物半導体プロセスを使用して実装されることが多い。スイッチ回路１２０はまた、抵抗−ダイオードネットワーク（ネットワーク）Ｒ１を含む。いくつかの実装形態では、抵抗−ダイオードネットワークＲ１を排除することができる。ネットワークＲ１、具体的にはＩＣＴ２とＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１ゲート端子との間のツェナーダイオードは、点火制御回路１５０のための高電圧クランプを画成するように構成することができる。
図４に示すように、点火回路１３０は、点火コイル１３２（例えば、磁心トランス）及びスパークプラグＳＰを含む。図４の実装形態では、点火コイル１３２の二次巻線に接続された高電圧ダイオードＤ１を含む点火回路１３０が図示されている。ダイオードＤ１は、点火コイル１３２の充電期間（滞留時間又は滞留期間）の初期に、点火コイル１３２の二次巻線における過渡電圧スパイクを抑制するために使用することができる。いくつかの実装形態では、ダイオードＤ１は省略することができ、かつ／又は他の過渡抑制アプローチを使用することができる。
本実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１はトランジスタ装置Ｍ１であり、ローサイド経路制御回路Ｐ２はトランジスタ装置Ｍ２である。具体的には、本実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１はＮ型ＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）装置Ｍ１であり、ローサイド経路制御回路Ｐ２はＮＭＯＳ装置Ｍ２である。いくつかの実装形態では、ハイサイド経路制御回路Ｐ１はダイオードであるか、又はダイオードを含むことができる。
いくつかの実装形態では、トランジスタ装置Ｍ１及びトランジスタ装置Ｍ２は、同じサイズ（例えば、同じ幅及び／又は同じ長さ）とすることができる。いくつかの実装形態では、トランジスタ装置Ｍ１及びトランジスタ装置Ｍ２は、異なるサイズ（例えば、異なる幅及び／又は異なる長さ）とすることができる。
図４に示すように、制御回路１１０（例えば、制御集積回路（ＩＣ））は、複数の端子を含む。例えば、本実装形態の制御用ＩＣ１１０は、端子Ｔ１〜Ｔ６を含む。これらの端末Ｔ１〜Ｔ６は、それぞれ単一の端子であってもよく、又は特定の実装形態及び／若しくは特定の端子に応じてそれぞれ複数の端子を含んでもよい。例えば、制御回路１１０において、端子Ｔ１は、ＥＣＵ１４０に信号を送受信するようにエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１４０に結合された複数の端子を含んでもよい。ＥＣＵ１４０は、点火コイル１３２の充電及びスパークプラグＳＰの着火を制御するために使用される端子Ｔ１を介して（例えば、端子Ｔ１の複数の端子のうちの第１の端子で）、回路ＩＣ１１０に信号（複数可）を伝達してもよい（例えば、点火コイル１３２に蓄えられたエネルギーを使用して点火コイル１３２を充電した後に）。
実装形態では、端子Ｔ１は、本明細書に記載のものなどの異常状態の発生を示す１つ以上の信号を点火制御回路１５０からＥＣＵ１４０に伝達するために、かつ／又は点火制御回路１５０が正常若しくは期待どおりに動作していることを示すために、使用することができる。いくつかの実装形態では、端子Ｔ１は、本明細書に記載の信号などの信号を送受信するように構成された単一の双方向端子とすることができる。
図４において、制御回路１１０の端子Ｔ２は、点火制御回路１５０が実装されたバッテリ（例えば、車両のバッテリ）等からバッテリ電圧（Ｖｂａｔ）ＶＢＡＴを受け取る電源端子とすることができる。制御回路１１０において、端子Ｔ３は、ＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１のゲートを制御する（例えば、駆動する、トリガする）信号を提供するために（例えば、点火コイル１３２の充電及びスパークプラグＳＰの着火を制御するために）、使用されてもよい。
図４に示すように、スイッチ回路Ｓ４を使用して、バッテリ電圧ＶＢＡＴと電気的接地との間で切り替えることができる。同様に、スイッチ回路Ｓ３を使用して、ダイオードＤ１を点火コイル１３２の充電／放電回路に出し入れすることができる（例えば、ダイオードを充電／放電回路から取り外すために）。スイッチ回路Ｓ３及びＳ４を使用して、特定の実装形態用に点火回路１３０の充電／放電回路を構成することができる。
端子Ｔ４及びＴ５は、それを通じてハイサイド経路制御回路Ｐ１（例えば、ＮＭＯＳ装置Ｍ１）及びローサイド経路制御回路Ｐ２（例えば、ＮＭＯＳ装置Ｍ２）が制御される（例えば、駆動され、トリガされる）端子とすることができる。制御回路１１０の端子Ｔ６は、制御回路１１０の電気的接地と接続される接地端子とすることができる。
点火コイル１３２は、点火回路端子ＩＣＴ１及びＩＣＴ２に電気的に結合された一次コイルを有し、点火コイル１３２は、スイッチ回路Ｓ３及びスパークプラグＳＰに電気的に結合された二次コイルを有する。点火回路の実装形態において、一次コイル内の巻線数と二次コイル内の巻線数との比率は、様々であり得る。例えば、一次コイル内の巻線数は、二次コイル内の巻線数より少なくすることができる（例えば、ステップアップ）。更にいくつかの実装形態において、一次コイル内の巻線数は、二次コイル内の巻線数と等しくても（例えば、実質的に等しくても）よい。
一次電流と称されることがある点火コイル１３２（例えば、磁心トランス）の一次巻線（例えば、インダクタ）内の電流は、様々な構成要素及び因子に依存することがある。点火制御回路１５０では、（通常動作中に期待される一次電流と比較した）一次電流の変化は、点火システム１００の不適切な動作を示すことがある。不適切な動作は、点火回路１３０、ＥＣＵ１４０、点火制御回路１５０等の内の１つ以上の構成要素の故障によって引き起こされ得る。
図４の点火制御回路１５０は、抵抗器Ｒ２を含み、抵抗器Ｒ２は、センス抵抗器と称されることがある。抵抗器Ｒ２を使用して、抵抗器Ｒ２の両端の時変電圧に基づいて、点火コイル１３２内の電流を決定し、また本明細書に記載の異常状態などの一次電流の勾配の変化を検出する（例えば、点火システム１００内の不適切な機能及び／又は故障を検出する）ことができる。図４に示されていないが、制御回路１１０は、抵抗器Ｒ２（例えば、抵抗器Ｒ２の端子）に結合することができ、本明細書に記載の異常状態のうちの１つ以上を検出するように構成することができる。例えば、制御回路１１０の端子（図示せず）は、点火制御回路１５０の抵抗器Ｒ２の両端で電圧、又は電圧信号を制御する（又は測定する）ように構成することができる。電圧センス信号と称されることがある各点火サイクルにわたっての抵抗器Ｒ２の両端電圧は、例えば、点火コイル１３２の一次巻線を通る電流の電流勾配検出のために使用することができる。いくつかの実装形態では、（センス抵抗器Ｒ２に加えて、又はセンス抵抗器Ｒ２の代わりに）他の回路素子を使用して、点火コイル１３２を通る一次電流を決定することができる。上述のように、いくつかの実装形態では、点火コイル１３２の一次巻線を介した電流センシングは、（様々な保護モード中に）所定の周波数及び／又は作動／非作動のタイミング比（若しくはデューティ比）でハイサイド経路制御回路Ｐ１とローサイド経路制御回路Ｐ２との間の切り替えをトリガする（例えば、交互に切り替える）ための帰還として（例えば、帰還信号として）使用することができる。異常状態の検出及び保護モードに関する更なる詳細は、少なくとも図５に関連して記載されている。
図５は、図１及び図４に示す制御回路１１０の例示的な実装形態を図示する図である。図５に示すように、制御回路１１０は、制御取扱回路２１０、入力バッファ２２０、及びレギュレータ２３０を含む。
制御取扱回路２１０は、（端子Ｔ４及びＴ５を介して）少なくとも図１に示すローサイド経路制御回路Ｐ１及びローサイド経路制御回路Ｐ２をそれぞれ例えば制御する（例えば、駆動する、トリガする）ように構成された、ローサイド経路制御ドライバ２１７及びハイサイド経路制御ドライバ２１８を含む。制御取扱回路２１０は、例えば、（端子Ｔ３を介して）図１に示すスイッチ装置ＳＷを駆動するように構成されたスイッチドライバ２１６を含む。
制御取扱回路２１０は、過電流状態、過滞留時間状態、短絡状態、過電圧状態、過温度状態等の１つ以上の異常状態（例えば、故障モード）を検出するように構成することができる。制御取扱回路２１０は、１つ以上の異常状態２１１に基づいてこれらの異常状態のうちの１つ以上を検出するように構成することができる。例えば、制御取扱回路２１０は、異常状態２１１として記憶されたか又は異常状態２１１によって実装された滞留時間閾値に基づいて過滞留時間状態を検出するように構成することができる。いくつかの実装形態では、制御取扱回路２１０は、抵抗器Ｒ２を使用して故障を検出するように構成することができる。いくつかの実装形態では、異常状態２１１のうちの１つ以上は、少なくとも部分的にハードウェア回路として実装することができる。
制御取扱回路２１０は、リミットコントローラ２１３と、ＳＳＤコントローラ２１４と、短絡コントローラ２１５とを含む。これらのコントローラは、例えば、スイッチドライバ２１６、ハイサイド経路制御ドライバ２１８、及び／又はローサイド経路制御ドライバ２１７をそれぞれ使用してスイッチ装置ＳＷ、ハイサイド経路制御回路Ｐ１、及び／又はローサイド経路制御回路Ｐ２の制御をトリガすることによって、様々な保護モードを実装するように構成されている。いくつかの実装形態では、制御取扱回路２１０は、種々の異常状態に応答して、スイッチ装置ＳＷ、ハイサイド経路制御回路Ｐ１、及び／又はローサイド経路制御回路Ｐ２の制御をトリガするために使用することができる他のコントローラ（図示せず）を含むことができる。
リミットコントローラ２１３は、制御取扱回路２１０を使用した過電流状態の検出に応答して、例えばそれぞれローサイド経路制御ドライバ２１７とハイサイド経路制御ドライバ２１８を使用してハイサイド経路制御回路Ｐ１とローサイド経路制御回路Ｐ２との間の切り替えをトリガすることによって、電流制限保護モードを実装するように構成することができる。ＳＳＤコントローラ２１４は、制御取扱回路２１０を使用した過滞留時間状態の検出に応答して、例えばそれぞれスイッチドライバ２１６、ハイサイド経路制御ドライバ２１８、及びローサイド経路制御ドライバ２１７を使用してスイッチ装置ＳＷ、ハイサイド経路制御回路Ｐ１、ローサイド経路制御回路Ｐ２を制御することによって、ＳＳＤ保護モードを実装するように構成することができる。短絡コントローラ２１５は、制御取扱回路２１０を使用した短絡故障の検出に応答して、例えばローサイド経路制御ドライバ２１７を使用してローサイド経路制御回路Ｐ２を制御することによって、短絡保護モードを実装するように構成することができる。
図５に示すように、制御取扱回路２１０は、点火コイル１３２を通るエネルギー（例えば、電流）の値（例えば、表現）を帰還として（例えば、帰還信号として）使用するように構成された帰還回路２１９を含む。帰還は、（様々な保護モード中に）所定の周波数及び／又は作動／非作動のタイミング比（例えば、デューティ比）でハイサイド経路制御回路Ｐ１とローサイド経路制御回路Ｐ２との間の切り替え（例えば、交互の切り替え）をトリガするために帰還回路２１９によって使用することができる。
図５の点火制御回路１１０の入力バッファ２２０は、例えば、図４に示すＥＣＵ１４０から少なくとも１つの制御信号（例えば、点火コイル１３２の充電及びスパークプラグＳＰの着火を制御する信号）を受信するように構成することができる。少なくとも１つの制御信号は、点火制御回路１１０において、ＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１のゲート端子の制御をトリガして点火コイル１３２の充電及びスパークプラグＳＰの着火を成し遂げるために使用することができる。いくつかの実装形態では、少なくとも１つの制御信号を使用して、点火制御回路１１０の異常状態及び不適切な動作の検出を容易にすることができる。
電圧レギュレータ２３０は、点火制御回路１１０内に実装されると、バッテリ電圧ＶＢＡＴを受け、そのバッテリ電圧に基づいて、図４の点火制御回路１１０で使用される基準電圧、直流電圧等を提供することができる。例えば、いくつかの実装形態では、レギュレータ２３０は、線形電圧レギュレータとすることができる。いくつかの実装形態では、レギュレータ２３０は、他の形態をとることができる。
いくつかの実装形態では、異常状態（例えば、点火コイル１３２内の故障モード及び／又は点火コイル１３２の磁気飽和）の検出に応答して、制御取扱回路２１０は、検出された状態を示すために信号をＥＣＵ１４０に送るように構成することができる。いくつかの実装形態では、ＥＣＵ１４０は、スイッチ装置ＳＷ、ハイサイド経路制御回路Ｐ１、ローサイド経路制御回路Ｐ２の動作を制御するコマンド信号を調節して、点火システム１００を損傷から保護する（例えば、火災等の危険な状態が発生するのを防止する）ように構成することができる。
図６は、点火制御回路（例えば、図１に示す点火制御回路１５０）を使用してソフトシャットダウン保護モードを実装する方法を図示する流れ図である。図６に示すように、点火回路に関連する過滞留時間状態が検出される（ブロック６１０）。過滞留時間状態は、（点火コイル１３２を充電するための）ＥＣＵ１４０からの滞留コマンドパルスが滞留期間閾値を超えたときに発生し得る。この過滞留時間状態は、例えば、制御取扱回路２１０を使用して検出することができる。
ローサイド経路制御回路は、過滞留時間状態に応答して動作が停止される（ブロック６２０）。ローサイド経路制御回路は、例えば、図１に示すローサイド経路制御回路Ｐ２とすることができる。ローサイド経路制御回路は、例えば、トランジスタ（例えば、図４に示すＭＯＳＦＥＴ Ｍ１）であってもよく、又はそれを含んでもよい。ローサイド経路制御回路は、図５に示すローサイド経路制御ドライバ２１７を使用した経路取扱回路２１０によって制御することができる。
ハイサイド経路制御回路は、過滞留時間状態に応答して作動又は動作が停止される（ブロック６３０）。ハイサイド経路制御回路は、例えば、図１に示すハイサイド経路制御回路Ｐ１とすることができる。ハイサイド経路制御回路は、例えば、トランジスタ（例えば、図４に示すＭＯＳＦＥＴ Ｍ１）であってもよく、又はそれを含んでもよい。ハイサイド経路制御回路は、図５に示すハイサイド経路制御ドライバ２１８を使用した経路取扱回路２１０によって制御することができる。
スイッチ装置は、点火回路からのエネルギーを散逸させるように、過滞留時間状態に応答して線形モードで作動される（ブロック６４０）。スイッチ装置は、例えば、図１に示すスイッチ装置ＳＷとすることができる。スイッチ装置は、例えば、スイッチ装置（例えば、図４に示すＩＧＢＴ装置ＩＧＢＴ１）であってもよく、又はそれを含んでもよい。スイッチ装置は、図５に示すスイッチドライバ２１６を使用した経路取扱回路２１０によって制御することができる。
図７は、点火制御回路（例えば、図１に示す点火制御回路１５０）を使用して電流制限保護モードを実装する方法を図示する流れ図である。図６に示すように、点火回路に関連する過滞留時間状態が検出される（ブロック７１０）。過電流状態は、例えば、点火コイル１３２を通る電流（例えば、一次電流）が電流制限閾値（例えば、１０Ａ、１５Ａ、２０Ａ）を超えたときに発生し得る。
検出された過電流状態に応答して、ループ状経路と接地経路との間の揺動が実行される（ブロック７２０）。例示的なループ状経路を図３Ａに示し、例示的な接地経路を図３Ｂに示す。
図８Ａ及び８Ｂは、併せて、高いバッテリ電圧（例えば、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ）を使用した点火システム（例えば、図１に示す点火システム１００）の電流制限保護動作を図示する図である。この例示的な実装形態では、点火制御回路（例えば、図１に示す点火制御回路１５０）は、時刻Ｑ１及びＱ３で開始される電流制限保護モードを実装する。この例では、電流制限保護モードは、離散的な期間中（時刻Ｑ１〜Ｑ２及びＱ３〜Ｑ４）に実装される。図８Ａは、点火コイル（例えば、図１に示す点火コイル１３２）を通る一次電流対時間を図示し、図８Ｂは、スイッチ装置（例えば図１に示すスイッチ装置ＳＷ）の電力対時間を図示する。
図８Ａに示すように、点火コイルを通る一次電流は、電流限界値ＣＬ１未満に制限される。電流は、（図１に示すものなどの）ハイサイド経路制御回路とローサイド経路制御回路との間の切り替えに応答して、電流限界値ＣＬ１（例えば、１２Ａの電流限界値）未満の比較的狭い範囲内で揺動する。電流制限保護モードの間、スイッチ装置によって散逸される電力は、電力レベルＰＤの周りの望ましいレベル（例えば、２０Ｗ未満（例えば、１６Ｗ））に維持される。例えば、スイッチ装置がＩＧＢＴ装置であれば、ＩＧＢＴ装置のＶｃｅ（コレクタ−エミッタ電圧）は、例えば２Ｖ未満に維持することができる。
いくつかの実装形態では、電流は、異なる期間中に、異なる電流限界値に制限され得る。例えば、電流は、時刻Ｑ１〜Ｑ２の間は第１の電流限界値に、及び時刻Ｑ３〜Ｑ４の間は第２の（異なる（例えば、より高い、より低い））電流限界値に、制限することができる。
以下の表は、既知の点火制御システム（システムＢ）からの値と、スイッチ装置がＩＧＢＴ装置であると仮定した図８Ａ及び８Ｂに図示する点火制御システム動作との比較を図示する。以下に示すように、同じ電流限界値ＣＬ１に対して、システムＡは、バッテリ電圧が３．５倍高い場合でさえ、５倍低いＩＧＢＴ装置電力と、４倍低いＶｃｅとを有することができる。ＩＧＢＴ装置のＶｃｅは、ＩＧＢＴ装置を通る電力を散逸させるために、（例えば、ＳＳＤ保護モード中）バッテリ電圧ＶＢＡＴを超えるため、点火制御システムＢにおいてＶｃｅ電圧は特に高くてもよい。電流制限保護モード中であっても、点火制御システムＢにおいてＶｃｅ電圧は特に高くてもよく、Ｖｃｅは、バッテリ電圧ＶＢＡＴの増大と共に増加してもよい。本明細書に記載の保護モード動作がない場合、点火制御システムＢは、より低いバッテリ電圧を使用しているにもかかわらず、ＩＧＢＴ装置の故障を引き起こす可能性のある電流及び電圧レベルで動作することがある。より高いバッテリ電圧（例えば、３．５ＶＢＡＴ）を使用する場合、点火制御システムＢは、更に高い電流及び電圧レベルで動作することになり、ＩＧＢＴ装置の故障を引き起こすであろう。
Figure 2019214999
図９Ａ及び９Ｂは、併せて、高いバッテリ電圧（例えば、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ）を使用した点火システム（例えば、図１に示す点火システム１００）の電流制限及びソフトシャットダウン保護動作を図示する図である。本実装形態では、点火制御回路（例えば、図１に示す点火制御回路１５０）は、時刻Ｓ１及びＳ４で開始される電流制限保護モードを実装し、時刻Ｓ２及びＳ５で開始されるソフトシャットダウン保護モードに切り替える。図９Ａは、点火コイル（例えば、図１に示す点火コイル１３２）を通る一次電流対時間を図示し、図９Ｂは、スイッチ装置（例えば図１に示すスイッチ装置ＳＷ）の電力対時間を図示する。
図９Ａに示すように、点火コイルを通る一次電流は、ソフトシャットダウン保護モードに切り替えるまで、電流制限保護モードにおいて電流限界値ＣＬ２未満に制限される（図８Ａ及び８Ｂに関連して示し記載したものと同様に）。ソフトシャットダウン保護モード中、図９Ｂに示すスイッチ装置の電力は、電力レベルＰＤ２の周りの望ましいレベル（例えば２０Ｗ未満（例えば、１６Ｗ、１０Ｗ））に維持される。時刻及びＳ２及びＳ５におけるスイッチ装置電力のスパイク過渡現象は、電流制限保護モードとソフトシャットダウン保護モードとの間の切り替えに応答したものである。図９Ａに示すように、点火コイル一次電流は、時刻Ｓ２とＳ３の間、及び時刻Ｓ５とＳ６の間でスイッチ装置を使用して減少する（例えば、非線形様式で減少する）。例えば、スイッチ装置がＩＧＢＴ装置であれば、ＩＧＢＴ装置のＶｃｅ（コレクタ−エミッタ電圧）は、ソフトシャットダウン中、例えば２Ｖ未満に維持することができる。いくつかの実装形態では、（Ｖｃｅを増加させることによって）より多くの電力をＩＧＢＴ装置によって散逸させてソフトシャットダウンの持続時間を短縮することができ、これは、時刻Ｓ２とＳ３の間及び時刻Ｓ５とＳ６の間の電流減少の勾配を増大させるであろう。電力では、ＩＧＢＴ装置によって異なるプロファイル（例えば、線形プロファイル）で散逸させることができる。
一般的に、本明細書で開示される回路（例えば、点火システム）は、スイッチ回路と、ハイサイド経路制御回路と、ローサイド経路制御回路と、制御回路とを含むことができる。スイッチ回路は、点火回路に電気的に接続されるように構成されている。ハイサイド経路制御回路は、スイッチ回路とバッテリ端子との間に電気的に接続される。ローサイド経路制御回路は、スイッチ回路と接地端子との間に電気的に接続される。制御回路は、点火回路に関連する異常状態を検出し、ソフトシャットダウン保護モード又は電流制限保護モードの一部として、検出した異常状態に応答してハイサイド経路制御回路を作動するように構成されている。
回路の有り得る一実装形態では、ハイサイド経路制御回路は、スイッチ回路と、バッテリ端子と、ハイサイド経路制御回路が作動しローサイド経路制御回路の動作が停止すると点火回路と電気的に接続されるように構成された端子とを含むループ状経路を画成する。
回路の別の可能な実装形態では、ローサイド経路制御回路は、スイッチ回路と、接地端子と、ローサイド経路制御回路が作動しハイサイド経路制御回路の動作が停止すると点火回路と電気的に接続されるように構成された端子とを含む接地経路を画成する。
回路の別の可能な実装形態では、異常状態は、点火回路を通る電流限界値の超過又は滞留時間限界値の超過のうちの少なくとも１つに応答して検出される。
回路の別の可能な実装形態では、制御回路は、検出した異常状態に応答して、かつ点火回路を通る一次電流に関連する帰還に基づいて、点火回路を通る電流を制限するためにハイサイド経路制御回路作動をある周波数でトリガするように構成されている。
回路の別の可能な実装形態では、制御回路は、検出された異常状態に応答して電流を制限するために、ハイサイド経路制御回路とローサイド制御回路との間の切り替えを予め定義された周波数でトリガするように構成されている。
回路の別の可能な実装形態では、制御回路は、検出された異常状態に応答して電流を制限するために、ハイサイド経路制御回路とローサイド制御回路との間の切り替えを予め定義された周波数でトリガするように構成されている。
回路の別の可能な実装形態では、ハイサイド経路制御回路は第１のトランジスタを含み、ローサイド経路制御回路は第２のトランジスタを含む。
回路の別の可能な実装形態では、点火回路は、点火コイルを含み、スイッチ回路は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（IGBT）装置を含む。
別の一般的な態様では、本明細書に開示される回路（例えば、点火システム）は、スイッチ回路、ハイサイド経路制御回路、ローサイド経路制御回路、第１及び第２の点火回路端子、並びに制御回路を含むことができる。スイッチ回路は、点火回路電気的に接続されるように構成されている。ハイサイド経路制御回路は、スイッチ回路と、バッテリ端子と、ハイサイド経路制御回路が作動すると点火回路と電気的に接続されるように構成された端子とを含むループ状経路を画成する。ローサイド経路制御回路は、ローサイド経路制御回路が作動すると、スイッチ回路と、第１及び第２の点火回路端子と、接地端子とを含む接地経路を画成する。第１の点火回路端子及び第２の点火回路端子（すなわち、第１及び第２の点火回路端子）は、点火回路と電気的に接続されるように構成されている。制御回路は、点火回路に関連する過電流状態を検出するように構成され、検出した過電流状態に応答してループ状経路と接地経路との間の揺動をトリガするように構成されている。
回路の有り得る一実装形態では、ハイサイド経路制御回路は、スイッチ回路と、バッテリ端子と、ハイサイド経路制御回路が作動しローサイド経路制御回路の動作が停止すると点火回路と電気的に接続されるように構成された端子とを含むループ状経路を画成する。
回路の別の可能な実装形態では、ローサイド経路制御回路は、スイッチ回路と、接地端子と、ローサイド経路制御回路が作動しハイサイド経路制御回路の動作が停止ｒすると点火回路と電気的に接続されるように構成された端子とを含む接地経路を画成する。
回路の別の可能な実装形態では、ループ状経路が画成されると、ローサイド経路制御回路の動作は停止する。
回路の別の可能な実装形態では、接地経路が画成されると、ハイサイド経路制御回路の動作は停止する。
上述の説明において、素子が、別の素子上にある、接続する、電気的に接続する、結合する、あるいは、電気的に結合すると称される場合、素子は、別の素子上に直接配置可能であるか、接続できるか、あるいは、結合可能であるか、又は１つ以上の介在素子が存在し得ることも、理解されよう。一方、素子が、別の素子や層上に直接配置されるか、直接接続するか、あるいは、直接結合すると称される場合、介在素子や層は、存在しない。本発明の詳細な説明を通じて、直接配置される、直接接続する、あるいは、直接結合するという語句が使用されないこともあるが、直接配置される、直接接続する、あるいは、直接結合するものとして図示される素子は、こうしたものとして言及可能である。本出願の請求項（含まれている場合）は、本明細書記載の、あるいは、図示される例示関係を述べるよう補正され得る。
本明細書において使用される際、単数形は、文脈の観点において、特定の事例を明確に示さない限り、複数形を含み得る。空間的相対性を示す語句（例えば、全体にわたって、上、上方、下、下側、下方、下位等）は、図面で示す方向に加えて、使用中、あるいは、操作中の装置の種々の向きを含めることを意図している。いくつかの実装形態では、上と下という相対的な用語はそれぞれ、垂直方向に上と垂直方向に下を含むことができる。いくつかの実装形態では、隣接するという用語は、横方向に隣接するか、あるいは、水平方向に隣接することを含むことができる。
本明細書で述べる種々の技術の実施は、デジタル電子回路、又はコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、あるいは、それらの組み合わせで実装できる（例えば、含められる）。方法の一部はまた、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの専用論理回路によって実行され得、機器は、この専用論理回路として実装され得る。
いくつかの実装形態は、様々な半導体処理及び／又はパッケージング技術を使用して実装され得る。いくつかの実装形態は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び／又はそれら等を含むが、それらに限定されない半導体基板に関連付けられた様々なタイプの半導体処理技術を使用して実装され得る。
開示の実施に関する幾つかの特徴を、本明細書で記載されるとおりに説明したが、これから、当業者は、多くの変形形態、代替え、変更、及び、等価物を発見するであろう。それ故、添付の特許請求の範囲を、こうした修正や変更の全てを実装の範囲内に含めるよう網羅していることが、理解されよう。これらが、限定ではなく、単なる例示として提示されており、形態や細部に様々な変更がなされ得ることは、理解しているはずである。本明細書に記載の機器及び／又は方法の任意の部分は、相互に排他的な組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わせることが可能である。本明細書で述べる種々の機器は、記載の様々な機器の機能、構成要素及び／又は特徴の様々な組み合わせ及び／又は部分組合せを含み得る。

Claims (5)

  1. 点火システムであって、
    点火回路に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路とバッテリ端子との間に電気的に接続されたハイサイド経路制御回路と、
    前記スイッチ回路と接地端子との間に電気的に接続されたローサイド経路制御回路と、
    前記点火回路に関連する異常状態を検出するように構成された制御回路であって、前記制御回路は、ソフトシャットダウン保護モード又は電流制限保護モードの一部として、前記検出した異常状態に応答して前記ハイサイド経路制御回路を作動させるように構成された、制御回路と、を備えた点火システム。
  2. 点火システムであって、
    点火回路に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路とバッテリ端子との間に電気的に接続されたハイサイド経路制御回路と、
    前記スイッチ回路と接地端子との間に電気的に接続されたローサイド経路制御回路と、
    前記点火回路に関連する過滞留時間状態を検出するように構成された制御回路であって、前記制御回路は、前記点火回路からのエネルギーが前記スイッチ回路を介して散逸されるように、前記過滞留時間状態に応答して前記ローサイド経路制御回路の動作を停止させるように構成された、制御回路と、を備えた点火システム。
  3. 前記制御回路は、前記過滞留時間状態の前記検出に応答して前記ハイサイド制御回路を作動させるか、又は前記過滞留時間状態の前記検出に応答して前記ハイサイド制御回路の動作を停止させるように構成された、請求項２に記載の点火システム。
  4. 前記スイッチ回路は、ＩＧＢＴ装置を含み、前記ＩＧＢＴ装置は、前記過滞留時間状態の前記検出に応答して前記制御回路によって線形モードで作動される、請求項２に記載の点火システム。
  5. 点火システムであって、
    点火回路に電気的に接続されるように構成されたスイッチ回路と、
    ハイサイド経路制御回路であって、前記ハイサイド経路制御回路が作動すると前記スイッチ回路、バッテリ端子、及び前記点火回路と電気的に接続されるように構成された端子を含むループ状経路を画成する、ハイサイド経路制御回路と、
    ローサイド経路制御回路であって、前記ローサイド経路制御回路が作動すると前記スイッチ回路、第１の点火回路端子、第２の点火回路端子、及び接地端子を含む接地経路を画成する、ローサイド経路制御回路と、
    前記点火回路と電気的に接続されるように構成された、前記第１の点火回路端子及び前記第２の点火回路端子と、
    前記点火回路に関連する過電流状態を検出するように構成された制御回路であって、前記制御回路は、前記検出した過電流状態に応答して前記ループ状経路と前記接地経路との間の揺動をトリガするように構成された、制御回路と、を備えた点火システム。
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