JP3762231B2

JP3762231B2 - Ignition device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3762231B2
Application number: JP2001032272A
Authority: JP
Inventors: 太加志伊藤; 良一小林; 克明深津; 亮佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: JP2002235643A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの内燃機関用点火装置は、エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）から送られる点火制御信号に応じて作動するパワースイッチング素子（パワートランジスタ）を用いて点火コイルに流れる１次電流を通電／遮断している。
【０００３】
この種の点火装置においては、パワートランジスタや点火コイルの損傷や破壊を防止するため、例えば、特開平８−２８４１５号公報に開示されるように、点火コイルに流れる１次電流を検出して１次電流を所定値以上流さないよう制限する１次電流制限回路や、ＥＣＵから送られてくる点火信号などの通電状態が所定時間以上続いた場合に、パワートランジスタをオフして１次電流の通電を強制的に遮断する連続通電防止回路を備えたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
点火装置のパワースイッチング素子は、点火コイルの1次電流遮断時に発生するコレクタ電圧が素子耐圧をオーバーしないようにするために、耐圧保護を目的としてコレクタ電圧クランプ用のツェナダイオードを設けたものがある。このツェナダイオードは、パワースイッチング素子がバイポーラ形トランジスタである場合には、ベース・コレクタ間に接続され、ＩＧＢＴの場合にはゲート・コレクタ間に接続される。
【０００５】
パワースイッチング素子にＩＧＢＴを用いた点火装置は近年提案されているが、コレクタ電圧クランプ用のツェナダイオードを用いた場合に、解析調査の結果、次のようなことが解ってきた。
【０００６】
▲１▼上記クランプ動作は、ＩＧＢＴのゲートに自己バイアス用の抵抗（ここではこの抵抗をゲート抵抗素子と称することもある）を設け、コレクタ電圧がツェナダイオード以上になった場合に流れるツェナ電流により上記抵抗素子にＩＧＢＴの自己バイアス電圧を発生させ、これによりＩＧＢＴを再通電させることによりコレクタ電位をクランプするものである。したがって、ツェナダイオードの電流容量とツェナ動作抵抗の仕様を考慮して、ゲート抵抗素子の抵抗値を設定する必要がある。
【０００７】
前記ゲート抵抗素子が小さい場合には、大きなツェナ電流が流れる。そのため、ツェナ動作抵抗によってツェナ電圧が設定値以上に上昇し、且つこの上昇速度であるｄｖ／ｄｔが大きくなるため、ツェナ部酸化膜下の空乏層の成長が間に合わず素子耐圧を充分確保できなくなる可能性がある。
【０００８】
▲２▼一方、１次電流制限回路は、ＩＧＢＴのエミッタ側に設けた１次電流検出抵抗の電圧ドロップをモニタし、１次電流が設定値以上になった場合にゲートの電位を調整して、ＩＢＧＴを不飽和にするフィードバックループ制御により電流制限をかけている。
【０００９】
このようなフィードバックループ制御では、ループの一巡伝達遅れによる位相ずれでコレクタ電流及び1次電圧が発振するのを防止する必要がある。ＩＧＢＴはゲート酸化膜の影響でゲートに比較的大きな容量が存在しているため、位相ずれを少なくするためにはフィードバックループの回路抵抗をできるだけ小さくすることが望まれる。
【００１０】
ところで、この種の点火装置では、上記した１次電流制限回路のほかに次のような種々の目的で１次電流の通電を遮断する回路が設けられている。例えば、点火制御信号に応じて１次電流を遮断する制御回路や、点火制御信号が設定値以上に連続する場合（１次電流が設定値以上に連続する場合）に強制的に１次電流を遮断する連続通電防止回路や、バッテリ電圧が異常上昇した場合に１次電流を強制的に遮断する過電圧保護回路があげられる。１次電流の遮断はパワースイッチング素子のゲート電圧をローレベルに落として行なわれる。このような１次電流遮断回路の出力端子や１次電流制限回路を設ける場合にも上記▲１▼▲２▼の課題に対処する必要があるが、従来はそのような配慮をなした回路構成をなしたものが提案されていなかった。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決して点火装置の信頼性と動作安定の両立を図ることにある。また、上記した連続通電防止回路，過電圧保護回路が加わった場合でも、上記課題をコンパクトな回路構成で対応できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、点火コイルの１次電流の通電／遮断に用いるパワースイッチング素子にＩＧＢＴを用い、このＩＧＢＴのコレクタ・ゲート間にＩＧＢＴ保護用のツェナダイオードを接続し、かつ前記したような１次電流制限回路、１次電流遮断回路を備えた点火装置において、
前記１次電流遮断回路の出力端子は、前記ツェナダイオードのツェナ電流により前記ＩＧＢＴにコレクタ電圧クランプ用の自己バイアスをかける抵抗を介して前記ＩＧＢＴのゲートに接続され、一方、前記１次電流制限回路の出力端子は、前記抵抗よりも低抵抗のラインを介して前記ＩＧＢＴのゲートに接続されている構成とした。
【００１３】
また、その応用として、前記１次電流遮断回路は、点火制御信号に応じてＩＧＢＴのゲート電圧をローレベルに落とす制御回路のほかに、ゲート電圧に異常が生じた場合に強制的に該ゲート電圧をローレベルに落とす強制遮断回路（例えばゲート電圧がバッテリ電源などの異常により過電圧となった場合にゲート電圧をグランドに落としてＩＧＢＴひいては１次電流を強制遮断する過電圧保護回路や、点火制御信号ひいてはゲート電圧が設定値以上の長さとなった場合にゲート電圧をローレベルに落として１次電流を強制遮断する連続通電防止回路など）を備え、この制御回路および強制遮断回路の出力端子を共有にして、この共有の出力端子を前記抵抗を介して前記ＩＧＢＴのゲートに接続したものを提案する。
【００１４】
上記のようにすれば、１次電流制限回路のフィードバックループの回路抵抗を小さくするといった要求に応えつつ、ＩＧＢＴのコレクタ電圧クランプに用いる自己バイアスのゲート抵抗値を充分に確保することが可能になる。
【００１５】
したがって、ＩＧＢＴのコレクタ電圧が耐圧保護用ツェナ電圧以上になる場合に、ツェナ電流によってＩＧＢＴが自己バイアスかけられ、ＩＧＢＴが再通電することによりツェナ電圧の上昇速度ｄｖ／ｄｔを十分抑えられるため、ＩＢＧＴのコレクタ電圧をツェナ電圧でクランプすることができ、素子破壊を防止することができる。
【００１６】
また、ＩＧＢＴのゲートと１次電流制限回路の出力端子間を低抵抗または外部抵抗ゼロの状態にして、１次電流制御のフィードバック回路を形成し得るので、一巡伝達遅れの位相ずれを小さくして１次電流及び１次電圧の発振を防止できる。
【００１７】
１次電流遮断回路を複数種の目的をもった回路（点火制御のための１次電流遮断、過電圧保護のための１次電流遮断、連続通電防止のための１次電流遮断など）で構成しても、それらの出力端子を共有にして前記ＩＧＢＴのゲートと前記クランプ用のゲート抵抗素子を介して接続することで、ＩＣの端子数削減及び回路構成をコンパクトにすることができ、小型で安価な点火装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１９】
本実施例の説明に先立ち、図１により従来知られている内燃機関用点火システムの通常の構成例を説明する。
【００２０】
１はＥＣＵ、２′は点火コイルを駆動するための点火装置（点火駆動回路）、３は点火コイル、４は点火プラグを示す。
【００２１】
ＥＣＵ１はエンジン状態に応じて点火タイミング信号を算出するＣＰＵ８を有し、ＥＣＵ１の出力段は、ＰＮＰトランジスタ９、ＮＰＮトランジスタ１０、抵抗１１より構成されている。
【００２２】
ＥＣＵ１は、ＣＰＵ８により算出された適正な点火タイミング信号でトランジスタ９，１０をオン，オフ制御し、点火装置２にハイ，ローのパルス（点火制御信号）を出力する。
【００２３】
点火装置２′は、耐圧保護ツェナダイオード５ａを備えるパワートランジスタ５と、ハイブリッドＩＣ１３に実装された電流検出用抵抗６，電流制御（点火コイル１次電流制御）回路７および入力抵抗１２とにより構成される。ＥＣＵ１の出力信号（点火制御信号）がローからハイ信号になると、パワートランジスタ５は通電を開始し、点火コイル３の１次コイルに１次電流が流れる。点火制御信号がハイからロー信号に切り換わると、パワートランジスタ５の通電が遮断され、点火コイル３の２次コイルに数十キロＶの高電圧（点火電圧）が発生する。このとき、１次コイル側にも３００〜４００Ｖ程度の高電圧が誘起され、これを耐圧保護用のツェナダイオード５ａがクランプすることにより、パワートランジスタ５を保護している。
【００２４】
電流制御回路７は、１次電流検出用の抵抗６により検出される電圧値より１次電流値を監視し、１次電流が所定値以上にならないように制御する。
【００２５】
次に本発明の一実施例に係る点火装置の構成を図２により説明する。
【００２６】
図２において、１４は点火コイル、１５は点火コイルの１次コイルに流れる１次電流を通電，遮断するＩＧＢＴである。
【００２７】
点火装値２は、耐圧保護ツェナダイオード１５ａを備えるＩＢＧＴ１５、ハイブリッドＩＣ基板６０（図２の破線で囲む領域）、上記基板６０に実装された制御用ＩＣ７０（図２の点線で示す領域）などによって構成されている。
【００２８】
ＩＣ７０は、電源Ｖｃｃをつくるためのツェナダイオード１９、点火コイル１４の１次電流を制限する１次電流制限回路２７、電源電圧（バッテリ電圧）が設定値以上になった場合にそれを検出する過電圧検出回路４８、この過電圧検出回路４８の出力で作動するトランジスタ５０、点火制御信号の入力回路３２、その出力段に接続されたＩＧＢＴ制御用のトランジスタ３４、ＩＧＢＴ１５のゲートに所定時間以上のハイレベルの電圧が加わってＩＧＢＴ１５が連続通電状態にある場合（１次電流を通電させる点火制御信号が設定時間以上を越える場合）に、それを検出する連続通電検出回路３８及びそれに用いるトランジスタ４１，コンデンサ４０，抵抗３９、および上記連続通電状態が検出されると作動するトランジスタ４４などからなる。
【００２９】
上記したトランジスタ５０，３４，４４はＮＰＮトランジスタであり、そのエミッタは共通のラインを介して最終段の出力トランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）３６のベースに接続されている。
【００３０】
トランジスタ３６は、過電圧検出回路４８がバッテリ電圧の異常上昇を検出した場合と、入力端子２９の点火制御信号がローレベルにある場合と、連続通電検出回路３８が連続通電を検出した場合に、各トランジスタ５０，３４，４４を介してオン状態になり、ＩＧＢＴのゲート電圧を、出力端子３７を介してローレベル（グランド）に落とすものである。それにより１次電流は遮断される。
【００３１】
ここで、過電圧検出回路４８，トランジスタ５０および３６が過電圧保護回路を構成し、入力回路３２，トランジスタ３４および３６が点火制御信号に応じた制御回路を構成し、抵抗３９，コンデンサ４０，連続通電検出回路３８，トランジスタ４４および３６が連続通電防止回路を構成する。また、上記過電圧保護回路，制御回路，連続通電防止回路が１次電流遮断回路を構成し、トランジスタ３６のコレクタ端子３７が１次電流遮断回路のＩＣ出力端子３７となる。すなわち、出力端子３７は、上記した過電圧保護回路，制御回路，連続通電防止回路の共有の出力端子となる。１次電流遮断回路の出力端子３７は後述するコレクタ電圧クランプ用の抵抗（ゲート抵抗素子）２１を介してＩＧＢＴ１５のゲートライン１００に接続されている。上記した過電圧保護回路および連続通電防止回路は、１次電流を強制的に遮断する強制遮断回路でもある。
【００３２】
ハイブリッドＩＣ基板６０は、バッテリ電源と接続されるバッテリ端子１６、ＩＧＢＴ１５のゲートに接続されるゲート端子２２、点火信号を入力する端子２９、グランド端子１８′を有し、前記制御用ＩＣ７０を搭載すると共に、その周辺に抵抗１７，２０，２１，２３，２４，２５，３０，４６を形成してなる。このうち抵抗２１がコレクタ電圧クランプの自己バイアス用のゲート抵抗素子となり、抵抗２３が１次電流検出用の抵抗素子となる。また、基板６０にはＩＣＢＴ１５のゲートライン１００やエミッタライン１０１となる配線が形成されている。基板６０は例えばセラミック基板である。
【００３３】
制御用ＩＣ７０の各端子は次のような接続態様をなしている。Ｖｃｃ端子１８は、抵抗１７を介して基板６０のバッテリ端子１６と接続される。過電圧検出回路４８の入力端子４７は、抵抗４６を介してバッテリ端子１６と接続される。点火信号入力回路３２の入力端子３１は、保護抵抗３０を介して基板６０の点火信号入力端子２９と接続される。グランド端子１８″は基板６０のグランド端子１８′と接続される。電流検出用の端子２７′は、分圧抵抗２４，２５を介して１次電流検出用の抵抗２３と接続される。１次電流制限回路の出力端子２８は、ＩＧＢＴ１５のゲート端子２２と接続される。１次電流遮断回路の出力端子３７は、ゲート抵抗素子２１を介してＩＧＢＴ１５のゲート端子２２と接続される。
【００３４】
点火装置２の電源は、バッテリ端子１６からとり、抵抗１７および制御ＩＣのＶｃｃ端子１８を介してツェナダイオード１９に印加されることによりＶｃｃ電圧が作られる。このＶｃｃ電位は、トランジスタ３６がオフの条件の下で入力抵抗２０，２１を介してＩＧＢＴ１５のゲートに印加されるよう構成されている。
【００３５】
電流検出用の抵抗２３は、ＩＧＢＴ通電時に流れる１次電流によって電圧ドロップし、その電圧ドロップが抵抗２４および２５で分圧されて電流制限回路２７によって検出される。
【００３６】
この電圧ドロップによる電位が所定値以上になると、電流制限回路２７は端子２８を介してＩＧＢＴ１５のゲート電圧を降下させ、それによりＩＧＢＴ１５を不飽和状態にして電流制限をかけるフィードバック制御回路が形成される。
【００３７】
ＥＣＵ（図１の符号１に相当）からの点火制御信号は、保護抵抗３０を介して入力回路３２に入力される。入力回路３２は、オン−オフ・スレッシュホールド電圧にヒステリシスを持たせた反転回路であり、入力電圧が設定したスレッシュホールド以上のハイレベル信号になると、ローレベルの信号を出力し、入力電圧が設定したスレッシュホールド以下（ローレベル信号）になるとハイレベル信号を出力する。
【００３８】
この出力によって次段のトランジスタ４２および３４は、それぞれ抵抗４１，３３を介して駆動される。トランジスタ４２は、連続通電検出に用いられる。
【００３９】
過電圧検出回路４８は、抵抗４６を介してバッテリ電圧を入力し、バッテリ電圧が設定値以上になった場合に抵抗４９を介してトランジスタ５０を駆動する。
【００４０】
連続通電検出回路３８は、入力回路３２の出力がローレベル（ゲート電圧ハイレベル；１次電流通電時）にあるときに、抵抗３９とコンデンサ４０で構成される時定数チャージ電圧をモニタし、設定値以上（換言すれば所定時間以上）になった場合に抵抗４３を介してトランジスタ４４をオン状態にする。それにより、ＩＧＢＴ１５に印加されるゲート電圧がハイからローレベルに落とされ、ＩＧＢＴ１５の連続通電が遮断（１次コイルの通電が遮断）される。
【００４１】
抵抗３９とコンデンサ４０で構成されるタイマーのチャージ電圧は、ＥＣＵから出力される点火信号がローレベル（入力回路３２の出力がハイレベル）の場合には、トランジスタ４２がオン状態になって、このトランジスタ４２を通して放電される。点火信号がハイレベル（入力回路３２の出力がローレベル）になると、上記したＣＲ時定数充電を開始する。すなわち、上記タイマーは、入力回路３２の信号のレベルによりセット／リセットされる。
【００４２】
トランジスタ３４，４４，５０のコレクタは、それぞれ抵抗３５，４５，５１を介してＶｃｃ電源にプルアップされている。トランジスタ３４，４４，５０は、いずれも１次コイルの電流遮断系のトランジスタであり、これらのトランジスタのいずれか一つがオンすれば、最終段トランジスタ３６がオンし、それにより１次コイルの電流が遮断されるようになっている。すなわち、トランジスタ３４，４４，５０は、最終段の電流遮断用のスイッチング素子３６を共有している。
【００４３】
この１次電流遮断回路の出力端子３７と１次電流制限回路２７の出力端子２８とを分離することで、端子３７と２８とが別々にＩＧＢＴ１５のゲートライン１００に接続されている。また、１次電流制限回路２７の出力端子２８を１次電流遮断回路の出力端子３７よりもＩＧＢＴ１５のゲートに近い位置でゲートライン１００に接続している。ゲートライン１００における出力端子３７の接続点３７′と出力端子端子２８の接続点２８′との間には、コレクタクランプ用のゲート抵抗２１が介在している。
【００４４】
次に本実施例の一連の動作を、図３に示す波形（タイムチャート）を用いて説明する。
【００４５】
図３において、３ａはＥＣＵから出力される点火信号、３ｂはＩＧＢＴ１５のゲート電圧、３ｃはＩＧＢＴ１５に流れるコレクタ電流（１次電流）、３ｄは点火コイル１４の２次コイルに発生する２次電圧を示す。
【００４６】
シーケンス▲１▼の通常点火において、点火信号がローの状態において入力回路３２はハイを出力するため、次段トランジスタ３４のベースには抵抗３３を介して電流が印加され、トランジスタ３４がオンする。それにより、コレクタ抵抗３５によって制限された電流を最終段トランジスタ３６に供給して、トランジスタ３６をＯＮさせる。これによってＩＧＢＴ１５のゲート電圧はローになり、ＩＧＢＴ１５のコレクタ電流（１次電流）は非通電状態となっている。
【００４７】
この状態ではトランジスタ４２もＯＮしているため、抵抗３９とコンデンサ４０によって構成される時定数タイマーのチャージ電圧もローになっている。
【００４８】
点火信号が上昇しオン−スレッシュホールド電圧以上になると、入力回路３２はローを出力するためトランジスタ３４および３６はオフして、ＩＧＢＴゲート電圧はハイになり、１次電流を通電する。
【００４９】
また、トランジスタ４２はオフして、コンデンサ４０の電圧はＶｃ＝Ｖ（１−ｅ^-(t/R ^× ^C)）で定義される時定数をもって充電される。コレクタ電流が通電されると、点火コイル１４の1次電流は1次インダクタンスと1次抵抗による時定数を持って立ち上がる。
【００５０】
ＥＣＵによって演算された点火タイミングで点火制御信号（点火信号）はローになる。この時、点火信号がオフ−スレッシュホールド以下になると、トランジスタ３４，３６がオンしてＩＧＢＴ１５のゲート電圧がローになり、ＩＧＢＴ１５がオフし、１次電流は急速に遮断され点火コイル１４の２次側に数十キロボルトの２次電圧を誘起する。２次電圧は点火コイルの仕様よって異なるが、通常３０ｋＶ〜４５ｋＶの電圧である。これと同時にトランジスタ４２がオンしてコンデンサ４０の電荷を引き抜き、時定数タイマーをリセットする。
【００５１】
図３では、点火コイルの高圧端が点火プラグから外れてスパークしない状態の波形を示している。このようにしたのは、後述するゲート電圧のクランプした状態が顕著に表れるためである。
【００５２】
２次電圧が発生すると、ＩＧＢＴ１５のコレクタには点火コイル１４の発生電圧（２次電圧）に対して１次コイルと２次コイルの巻数比に対応した電圧（ここでは、この電圧をノイズ電圧と称することもある）が発生する。このノイズ電圧は、例えば、巻数比６０の点火コイルで２次電圧が４０ｋＶの場合には、６６６Ｖ程度の高電圧である。これがＩＧＢＴのコレクタにそのままかかるとＩＧＢＴ１５が損なわれる。そこで、通常の点火用ＩＧＢＴには、コレクタ電圧が素子耐電圧以上にならないように、３５０Ｖ〜５００Ｖのクランプ用ツェナダイオード１５ａがＩＧＢＴ１５のコレクタ・ゲート間に設けられている。
【００５３】
このツェナダイオード１５ａによってコレクタ電圧はクランプされ、それ以上に上がることはない。
【００５４】
コレクタクランプの動作原理は、コレクタ電圧がツェナ電圧を越えると、ツェナ電流が流れ（ツェナ電流はゲート抵抗２１，端子３７，トランジスタ３６を介してグランドに流れる）、それによりゲートに設けたゲート抵抗２１に電圧が発生し、この電圧がＩＧＢＴ１５のオン動作電圧まで上昇すると、ＩＧＢＴ１５がバイアスされて再通電することでコレクタ電位をクランプする。
【００５５】
次に点火信号が設定時間以上にハイレベルとなりＩＧＢＴが連続通電状態になった場合について説明する。図３では、この状態をシーケンス▲２▼により示す。
【００５６】
シーケンス▲２▼の連続通電においては、点火信号がオンしてＩＧＢＴゲート電圧はハイになりコレクタ電流（１次電流）を通電するし、コンデンサ４０の電圧は時定数をもって充電される。
【００５７】
連続通電によりＩＧＢＴ１５のコレクタ電流が上昇し電流制限値まで流れると、まず電流制限回路２７が動作してＩＧＢＴを不飽和にする。それにより、ゲート電圧が降下しコレクタ電流（１次電流）が制限される。
【００５８】
この１次電流制限は、ＩＧＢＴ１５のエミッタに接続された電流検出用抵抗２３に発生する電圧を検出し、ＩＧＢＴ１５のゲートを制御して不飽和状態にするフィードバック制御回路である。このフィードバックループの一巡伝達遅れによる位相ずれが大きくなるとコレクタ電流および１次電圧は発振するおそれがある。
【００５９】
ＩＧＢＴ１５のゲートは、そのＭＯＳ構造から容量が存在しているため、フィードバックループを形成するＩＧＢＴゲートの抵抗が大きくなると容量の影響で位相ずれが大きくなる。この位相ずれを少なくするために、１次電流制限回路の出力端子２８とＩＧＢＴ１５のゲート間は抵抗をできるだけ小さくして直接制御することが望ましい。
【００６０】
そこで、本実施例では、ＩＧＢＴ１５の自己バイアス用のゲート抵抗２１を１次電流制限のフィードバックループ系から外すようにした。そのために、ＩＧＢＴ１５のゲート端子２２と１次電流制限回路の出力端子２８との間にはゲート抵抗２１を配置せず、かつ出力端子２８と電流遮断系の出力端子（ＩＧＢＴ自己バイアス用の端子兼用）３７とを別々（それぞれ独立した端子として分離させる）にして、電流制限端子２８と電流遮断系端子３７との間にゲート抵抗２１を設けた。このようにすれば、１次電流遮断回路の出力端子３７は、ＩＧＢＴ１５の自己バイアス確保のためのゲート抵抗素子２１を介してＩＧＢＴ１５のゲートに接続され、一方、１次電流制限回路２７の出力端子２８は、ゲート抵抗素子２１よりも低抵抗のラインを介してＩＧＢＴ１５のゲートに接続され、１次電流および電圧の発振を防止することが可能になる。
【００６１】
上記した連続通電時の電流制限状態が継続され、コンデンサ４０の電位が設定値まで上昇すると、連続通電検出回路３８は抵抗４３を介してトランジスタ４４，３６をオンさせてＩＧＢＴ１５のゲート電圧をローレベルにする。
【００６２】
これによってコレクタ電流は急速に遮断され、点火コイル１４の２次側に高電圧を誘起させる。同時にＩＧＢＴ１５のコレクタには、上記したノイズ電圧を発生するが、それにより生じるツェナ電流によりゲート抵抗２１の電圧がＩＧＢＴ１５のオン動作電圧まで上昇すると、ＩＧＢＴ１５がバイアスされて再通電することでコレクタ電圧をクランプする。
【００６３】
動作波形としては説明していないが、異常が発生してバッテリ電圧が上がり、過電圧検出回路４８が動作すると、トランジスタ５０および３６がオンし、ＩＧＢＴ１５のゲート電圧をローにする。この時、コレクタ電流が通電中であると、この動作によってコレクタ電流は急速に遮断され、点火コイル１４の２次側に高電圧を誘起させる。同時にＩＧＢＴ１５のコレクタに高電圧（ノイズ電圧）が誘起されるが、このノイズ電圧は、既述したようにＩＧＢＴ１５を再通電させてクランプする。
【００６４】
ＩＧＢＴ１５においてツェナダイオードが動作するためには、ゲート抵抗２５が必要となり、ゲート抵抗の値はツェナの動作抵抗とツェナ電流を考慮して決定する必要がある。ゲート抵抗がない状態でツェナが動作すると、ツェナ電圧はツェナ電流によって動作抵抗分上昇し、ＩＧＢＴ素子耐圧をオーバーする。またこの状態において、電圧上昇速度ｄｖ／ｄｔが急速であると、酸化膜したの空乏層の成長が間に合わず充分な耐圧が確保出来ず破壊に至る可能性がある。一方で１次電流制限回路としてはフィードバックループの一巡伝達遅れの関係でゲート抵抗を大きくできないという問題があるため、本実施例のように回路構成することは有効である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＧＢＴを用いた点火装置において、１次電流制限機能を安定させることと１次電流遮断時のコレクタ電圧クランプ動作とを両立させることにより素子の損壊を防止し、信頼性の高い点火装置を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来より知られている通常の点火装置の構成例を示す回路図。
【図２】本発明の一実施例を示す回路図。
【図３】上記実施例の動作波形を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ、２…点火装置、３，１４…点火コイル、４…点火プラグ、６，２３…１次電流検出用抵抗、７，２７…１次電流制限回路、１５…ＩＧＢＴ、１５ａ…ツェナダイオード、２１…クランプ用ゲート抵抗素子、２２…ゲート端子、２８…１次電流制限回路の出力端子、２８′…出力端子２８の接続点、３２…点火信号入力回路、３７…１次電流遮断回路の出力端子、３７′…出力端子３７の接続点、３８…連続通電検出回路、４８…過電圧検出回路、６０…ハイブリッドＩＣ基板、７０…制御ＩＣ、１００…ゲートライン。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
An ignition device for an internal combustion engine such as an automobile energizes a primary current flowing in an ignition coil by using a power switching element (power transistor) that operates according to an ignition control signal sent from an engine control unit (hereinafter referred to as ECU). / Shut off.
[0003]
In this type of ignition device, in order to prevent damage and destruction of the power transistor and the ignition coil, for example, as disclosed in JP-A-8-28415, a primary current flowing through the ignition coil is detected to 1 When the energized state such as the primary current limiting circuit for limiting the secondary current from flowing beyond the predetermined value or the ignition signal sent from the ECU continues for a predetermined time or longer, the power transistor is turned off and the primary current is energized. There has been proposed one having a continuous energization prevention circuit that forcibly cuts off the current.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Some power switching elements of the ignition device are provided with a Zener diode for clamping the collector voltage for the purpose of withstand voltage protection so that the collector voltage generated when the primary current of the ignition coil is interrupted does not exceed the element withstand voltage. . This Zener diode is connected between the base and the collector when the power switching element is a bipolar transistor, and is connected between the gate and the collector in the case of an IGBT.
[0005]
In recent years, an ignition device using an IGBT as a power switching element has been proposed. However, as a result of analysis and investigation when a Zener diode for collector voltage clamping is used, the following has been found.
[0006]
(1) The clamping operation described above is based on the Zener current that flows when the collector voltage is equal to or higher than the Zener diode by providing a self-biasing resistor (herein, this resistor may be referred to as a gate resistor element) at the gate of the IGBT. The self-bias voltage of the IGBT is generated in the resistance element, and thereby the IGBT is re-energized to clamp the collector potential. Therefore, it is necessary to set the resistance value of the gate resistance element in consideration of the current capacity of the Zener diode and the specifications of the Zener operating resistance.
[0007]
When the gate resistance element is small, a large Zener current flows. As a result, the Zener voltage rises above the set value due to the Zener operating resistance, and dv / dt, which is the rate of increase, increases. Therefore, the growth of the depletion layer under the Zener oxide is not in time, and the device breakdown voltage cannot be secured sufficiently. there is a possibility.
[0008]
(2) On the other hand, the primary current limiting circuit monitors the voltage drop of the primary current detection resistor provided on the emitter side of the IGBT and adjusts the gate potential when the primary current exceeds the set value. The current is limited by feedback loop control that makes IBGT unsaturated.
[0009]
In such a feedback loop control, it is necessary to prevent the collector current and the primary voltage from oscillating due to a phase shift caused by a loop round-trip transmission delay. Since the IGBT has a relatively large capacitance at the gate due to the influence of the gate oxide film, it is desirable to reduce the circuit resistance of the feedback loop as much as possible in order to reduce the phase shift.
[0010]
By the way, in this kind of ignition device, in addition to the above-described primary current limiting circuit, a circuit for cutting off the energization of the primary current is provided for the following various purposes. For example, a control circuit that cuts off the primary current in response to the ignition control signal, or when the ignition control signal continues beyond the set value (when the primary current continues above the set value), the primary current is forcibly Examples thereof include a continuous energization prevention circuit that cuts off and an overvoltage protection circuit that forcibly cuts off the primary current when the battery voltage rises abnormally. The primary current is cut off by dropping the gate voltage of the power switching element to a low level. Even when such an output terminal of a primary current interrupting circuit or a primary current limiting circuit is provided, it is necessary to deal with the problems (1) and (2) above. No one was proposed.
[0011]
An object of the present invention is to solve the above-described problems and to achieve both the reliability and the operational stability of the ignition device. Another object of the present invention is to make it possible to cope with the above problems with a compact circuit configuration even when the above-described continuous conduction prevention circuit and overvoltage protection circuit are added.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses an IGBT as a power switching element used to energize / cut off a primary current of an ignition coil, and connects a Zener diode for IGBT protection between the collector and gate of the IGBT, In the ignition device including the primary current limiting circuit and the primary current cutoff circuit as described above,
The output terminal of the primary current cut-off circuit is connected to the gate of the IGBT through a resistor that applies a self-bias for collector voltage clamping to the IGBT by the Zener current of the Zener diode, while the primary current limiting circuit The output terminal is connected to the gate of the IGBT through a line having a resistance lower than that of the resistor.
[0013]
In addition, as an application thereof, the primary current cut-off circuit is forcibly applied when an abnormality occurs in the gate voltage, in addition to a control circuit that reduces the gate voltage of the IGBT to a low level according to the ignition control signal. Forcibly shuts down to a low level (for example, an overvoltage protection circuit that forcibly cuts off the IGBT and then the primary current by dropping the gate voltage to ground when the gate voltage becomes overvoltage due to an abnormality such as a battery power source, When the gate voltage is longer than the set value, it is equipped with a continuous current prevention circuit that forcibly cuts off the primary current by dropping the gate voltage to a low level. Then, it is proposed that this shared output terminal is connected to the gate of the IGBT through the resistor.
[0014]
With the above configuration, it is possible to sufficiently secure the self-bias gate resistance value used for the collector voltage clamp of the IGBT while meeting the demand for reducing the circuit resistance of the feedback loop of the primary current limiting circuit. .
[0015]
Accordingly, when the IGBT collector voltage becomes equal to or higher than the withstand voltage protection Zener voltage, the IGBT is self-biased by the Zener current, and the IGBT energization is re-energized to sufficiently suppress the Zener voltage rising rate dv / dt. The collector voltage can be clamped with a Zener voltage, and element breakdown can be prevented.
[0016]
In addition, since a feedback circuit for primary current control can be formed by setting a low resistance or zero external resistance between the gate of the IGBT and the output terminal of the primary current limiting circuit, the phase shift of the round-trip transmission delay can be reduced. The oscillation of the primary current and the primary voltage can be prevented.
[0017]
The primary current cut-off circuit is composed of circuits with multiple purposes (primary current cut-off for ignition control, primary current cut-off for overvoltage protection, primary current cut-off for preventing continuous energization, etc.) However, by sharing these output terminals and connecting them through the gate of the IGBT and the gate resistance element for clamping, the number of terminals of the IC can be reduced and the circuit configuration can be made compact. A simple ignition device can be provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
Prior to the description of the present embodiment, an example of a normal configuration of an ignition system for an internal combustion engine conventionally known will be described with reference to FIG.
[0020]
Reference numeral 1 denotes an ECU, 2 'denotes an ignition device (ignition drive circuit) for driving the ignition coil, 3 denotes an ignition coil, and 4 denotes an ignition plug.
[0021]
The ECU 1 includes a CPU 8 that calculates an ignition timing signal in accordance with the engine state. The output stage of the ECU 1 includes a PNP transistor 9, an NPN transistor 10, and a resistor 11.
[0022]
The ECU 1 turns on and off the transistors 9 and 10 with an appropriate ignition timing signal calculated by the CPU 8, and outputs high and low pulses (ignition control signal) to the ignition device 2.
[0023]
The ignition device 2 'includes a power transistor 5 including a withstand voltage protection Zener diode 5a, a current detection resistor 6, a current control (ignition coil primary current control) circuit 7 and an input resistor 12 mounted on the hybrid IC 13. The When the output signal (ignition control signal) of the ECU 1 changes from low to high, the power transistor 5 starts energization and a primary current flows through the primary coil of the ignition coil 3. When the ignition control signal is switched from a high signal to a low signal, the power transistor 5 is turned off, and a high voltage (ignition voltage) of several tens of kilovolts is generated in the secondary coil of the ignition coil 3. At this time, a high voltage of about 300 to 400 V is also induced on the primary coil side, and the power transistor 5 is protected by clamping the zener diode 5a for withstand voltage protection.
[0024]
The current control circuit 7 monitors the primary current value from the voltage value detected by the primary current detection resistor 6 and controls the primary current so as not to exceed a predetermined value.
[0025]
Next, the structure of the ignition device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0026]
In FIG. 2, 14 is an ignition coil, and 15 is an IGBT for energizing and interrupting a primary current flowing in the primary coil of the ignition coil.
[0027]
The ignition device value 2 is determined by the IBGT 15 including the withstand voltage protection Zener diode 15a, the hybrid IC substrate 60 (region surrounded by the broken line in FIG. 2), the control IC 70 mounted on the substrate 60 (region indicated by the dotted line in FIG. 2), and the like. It is configured.
[0028]
The IC 70 includes a Zener diode 19 for generating the power supply Vcc, a primary current limiting circuit 27 for limiting the primary current of the ignition coil 14, and an overvoltage that detects when the power supply voltage (battery voltage) exceeds a set value. The detection circuit 48, the transistor 50 that operates at the output of the overvoltage detection circuit 48, the ignition control signal input circuit 32, the IGBT control transistor 34 connected to the output stage, and the gate of the IGBT 15 at a high level for a predetermined time or more. When the voltage is applied and the IGBT 15 is in the continuous energization state (when the ignition control signal for energizing the primary current exceeds the set time or more), the continuous energization detection circuit 38 for detecting it and the transistor 41, the capacitor 40, The resistor 39 and the transistor 44 that operates when the continuous energization state is detected. .
[0029]
The transistors 50, 34 and 44 described above are NPN transistors, and their emitters are connected to the base of the final output transistor (NPN transistor) 36 through a common line.
[0030]
The transistor 36 is used when the overvoltage detection circuit 48 detects an abnormal increase in battery voltage, when the ignition control signal at the input terminal 29 is at a low level, and when the continuous energization detection circuit 38 detects continuous energization. The transistor is turned on via the transistors 50, 34, 44, and the gate voltage of the IGBT is dropped to a low level (ground) via the output terminal 37. Thereby, the primary current is cut off.
[0031]
Here, the overvoltage detection circuit 48 and the transistors 50 and 36 constitute an overvoltage protection circuit, and the input circuit 32, the transistors 34 and 36 constitute a control circuit corresponding to the ignition control signal, the resistor 39, the capacitor 40, and the continuous energization detection. The circuit 38 and the transistors 44 and 36 constitute a continuous energization prevention circuit. The overvoltage protection circuit, the control circuit, and the continuous energization prevention circuit constitute a primary current cutoff circuit, and the collector terminal 37 of the transistor 36 becomes the IC output terminal 37 of the primary current cutoff circuit. That is, the output terminal 37 serves as a shared output terminal for the above-described overvoltage protection circuit, control circuit, and continuous energization prevention circuit. The output terminal 37 of the primary current cutoff circuit is connected to the gate line 100 of the IGBT 15 via a collector voltage clamping resistor (gate resistance element) 21 described later. The overvoltage protection circuit and the continuous energization prevention circuit described above are also a forced cutoff circuit that forcibly cuts off the primary current.
[0032]
The hybrid IC board 60 has a battery terminal 16 connected to a battery power source, a gate terminal 22 connected to the gate of the IGBT 15, a terminal 29 for inputting an ignition signal, and a ground terminal 18 ', and the control IC 70 is mounted thereon. At the same time, resistors 17, 20, 21, 23, 24, 25, 30, 46 are formed around them. Of these, the resistor 21 becomes a gate resistor element for self-bias of the collector voltage clamp, and the resistor 23 becomes a resistor element for primary current detection. The substrate 60 is formed with wirings that become the gate line 100 and the emitter line 101 of the ICBT 15. The substrate 60 is a ceramic substrate, for example.
[0033]
Each terminal of the control IC 70 has the following connection mode. Vcc terminal 18 is connected to battery terminal 16 of substrate 60 through resistor 17. The input terminal 47 of the overvoltage detection circuit 48 is connected to the battery terminal 16 via the resistor 46. The input terminal 31 of the ignition signal input circuit 32 is connected to the ignition signal input terminal 29 of the substrate 60 through the protective resistor 30. The ground terminal 18 ″ is connected to the ground terminal 18 ′ of the substrate 60. The current detection terminal 27 ′ is connected to the primary current detection resistor 23 via the voltage dividing resistors 24 and 25. The output terminal 28 of the current limiting circuit is connected to the gate terminal 22 of the IGBT 15. The output terminal 37 of the primary current cutoff circuit is connected to the gate terminal 22 of the IGBT 15 via the gate resistance element 21.
[0034]
The power source of the ignition device 2 is taken from the battery terminal 16 and applied to the Zener diode 19 through the resistor 17 and the Vcc terminal 18 of the control IC, thereby generating a Vcc voltage. This Vcc potential is configured to be applied to the gate of the IGBT 15 via the input resistors 20 and 21 under the condition that the transistor 36 is OFF.
[0035]
The current detection resistor 23 is dropped by the primary current that flows when the IGBT is energized, and the voltage drop is divided by the resistors 24 and 25 and detected by the current limiting circuit 27.
[0036]
When the potential due to this voltage drop exceeds a predetermined value, the current limiting circuit 27 lowers the gate voltage of the IGBT 15 via the terminal 28, thereby forming a feedback control circuit for limiting the current by making the IGBT 15 unsaturated. .
[0037]
An ignition control signal from the ECU (corresponding to reference numeral 1 in FIG. 1) is input to the input circuit 32 via the protective resistor 30. The input circuit 32 is an inverting circuit in which hysteresis is given to the on-off threshold voltage. When the input voltage becomes a high level signal that is equal to or higher than the set threshold, a low level signal is output and the input voltage is set. A high level signal is output when the threshold value is below (low level signal).
[0038]
With this output, the transistors 42 and 34 in the next stage are driven through resistors 41 and 33, respectively. The transistor 42 is used for continuous energization detection.
[0039]
The overvoltage detection circuit 48 inputs the battery voltage via the resistor 46 and drives the transistor 50 via the resistor 49 when the battery voltage becomes equal to or higher than a set value.
[0040]
The continuous energization detection circuit 38 monitors and sets the time constant charge voltage composed of the resistor 39 and the capacitor 40 when the output of the input circuit 32 is at a low level (gate voltage high level; when primary current is energized). The transistor 44 is turned on via the resistor 43 when the value becomes equal to or greater than the value (in other words, equal to or longer than a predetermined time). Thereby, the gate voltage applied to the IGBT 15 is dropped from high to low level, and the continuous energization of the IGBT 15 is interrupted (the energization of the primary coil is interrupted).
[0041]
When the ignition signal output from the ECU is at a low level (the output of the input circuit 32 is at a high level), the charge voltage of the timer composed of the resistor 39 and the capacitor 40 is turned on. Discharged through transistor 42. When the ignition signal becomes high level (the output of the input circuit 32 is low level), the above-described CR time constant charging is started. That is, the timer is set / reset according to the signal level of the input circuit 32.
[0042]
The collectors of the transistors 34, 44 and 50 are pulled up to the Vcc power supply via resistors 35, 45 and 51, respectively. The transistors 34, 44, and 50 are all primary coil current cutoff transistors, and if any one of these transistors is turned on, the final stage transistor 36 is turned on, whereby the current in the primary coil is reduced. It is designed to be blocked. That is, the transistors 34, 44, and 50 share the switching element 36 for current interruption at the final stage.
[0043]
By separating the output terminal 37 of the primary current cutoff circuit and the output terminal 28 of the primary current limiting circuit 27, the terminals 37 and 28 are separately connected to the gate line 100 of the IGBT 15. Further, the output terminal 28 of the primary current limiting circuit 27 is connected to the gate line 100 at a position closer to the gate of the IGBT 15 than the output terminal 37 of the primary current cutoff circuit. A gate resistor 21 for collector clamping is interposed between the connection point 37 ′ of the output terminal 37 and the connection point 28 ′ of the output terminal 28 in the gate line 100.
[0044]
Next, a series of operations of the present embodiment will be described with reference to waveforms (time charts) shown in FIG.
[0045]
In FIG. 3, 3 a is an ignition signal output from the ECU, 3 b is a gate voltage of the IGBT 15, 3 c is a collector current (primary current) flowing through the IGBT 15, and 3 d is a secondary voltage generated in the secondary coil of the ignition coil 14. Show.
[0046]
In the normal ignition of the sequence (1), since the input circuit 32 outputs high when the ignition signal is low, a current is applied to the base of the next stage transistor 34 via the resistor 33, and the transistor 34 is turned on. As a result, the current limited by the collector resistor 35 is supplied to the final stage transistor 36 to turn on the transistor 36. As a result, the gate voltage of the IGBT 15 becomes low, and the collector current (primary current) of the IGBT 15 is in a non-energized state.
[0047]
In this state, since the transistor 42 is also ON, the charge voltage of the time constant timer constituted by the resistor 39 and the capacitor 40 is also low.
[0048]
When the ignition signal rises and becomes equal to or higher than the on-threshold voltage, the input circuit 32 outputs low, so that the transistors 34 and 36 are turned off, the IGBT gate voltage becomes high, and the primary current is passed.
[0049]
Further, the transistor 42 is turned off, and the voltage of the capacitor 40 is Vc = V (1-e^{-(t / R} ^× ^C)The battery is charged with a time constant defined by When the collector current is energized, the primary current of the ignition coil 14 rises with a time constant due to the primary inductance and the primary resistance.
[0050]
The ignition control signal (ignition signal) becomes low at the ignition timing calculated by the ECU. At this time, when the ignition signal falls below the off-threshold, the transistors 34 and 36 are turned on, the gate voltage of the IGBT 15 becomes low, the IGBT 15 is turned off, the primary current is rapidly cut off, and the secondary of the ignition coil 14 is cut off. A secondary voltage of several tens of kilovolts is induced on the side. The secondary voltage varies depending on the specification of the ignition coil, but is usually a voltage of 30 kV to 45 kV. At the same time, the transistor 42 is turned on to extract the charge from the capacitor 40, and the time constant timer is reset.
[0051]
FIG. 3 shows a waveform in a state where the high voltage end of the ignition coil is detached from the spark plug and does not spark. This is because a state in which the gate voltage described later is clamped appears remarkably.
[0052]
When the secondary voltage is generated, a voltage corresponding to the turn ratio of the primary coil and the secondary coil with respect to the generated voltage (secondary voltage) of the ignition coil 14 (here, this voltage is referred to as a noise voltage) at the collector of the IGBT 15. May occur). This noise voltage is a high voltage of about 666 V, for example, when the ignition coil has a turns ratio of 60 and the secondary voltage is 40 kV. If this is applied to the IGBT collector as it is, the IGBT 15 is damaged. Therefore, in a normal ignition IGBT, a Zener diode 15a for clamping of 350 V to 500 V is provided between the collector and gate of the IGBT 15 so that the collector voltage does not exceed the element withstand voltage.
[0053]
The collector voltage is clamped by the Zener diode 15a and does not rise any further.
[0054]
The operation principle of the collector clamp is that when the collector voltage exceeds the Zener voltage, a Zener current flows (the Zener current flows to the ground via the gate resistor 21, the terminal 37, and the transistor 36), thereby the gate resistor 21 provided at the gate. When this voltage is generated and rises to the ON operation voltage of the IGBT 15, the IGBT 15 is biased and re-energized to clamp the collector potential.
[0055]
Next, a case where the ignition signal becomes a high level for a set time or more and the IGBT is in a continuous energization state will be described. In FIG. 3, this state is indicated by the sequence (2).
[0056]
In the continuous energization of sequence (2), the ignition signal is turned on, the IGBT gate voltage becomes high and the collector current (primary current) is energized, and the voltage of the capacitor 40 is charged with a time constant.
[0057]
When the collector current of the IGBT 15 rises due to continuous energization and flows to the current limit value, the current limit circuit 27 operates first to make the IGBT unsaturated. As a result, the gate voltage drops and the collector current (primary current) is limited.
[0058]
The primary current limit is a feedback control circuit that detects a voltage generated in the current detection resistor 23 connected to the emitter of the IGBT 15 and controls the gate of the IGBT 15 to be in an unsaturated state. If the phase shift due to the round-trip transmission delay of the feedback loop becomes large, the collector current and the primary voltage may oscillate.
[0059]
Since the gate of the IGBT 15 has a capacitance due to its MOS structure, the phase shift increases due to the capacitance when the resistance of the IGBT gate forming the feedback loop increases. In order to reduce this phase shift, it is desirable that the resistance between the output terminal 28 of the primary current limiting circuit and the gate of the IGBT 15 be directly controlled by making the resistance as small as possible.
[0060]
Therefore, in this embodiment, the gate resistor 21 for self-bias of the IGBT 15 is removed from the primary current limiting feedback loop system. Therefore, the gate resistor 21 is not disposed between the gate terminal 22 of the IGBT 15 and the output terminal 28 of the primary current limiting circuit, and the output terminal 28 and the output terminal of the current interrupt system (also used as an IGBT self-bias terminal) 37) are separated (separated as independent terminals), and the gate resistor 21 is provided between the current limiting terminal 28 and the current interrupting system terminal 37. In this way, the output terminal 37 of the primary current cut-off circuit is connected to the gate of the IGBT 15 via the gate resistance element 21 for securing the self-bias of the IGBT 15, while the output terminal of the primary current limiting circuit 27 is connected. 28 is connected to the gate of the IGBT 15 through a line having a resistance lower than that of the gate resistance element 21 and can prevent oscillation of the primary current and voltage.
[0061]
When the current limiting state at the time of continuous energization is continued and the potential of the capacitor 40 rises to a set value, the continuous energization detection circuit 38 turns on the transistors 44 and 36 via the resistor 43 and sets the gate voltage of the IGBT 15 to a low level. To.
[0062]
As a result, the collector current is rapidly cut off, and a high voltage is induced on the secondary side of the ignition coil 14. At the same time, the above-described noise voltage is generated at the collector of the IGBT 15. However, when the voltage of the gate resistor 21 rises to the on-operation voltage of the IGBT 15 due to the Zener current generated thereby, the IGBT 15 is biased and re-energized, whereby the collector voltage Clamp.
[0063]
Although not described as an operation waveform, when an abnormality occurs and the battery voltage rises and the overvoltage detection circuit 48 operates, the transistors 50 and 36 are turned on and the gate voltage of the IGBT 15 is made low. At this time, if the collector current is energized, the collector current is rapidly cut off by this operation, and a high voltage is induced on the secondary side of the ignition coil 14. At the same time, a high voltage (noise voltage) is induced in the collector of the IGBT 15, and this noise voltage re-energizes the IGBT 15 and clamps it as described above.
[0064]
In order for the Zener diode to operate in the IGBT 15, the gate resistance 25 is required, and the value of the gate resistance needs to be determined in consideration of the Zener operating resistance and the Zener current. When the Zener operates in the absence of gate resistance, the Zener voltage increases by the operating resistance due to the Zener current and exceeds the IGBT element breakdown voltage. Further, in this state, if the voltage increase rate dv / dt is rapid, the growth of the depletion layer formed in the oxide film is not in time, and a sufficient breakdown voltage cannot be secured, which may lead to destruction. On the other hand, the primary current limiting circuit has a problem that the gate resistance cannot be increased due to the delay in the round-trip transmission of the feedback loop. Therefore, it is effective to configure the circuit as in this embodiment.
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, in an ignition device using an IGBT, the primary current limiting function is stabilized and the collector voltage clamping operation at the time of the primary current interruption is made compatible to prevent the element from being damaged, and the reliability is improved. A high ignition device can be supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional ignition device known conventionally.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart showing operation waveforms of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... ECU, 2 ... Ignition device, 3, 14 ... Ignition coil, 4 ... Spark plug, 6, 23 ... Resistance for primary current detection, 7, 27 ... Primary current limiting circuit, 15 ... IGBT, 15a ... Zener diode 21 ... Clamping gate resistance element, 22 ... Gate terminal, 28 ... Output terminal of primary current limiting circuit, 28 '... Connection point of output terminal 28, 32 ... Ignition signal input circuit, 37 ... Primary current cut-off circuit Output terminal 37 '... Connection point of output terminal 37, 38 ... Continuous energization detection circuit, 48 ... Overvoltage detection circuit, 60 ... Hybrid IC substrate, 70 ... Control IC, 100 ... Gate line.

Claims

An ignition device that energizes / cuts off a primary current that flows through an ignition coil by using a power switching element that operates in accordance with an ignition control signal. The ignition device detects a primary current and restricts the primary current from flowing beyond a predetermined value. An ignition device comprising: a primary current limiting circuit that performs a primary current cut-off circuit that cuts off a primary current by dropping a gate voltage of the power switching element to a low level;
The power switching element is an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT), and a Zener diode for IGBT protection is connected between the collector and gate of the IGBT,
The output terminal of the primary current cut-off circuit is connected to the gate of the IGBT through a resistor that applies a self-bias of the collector voltage clamp to the IGBT by the Zener current of the Zener diode, while the output terminal of the primary current limiting circuit The output terminal is connected to the gate of the IGBT through a gate line having a resistance lower than that of the resistor .
The primary current cut-off circuit includes a control circuit that lowers the gate voltage of the IGBT to a low level according to an ignition control signal, and forcibly reduces the gate voltage of the IGBT to a low level when an abnormality occurs in the gate voltage. An internal combustion engine characterized in that the output terminal of the control circuit and the forced cutoff circuit is shared, and the shared output terminal is connected to the gate line via the resistor. Ignition device.

The primary current limiting circuit and the primary current cut-off circuit are formed in one IC having their output terminals separated, and the output terminals are connected to an IGBT gate line provided on a substrate on which the IC is mounted. And the output terminal of the primary current limiting circuit is connected to the gate line at a position closer to the gate of the IGBT than the output terminal of the primary current interrupting circuit, and the output of the primary current limiting circuit in the gate line The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the resistor is provided between a terminal connection point and an output terminal connection point of the primary current cutoff circuit.

The forced cutoff circuit includes a continuous energization preventing circuit for forcibly dropping the gate voltage to a low level when the gate voltage is at a high level for a set time or more, and the gate voltage when the battery voltage is at a set value or more. the ignition apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein consisting overvoltage protection circuit to drop to a low level.

The ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the resistance is 100Ω or more.