JP6395565B2 - イグナイタおよび車両 - Google Patents
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Description
第1電圧レベルをVREG、第1抵抗の抵抗値をR1、可変インピーダンス回路のインピーダンスをRvと書くとき、式(1)の時変電圧VSSOを生成できる。
VSSO=VREG×Rv/(R1+Rv) …(1)
そして可変インピーダンス回路のインピーダンスRvを最大値RMAXから最小値RMIN(ゼロ)に向かって低下させることにより、時変電圧VSSOを、VREG×RMAX/(R1+RMAX)からゼロまで変化させることができる。
この構成では、可変インピーダンス回路のインピーダンスRvは、第2抵抗の抵抗値R2と、第1トランジスタのオン抵抗(オフ抵抗)の合成抵抗となる。第1トランジスタの制御端子に第1スロープ電圧を印加するとそのオン抵抗は、時間とともに低下する。したがって可変インピーダンス回路のインピーダンスを、時間とともに低下させることができる。
この構成によれば、時間とともにリニアに増大する第1スロープ電圧が生成でき、第1トランジスタをMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)とすることで、そのオン抵抗(オフ抵抗)を好適に制御できる。
この態様によれば、短い時定数を用いて、複数の可変インピーダンス要素を順に制御することにより、長い時定数を得ることができる。これにより、外付けのキャパシタや抵抗等を用いなくても、IC(Integrated Circuit)内で、長い時定数を生成できる。
この態様によっても、可変インピーダンス要素を直列に接続した場合と同様に、長い時定数を得ることができる。
スロープ電流源が高電位側、第3抵抗が低電位側に配置される場合、スロープ電流を時間とともに減少させることで、時変電圧を低下させることができる。
反対にスロープ電流源が低電位側、第3抵抗が高電位側に配置される場合、スロープ電流を時間とともに増加させることで、時変電圧を低下させることができる。
これにより回路面積の増大を抑制しつつ、ソフトシャットオフ機能を実現できる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図5は、図4のイグナイタ200の動作波形図である。
時刻t0に、点火信号IGTがアサートされ、判定信号SDETがハイレベルに遷移する。駆動ステージ300Bは、スイッチ素子202のゲートにハイレベル電圧を印加してスイッチ素子202をターンオンする。スイッチ素子202がオンすると、コイル電流ICは時間とともに一定の傾きで増大していく。
アンプ326は、電圧コンパレータ328と出力トランジスタ330とを備える。出力トランジスタ330は、スイッチ素子202の制御端子(ゲート)と接地ライン312の間に設けられる。電圧コンパレータ328は、検出電圧VCSと時変電圧VSSOを比較し、検出電圧VCSが時変電圧VSSOを超えると出力トランジスタ330をオンする。
時変電圧生成回路324は、第1抵抗R1、第1ノードN1、可変インピーダンス回路332を備える。時変電圧VSSOは第1ノードN1に発生する。第1抵抗R1は、所定の第1電圧レベルVREGにレギュレートされた第1電圧ライン313と第1ノードN1の間に設けられる。可変インピーダンス回路332は、第1ノードN1と接地ライン312の間に設けられる。可変インピーダンス回路332は、通電保護信号S11がアサートされると、そのインピーダンスRvが、初期電圧VINITに対応する初期インピーダンス(最大値)RMAXからゼロ(最小値RMIN)まで時間とともに小さくなる。
VSSO=VREG×Rv/(R1+Rv) …(1)
そして可変インピーダンス回路332のインピーダンス(抵抗値)Rvを最大値RMAXから最小値RMIN(=0)に向かって低下させることにより、時変電圧VSSOを、VREG×R1/(R1+RMAX)から0まで低下させることができる。
可変インピーダンス要素Rvはそれぞれ、第2抵抗R2、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、第3トランジスタM3を含む。なお、N番目の可変インピーダンス要素Rvについては、第3トランジスタM3を省略してもよい。
可変インピーダンス要素Rv1〜RvNは同様に構成される。i番目の可変インピーダンス要素Rviに関して、第2抵抗R2i、第2トランジスタM2i、第1トランジスタM1iは、第1ノードN1と接地ライン312の間に直列に接続される。第3トランジスタM3iは、第2抵抗R2i、第2トランジスタM2i、第1トランジスタM1iの両端間に並列に設けられる。N番目の可変インピーダンス要素RvNに関して、第3トランジスタM3Nは省略してもよい。
図12(a)、(b)に示すように、時変電圧生成回路324cは、第3抵抗R3およびスロープ電流源350を含む。第3抵抗R3の一端の電位は固定される。スロープ電流源350は、第3抵抗R3と接続され、通電保護信号S11がアサートされると、時間とともに変化するスロープ電流ISLPを生成する。図12(a)では、スロープ電流ISLPを最大値からゼロに向かって時間とともに減少させることで、時変電圧VSSOを生成できる。図12(b)では、スロープ電流ISLPをゼロから最大値に向かって時間とともに増大させることで時変電圧VSSOを生成できる。
図15(a)は、第1変形例に係るイグナイタ200の一部の回路図である。この変形例では、ゲートドライバ308のローサイドトランジスタMLが、アンプ326の出力トランジスタ330と兼用される。
図15(b)は、第2変形例に係るイグナイタ200の一部の回路図である。この変形例では、アンプ326は、電圧コンパレータ328に代えて誤差増幅器329を含む。誤差増幅器329は、検出電圧VCSと時変電圧VSSOの誤差に応じて出力トランジスタ330の制御端子の電圧を調節する。
図15(c)は、第3変形例に係るイグナイタ200の一部の回路図である。この変形例では、ソフトシャットオフ回路320とは別に、過電流保護回路321をさらに備える。アンプ326は、通電保護信号S11がアサートされる前は非動作状態であり、通電保護信号S11がアサートされた後に動作状態となってスイッチ素子202の制御端子の電圧を変化させる。
実施の形態では、電流センス抵抗RCSによりコイル電流ICを検出したが、本発明はそれに限定されない。コイル電流ICを検出する手段としては、スイッチ素子202に流れる電流をカレントミラー回路によりコピーし、コピーされた電流を検出してもよいし、スイッチ素子202のオン抵抗を利用してコイル電流を検出してもよい。あるいは、イグニッションコイル104に補助巻線を追加し、補助巻線に流れる電流にもとづいてコイル電流ICを推定してもよい。
Claims (24)
- イグニッションコイルの1次コイルと接続されるスイッチ素子と、
ECU(Engine Control Unit)からの点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
を備え、
前記スイッチ制御装置は、
前記点火信号に応じた電圧を所定の基準電圧と比較し、判定信号を生成する判定ステージと、
前記判定信号に応じて前記スイッチ素子のオン、オフを制御する駆動ステージと、
前記判定信号が前記スイッチ素子のオンに対応するアサートレベルである状態が、所定の通電保護時間にわたり持続すると、通電保護信号をアサートするタイマー回路と、
前記通電保護信号のアサートを契機として、初期電圧から時間とともに低下する時変電圧を生成する時変電圧生成回路と、
前記スイッチ素子に流れるコイル電流に応じた検出電圧が前記時変電圧に近づくように、前記スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させるアンプと、
を含み、
前記時変電圧生成回路は、
前記時変電圧が発生する第1ノードと、
所定の第1電圧レベルにレギュレートされた第1電圧ラインと前記第1ノードの間に設けられた第1抵抗と、
前記第1ノードと接地ラインの間に設けられた可変インピーダンス回路であって、前記通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、前記初期電圧に対応する初期インピーダンスから時間とともに小さくなる可変インピーダンス回路と、
を含むことを特徴とするイグナイタ。 - イグニッションコイルの1次コイルと接続されるスイッチ素子と、
ECU(Engine Control Unit)からの点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
を備え、
前記スイッチ制御装置は、
前記点火信号に応じた電圧を所定の基準電圧と比較し、判定信号を生成する判定ステージと、
前記判定信号に応じて前記スイッチ素子のオン、オフを制御する駆動ステージと、
前記判定信号が前記スイッチ素子のオンに対応するアサートレベルである状態が、所定の通電保護時間にわたり持続すると、通電保護信号をアサートするタイマー回路と、
前記通電保護信号のアサートを契機として、初期電圧から時間とともに低下する時変電圧を生成する時変電圧生成回路と、
前記スイッチ素子に流れるコイル電流に応じた検出電圧が前記時変電圧に近づくように、前記スイッチ素子の制御端子の電圧を変化させるアンプと、
を含み、
前記時変電圧生成回路は、
前記時変電圧が発生する第1ノードと、
一端の電位が固定され、他端が前記第1ノードと接続された第3抵抗と、
前記第3抵抗と接続され、前記通電保護信号のアサートを契機として、時間とともに変化するスロープ電流を生成するスロープ電流源と、
を含むことを特徴とするイグナイタ。 - 前記アンプは、前記スイッチ素子の前記制御端子から電流をシンクするように構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のイグナイタ。
- 前記アンプは、前記検出電圧が前記時変電圧より高いときに、前記検出電圧が前記時変電圧に近づくように、前記スイッチ素子の前記制御端子の電圧を変化させることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のイグナイタ。
- 前記アンプは、
前記スイッチ素子の前記制御端子と接地ラインの間に設けられた出力トランジスタと、
前記検出電圧と前記時変電圧を比較し、前記検出電圧が前記時変電圧を超えると前記出力トランジスタをオンする電圧コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のイグナイタ。 - 前記アンプは、
前記スイッチ素子の前記制御端子と接地ラインの間に設けられた出力トランジスタと、
前記検出電圧と前記時変電圧の誤差に応じて前記出力トランジスタの制御端子の電圧を調節する誤差増幅器と、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のイグナイタ。 - 前記スロープ電流源は、
第4トランジスタおよび第5トランジスタを含む差動トランジスタ対と、
前記差動トランジスタ対と接続されるテイル電流源と、
前記第4トランジスタの制御端子に所定の第1バイアス電圧を供給する第1バイアス回路と、
前記通電保護信号のアサートを契機として、前記第1バイアス電圧と同じ電圧レベルから時間とともに変化する第2バイアス電圧を生成し、前記第5トランジスタの制御端子に供給する第2バイアス回路と、
を含み、前記第5トランジスタに流れる電流に応じてスロープ電流を生成することを特徴とする請求項2に記載のイグナイタ。 - 前記第1バイアス回路は、
所定の第2電圧が供給される第2電圧ラインと前記第4トランジスタの制御端子の間に設けられた第4抵抗と、
前記第4トランジスタの制御端子と接地ラインの間に設けられた第5抵抗と、
を含み、
前記第2バイアス回路は、
前記第2電圧ラインと前記第5トランジスタの制御端子の間に設けられた第6抵抗と、
前記第5トランジスタの制御端子と前記接地ラインの間に設けられ、前記通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、前記初期電圧に対応する初期インピーダンスからゼロに向かって時間とともに小さくなる可変インピーダンス回路と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載のイグナイタ。 - 前記スロープ電流源は、
複数N個(Nは2以上の整数)の可変電流源であって、各可変電流源は、その出力電流が所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている、複数の可変電圧源と、
前記複数N個の可変電流源を制御する電流コントローラであって、前記複数N個の可変電流源を順に選択し、選択された前記可変電流源の出力電流を、前記最大値と前記最小値の間で時間とともに変化させる電流コントローラと、
を含み、
前記スロープ電流源は、前記複数N個の可変電流源の出力電流の合計を出力することを特徴とする請求項2に記載のイグナイタ。 - 前記電流コントローラは、
前記通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに変化する第2スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第2スロープ電圧源と、
前記第2スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Nビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、
を含み、前記電流コントローラは、前記サーモメータコードに応じたひとつの可変電流源を選択し、選択された可変電流源の出力電流を前記第2スロープ電圧に応じて制御し、前記サーモメータコードに応じて既に選択された可変電流源の出力電流を、制御後の最終値で固定することを特徴とする請求項9に記載のイグナイタ。 - 各可変電流源は、
第4トランジスタおよび第5トランジスタを含む差動トランジスタ対と、
前記差動トランジスタ対と接続されるテイル電流源と、
前記第4トランジスタの制御端子に所定の第1バイアス電圧を供給する第1バイアス回路と、
前記第2スロープ電圧および前記サーモメータコードに応じて、前記第5トランジスタの制御端子に第2バイアス電圧を供給する第2バイアス回路と、
を含み、前記第5トランジスタに流れる電流を出力することを特徴とする請求項10に記載のイグナイタ。 - 前記スロープ電流源は、
そのベース/ゲートに所定電圧を受ける第6トランジスタと、
前記第6トランジスタのエミッタ/ソースと接地ラインの間に設けられる可変インピーダンス回路であって、前記通電保護信号のアサートを契機として、そのインピーダンスが、前記初期電圧に対応する初期インピーダンスから時間とともに変化する可変インピーダンス回路と、
を含み、前記第6トランジスタに流れる電流に応じて、前記スロープ電流を生成することを特徴とする請求項2に記載のイグナイタ。 - 前記可変インピーダンス回路は、
前記第1ノードと前記接地ラインの間に設けられた第2抵抗と、
前記第2抵抗と並列に設けられた第1トランジスタと、
前記通電保護信号のアサートを契機として時間とともに増大する第1スロープ電圧を生成し、前記第1トランジスタの制御端子に供給する第1スロープ電圧源と、
を含むことを特徴とする請求項1または12に記載のイグナイタ。 - 前記第1スロープ電圧源は、
第1キャパシタと、
前記第1キャパシタに所定の電流を供給する第1電流源と、
前記第1キャパシタと並列に設けられ、前記通電保護信号に応答してオン、オフが制御される第1スイッチと、
を含み、前記第1キャパシタの電圧が前記第1スロープ電圧であることを特徴とする請求項13に記載のイグナイタ。 - 前記可変インピーダンス回路は、
直列に接続される複数N個(Nは2以上の整数)の可変インピーダンス要素であって、各可変インピーダンス要素は、そのインピーダンスが所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている、複数の可変インピーダンス要素と、
前記複数N個の可変インピーダンス要素を制御するインピーダンスコントローラであって、前記複数N個の可変インピーダンス要素を順に選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最大値から前記最小値に向けて時間とともに変化させるインピーダンスコントローラと、
を含むことを特徴とする請求項1または12に記載のイグナイタ。 - 前記インピーダンスコントローラは、
前記通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに増大する第1スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第1スロープ電圧源と、
前記第1スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Nビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、
を含み、
前記サーモメータコードに応じたひとつの前記可変インピーダンス要素を選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを前記第1スロープ電圧に応じて制御し、前記サーモメータコードに応じて既に選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最小値で固定することを特徴とする請求項15に記載のイグナイタ。 - 前記可変インピーダンス要素はそれぞれ、
第2抵抗と、
前記第2抵抗の高電位側の一端と前記接地ラインの間に直列に設けられた第1トランジスタおよび第2トランジスタと、
前記第2抵抗の高電位側の一端と前記接地ラインの間に設けられた第3トランジスタと、
を含み、
前記インピーダンスコントローラは、前記第1スロープ電圧を前記複数の可変インピーダンス要素それぞれの前記第1トランジスタの制御端子に出力し、前記サーモメータコードの第iビット(1≦i≦N)に応じて、i番目の可変インピーダンス要素の前記第2トランジスタおよび(i−1)番目の可変インピーダンス要素の前記第3トランジスタを制御することを特徴とする請求項16に記載のイグナイタ。 - 前記可変インピーダンス回路は、
並列に接続される複数N個(Nは2以上の整数)の可変インピーダンス要素であって、各可変インピーダンス要素は、そのインピーダンスが所定の最小値と所定の最大値の間で、制御信号に応じて可変に構成されている、複数の可変インピーダンス要素と、
前記複数N個の可変インピーダンス要素を制御するインピーダンスコントローラであって、前記複数N個の可変インピーダンス要素を順に選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最大値から前記最小値に向けて時間とともに変化させるインピーダンスコントローラと、
を含むことを特徴とする請求項1または12に記載のイグナイタ。 - 前記インピーダンスコントローラは、
前記通電保護信号のアサートを契機として動作を開始し、時間とともに増大する第1スロープ電圧を周期的に繰り返し発生する第1スロープ電圧源と、
前記第1スロープ電圧の周期ごとにアサートされる周期信号を受け、Nビットのサーモメータコードを生成するカウンタと、
を含み、
前記サーモメータコードに応じたひとつの前記可変インピーダンス要素を選択し、選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを前記第1スロープ電圧に応じて制御し、前記サーモメータコードに応じて既に選択された前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを、前記最小値で固定することを特徴とする請求項18に記載のイグナイタ。 - 前記可変インピーダンス要素はそれぞれ、
前記第1ノードと前記接地ラインの間に直列に接続された第2抵抗、第1トランジスタおよび第2トランジスタと、
前記第2抵抗、前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの両端間に設けられた第3トランジスタと、
を含み、
前記インピーダンスコントローラは、前記第1スロープ電圧を前記複数の可変インピーダンス要素それぞれの前記第1トランジスタの制御端子に出力し、前記サーモメータコードの第iビット(1≦i≦N)に応じて、i番目の可変インピーダンス要素の前記第2トランジスタおよび(i−1)番目の可変インピーダンス要素の前記第3トランジスタを制御することを特徴とする請求項19に記載のイグナイタ。 - 前記アンプは、前記コイル電流がカレントリミットを超えないように前記スイッチ素子の前記制御端子の電圧を変化させる過電流保護回路を兼ねており、前記初期電圧は、前記カレントリミットに応じて定められることを特徴とする請求項1から20のいずれかに記載のイグナイタ。
- 前記アンプは、前記通電保護信号がアサートされる前は非動作状態であり、前記通電保護信号がアサートされた後に、前記スイッチ素子の前記制御端子の電圧を変化させる動作状態となることを特徴とする請求項1から21のいずれかに記載のイグナイタ。
- 前記スイッチ制御装置は、ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から22のいずれかに記載のイグナイタ。
- ガソリンエンジンと、
点火プラグと、
1次コイルと、前記点火プラグと接続される2次コイルと、を有するイグニッションコイルと、
前記点火プラグの点火を指示する点火信号を生成するECUと、
前記点火信号に応じて前記イグニッションコイルを駆動する請求項1から23のいずれかに記載のイグナイタと、
を備えることを特徴とする車両。
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