JPH03171920A

JPH03171920A - オプトエレクトロニクス半導体素子から成る高電圧開閉器を有する高電圧回路

Info

Publication number: JPH03171920A
Application number: JP2284516A
Authority: JP
Inventors: Manfred Vogel; マンフレート・フオーゲル; Werner Herden; ベルナー・ヘルデン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1991-07-25
Also published as: WO1991007014A1; US4993395A; FR2653499A1; DE3935379A1; AU6347090A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、例えば内燃機関の点火電圧のための配電器と
しての高電圧開閉器を有する高電圧回路であって、直列
に接続された多数のオプトエレクトロニクス半導体素子
から成るカスケード回路を有する回路に関する。

従来の技術この種の高電圧回路は、特に自動車のエレクトロニクス
分野で使用されている．この回路は、内燃機関の各点火
プラグの制御のために、直列に接続された多数のオプト
エレクトロニクス半導体素子から成る高電圧開閉器を有
している．これらの半導体素子は、光の照射によって導
通状態にもたらされ得る．当該点火制御は制御装置によ
って行われており、そのおりおりの運転状態にとって最
も適した点火時点を内燃機関の運転パラメータに依存し
て常に算出している。

オプトエレクトロニクス半導体素子への光射は、発光ダ
イオードを用いて発生させることができる。

ハイブリードテクニックを用いて直列に接続されたオプ
トエレクトロニクス半導体素子をカスケード回路として
構成することは公知である。

基板の上には半導体素子が互いに列状に相並んで配置さ
れ，その際にわずかな間隔でもって相応数の発光するダ
イオード（ＬＥＤ＝発光ダイオード）がこれらの半導体
素子に向かい合っている。発光ダイオードと半導体素子
との間には透光性の絶縁体がある。半導体素子は導体路
を介して互いに接続されており、その際これらの導体路
は高電圧接続端子ラグに達している。発光ダイオードは
共通の制御端子に接続されている。この装置構成全体は
、プラスチックからなるケーシングの中にあり、該ケー
シングは紡込材料で成形される。この公知のカスケード
回路は、比較的たくさんのスペースを必要とし又複雑な
回路構造を有していて、特に多数の構戒素子を必要とす
る。

発明が解決しようとする課題本発明の課題は，上記欠点を解決するオプトエレクトロ
ニクス半導体素子からなる高電圧開閉器を有する高電圧
回路を提供することである．課題を解決するための手段上記課題は本発明により、カスケード回路が、積層形半
導体チップによって形威されており、該半導体チップは
チップ積層体の外面を形成する局面に、感光性Ｍｔ１９
領域を有するように構成されて解決される．発明の利点本発明の高電圧回路は、次のような利点を有する。すな
わち高電圧開閉器を形成するカスケード回路自体が、直
列に接続された多数のオプトエレクトロニクス半導体素
子の場合においても非常にわずかなスペースだけしか取
らないことと、さらに制御のために半導体素子の数に相
応するだけの発光ダイオード等の発光素子の数を必要と
しないことである．それどころか有利には、本発明のカ
スケード回路においては一個の発光素子だけで十分であ
る。この利点を達成するために本発明の基礎を成すカス
ケード回路は、積み重ねられた半導体チップから形成さ
れている。この回路はチップ積層体の外側を形成してい
る周面に感光性制御領域を有している。

したがってこの半導体チップは１個のチップ積層体を形
成しており、その際隣合ったチップの底面が互いに当接
する．これは基板上相並んで位置している従来技術とは
反対の構成である。

例えば４０の半導体チップを１０ｍｍの高さのチップ積
層体にまとめることは、この種の方法で簡単に実現でき
る．この種のチップの阻止な圧はそれぞれ約６００ボル
トから８００ボルトの間に位置しており、そのためこの
種の小型高電圧開閉器は例えば簡単に３０ｋｖをスイッ
チングでき、この場合この電位は内燃機関の点火プラグ
の点火にとって十分すぎるほどである。

半導体チップの感光性制御領域はチップ積層体の外面で
もある周面に配置されているので、各個別半導体チップ
の別個の制御を省くことが可能である。というのは導通
制御のためチップ積層体の全素子を検出するには、たっ
た１個の発光ダイオードの光度と光円錐だけで間に合う
からである。そのため本発明では２つの重要な手段を講
じている。すなわち１つはディスク状の半導体チップを
その底面を以って上下に重ね合わせたことであり、もう
一つは感光性制御領域をチップ積層体の外面にまとめた
ことである。

本発明の別の構成例では、上記制御領域は実質的に点状
の光源によって検出され得る寸法を有する制御面を形成
している。

本発明の別の構戒例によれば、制御領域は、実質的に点
状の光源からの発光によって検出され得る寸法で制御面
を形成している．このことによって、既に説明したよう
に特に発光ダイオードで構成され得るたった１個の光源
だけで、全カスケード回路のＩＩＪ＃は十分である。

発光ダイオードの使用は必ずしも必要ではない。という
のは別の発光素子も使用可能だからである。その際に発
光素子は直接半導体チップの制御領域と共働するか、又
は本発明の別構成である光ファイバー接続路を介して当
該共働作用が可能である。この光ファイバー接続は発光
ダイオードと制御領域で形成される制御面との間に設け
られる．後者の手段によっては非常に良好な導電派結合
が行われる。

さらに本発明による別の有利な構成例では、発光ダイオ
ードはオプトスイッチによって投入遮断接続可能で、該
オプトスイッチは、内燃機関の制御装置により作動され
る。つまり制御装置はダイレクトに高電圧カスケードを
制御を行うのではなく、オプトスイッチを働かせている
。このオプトスイッチは、制御面と共働作用する発光ダ
イオードを投入一遮断接続している。

さらに制御装置と高電圧開閉器との間には、２つの光学
的制御区間が構成されている，本発明による特に有利な
別の構戒例では、内燃機関の点火電流回路の中にあるエ
ネルギーの一部が発光ダイオードの作動のために使用さ
れている。このために高電圧回路の点火コイルは，その
二次電圧出力側でコンデンサを介して内燃機関の点火プ
ラグへ導通ずるカスケード回路と接続しており、その際
に発光ダイオードとオプトスイッチから成る直列回路が
、コンデンサに対して並列に位置している。コンデンサ
の充電電圧は発光ダイオードの作動のために使用される
６これはオプトスイッチの制御エネルギーが著しく低減
され得る利点を有する．半導体チップとして有利には、光サイリスタが用いられ
る。同じようにオプトスイッチに光サイリスタが使用さ
れる．実施例第■図には高電圧開閉器２を有する高電圧回路ｌが示さ
れており、該高電圧開閉器２はここでは図示していない
内燃機関の点火電圧のための点火電圧配電器として働く
。点火コイルの１次巻線３は、ここではあらためて詳し
く説明する必要がない公知の方法で接続されている。点
火コイル４の２次側の端子５は、カスケード回路として
構成されている高電圧開閉器２の入力側に接続されてい
る。通常、別の端子７はここでは詳しく図示していない
回路と接続しており、その回路の構造は本発明には重要
でないのでここでは省く。特に端子７はアース１８に接
続され得る。

カスケード回路６は、直列に接続された多数のオブ１へ
エレクトロニクス半導体素子から形成されている。ここ
では光サイリスタであり、該サイリスタはそれぞれの底
面で積層形状に重なり合って配置されており、特に底面
を有する隣合った半導体チップ９のｐ又は２−ゾーンは
直接相隣接し得る。

半導体チップ９として構成されるオプｉ〜エレクトロニ
クス半導体素子８は、チップ積層体ｌ１の外面ｌＯを形
成するその周而ｌ２に感光性制御領域１３を有している
。全半導体チップ９の制御領域１３は制御面１４を形成
し、該制御面１４はカスケード回路６の制御のために、
ほぼ点状の光源Ｉ５からの発光によって影響を及ぼす。

光源１５は内燃機関の制御装置ｌ６によって作動される
。

この光ｆｉ１５は、有利には発光ダイオード１７　（Ｌ
ＥＤ）で構成される．この発光ダイオード１７は直接か
又は光ファイバー接続路を介して、カスケード回路６の
制御而１４と共働作用する。（第２図）高電圧開閉器２の出力側は点火プラグＺＫの電極に通じ
ており、その対電極はアースｌ８に接続している。

点火コイル４の２次側に点火電圧パルスが構成されるや
いなや制御装置ｌ６は、算出された点火時期によって光
源１５を制御し、該光源１５の光はチップ積層体ｌ１の
制御面１４に当たる。それによって半導体開閉器２は導
通接続し、そして点火プラグＺＫに点火火花を生じさせ
る。

第２図は別の実施例を示しており、その中で同し部材に
は同じ番号が付されている。

第２図の実施例における分岐では、点火コイル４の２次
側の端子５は、直接ではなくコンデンサー〇を介して高
電圧開閉器２に通じている。

コンデンサＣと並列して１個の直列回路６が位置してお
り、この回路６は、発光ダイオード１７　（ＬＥＤ）と
オブｌ・スイッチ２０から構成される。オブ１・スイッ
チ２０は光サイリスタＴＨとして構威される。チップ積
層体ｌ１の半導体チップ９も同じように光サイリスタと
して構成される。発光ダイオード１７はその発光が高電
圧開閉器２の制御面１４に当たる様に位置決めされる。

このことは第２図において作用結合路２ｌで概略して措
かれている。同じように概略して描かれている作用結合
路２２は制御装置ｌ６と光サイリスタＴ　Ｈとの間で形
成されている。

この作用結合路２２は、制御装置１６から発生する光パ
ルスが光サイリスタＴＨの感光面に届き，それによって
該光サイリスタＴＨがその導通状懇にもたらされること
を示している。

作動状態でコンデンサＣは、第２図において示された極
性に応じて点火コイル４によって充電される。点火コイ
ル４の２次側において点火電圧パルスが、その最大値の
ほぼ半分に達するやいなや制御装置１６の光パルス（長
さ約５μｓ）によって光サイリスタＴＨが点火される．
このことによりコンデンサＣは発光ダイオード１７を介
して放電する。この発光ダイオード１７はその光がカス
ケード回路６の制御面に１４に降るように発光する。こ
のことは高電圧開閉′ａ２の半導体チップ９をその導通
状態に導き、ひいては高電圧カスケードが導通接続され
さらに点火作用を構成するための点火電圧パルスが点火
ブラグＺＫに送出される．発明の効果本発明により高電圧開閉器を形成するカスケード同路自
体が、直列に接続された多数のオプトエレクトロニクス
半導体素子の場合においても非常にわずかなスペースし
か取らず、さらに制御のために半導体素子の数に相応す
るだけの発光素子の数を必要としないような高電圧回路
が得られる。特に本発明のカスケード回路においてはた
った一個の発光素子だけで十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は高電圧回路の基本回路図で、第２図は高電Ｆ［
回路の有利な実施例を示してある。１・・高電圧回路、２・・・高電圧開閉器、３・・・１
次巻線、４・・・点火コイル、５・・端子、６・・・カ
スケード同路、７・・・端子、８・・半導体素子、９・
・半導体チップ、１０・・・外而、１ｌ・・・チップ積
層体、ｌ２・・・周面、１３・・・制御領域、１４・・
・制御而、１５・・・光源、Ｉ６・・・制御装置、１７
・・・発光ダイオード、ｌ８・・アース、１９・・直列
回路、２０・・・オプトスイッチ、２１．２２・・・作
用結合路手続補正書（自発）平戊２午１１月２７日

Claims

【特許請求の範囲】１、高電圧開閉器を有する高電圧回路であって、直列に
接続された多数のオプトエレクトロニクス半導体素子か
ら成るカスケード回路を有する、例えば内燃機関の点火
電圧のための配電器としての高電圧開閉器付回路におい
て、上記カスケード回路（６）は、積層形半導体チップ
（９）によって形成されており、該半導体チップ（９）
はチップ積層体（１１）の外面（１０）を形成する周面
（１２）に、感光性制御領域（１３）を有していること
を特徴とする高電圧開閉器を有する高電圧回路。２、上記制御領域（１３）は、実質的に点状の光源（１
５）からの発光によって検出され得る寸法を有する制御
面（１４）を形成している請求項１記載の高電圧回路。３、光源（１５）は発光ダイオード（１７）である請求
項１または２記載の高電圧回路。４、発光ダイオード（１７）と制御面（１４）との間で
光ファイバー接続路が設けられている請求項１から３い
ずれか１記載の高電圧回路。５、発光ダイオード（１７）はオプトスイッチ（２０）
によって投入−遮断接続可能で、該オプトスイッチ（２
０）は、内燃機関の制御装置により作動される請求項１
から４いずれか１記載の高電圧回路。６、点火コイル（４）の二次電圧出力側が、コンデンサ
（Ｃ）を介して内燃機関の点火プラグ（ＺＫ）へ導かれ
ているカスケード回路（６）に接続されており、その際に発光ダイオード（１
７）とオプトスイッチ（２０）から成る直列回路（１９
）が、コンデンサ（Ｃ）に対して並列に設けられている
請求項１から５いずれか１記載の高電圧回路。７、半導体チップ（９）が光サイリスタとして構成され
ている請求項１から６いずれか１記載の高電圧回路。８、オプトスイッチ（２０）は一個の光サイリスタ（Ｔ
Ｈ）である請求項１から７いずれか１記載の高電圧回路
。