JPH11512504A - 点火出力段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 出力段が２段または３段のダーリントンとして構成されておりかつ過電圧に対する保護のために内部の１段のまたは外部の多段の、ツェナーダイオードを介するクランプを備えており、ダーリントンの制御接続端子における寄生電流に対する保護のために、点火ダーリントンのベースエミッタ区間に並列に、短絡トランジスタが設けられている、例えば内燃機関用の点火出力段が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 点火出力段 本発明は、請求項１の上位概念に記載の点火出力段から出発する。この種の点 火出力段は既に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２３３９８９６号公報から公 知である。内燃機関に対するこの種の公知の点火出力段では、点火コイルの１次 巻線はスイッチングトランジスタのスイッチング区間に直列に接続されている。 スイッチングトランジスタはダーリントン回路として実現されており、その際コ レクタ・ベース区間に並列にツェナーダイオードが接続されている。このツェナ ーダイオードは、スイッチングトランジスタのスイッチング区間における電圧が 許容値を上回らないように配慮する。スイッチングトランジスタに対して危険で ある高電圧は殊に、スイッチングトランジスタのスイッチング区間が非道通状態 に移行する際に生じかつ１次側に変換される高電圧によって発生される。 コレクタ・エミッタ電圧がベース・コレクタダイオードのツェナー電圧に達す ると、点火ダーリントンのベースにツェナー電流が流れる。これにより点火ダー リントンは再び導通切換され、その結果クランプ作動において同時に電圧が生じ かつ、点火火花がコイルの２次側に閃絡しかつ残りのコイルエネルギーが火花区 間に流れるまで電流が流れる。 点火回路の点火コイルは点火分配器を介する分配が循環している場合または分 配が停止している場合は内燃機関の相応の点火プラグに直接接続されている。そ の際例えばスイッチングトランジスタと点火コイルとの間およびスイッチングト ランジスタとアースとの間および点火ダーリントンの制御回路と点火ダーリント ンのベースとの間の個々の接続端子間に非常に長いケーブル長が生じることがあ る。電気ケーブルに基づいて存在するオーミック抵抗およびインダクタンスはア ンテナ作用を有しているので、点火過程の際に、スイッチングトランジスタのベ ース線路に僅かながらも寄生ベース電流が供給され、このために、点火電圧は非 常に緩慢にしか点火のために必要な完全な値に達することができない。というの は、スイッチングトランジスタはこの寄生電流によって再び多少導通制御される からである。この効果に対処するには、エミッタ線路およびコレクタ線路をでき るだけ短く実現しまたはスイッチングトランジスタのベースに対して遮蔽された 制御線路を使用する。 発明の利点 請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明は、従来技術に比べて、スイ ッチングトランジスタのベース線路が寄生作用から簡単、低価格でしかも非常に 効果的に防護されるという利点を有している。更に、 この回路は非常に申し分なくモノリシック集積可能である。 実施例 本発明の実施例は図示されている。その際： 第１図は内部の、１段のクランプ段と本発明の短絡トランジスタとを備えた点火 出力段の第１の実施例の略図であり、 第２図は外部の、多段のクランプ段を備えた点火出力段の第２の実施例の略図で ありかつ 第３図は内部の、１段のクランプ段と本発明の短絡トランジスタとを備えた点火 出力段の第２の実施例の略図であり、 第４図は短絡トランジスタのないクランプ電圧の経過を示す線図であり、 第５図は短絡トランジスタを備えたクランプ電圧の経過を示す線図であり、 第６図は点火ダーリントンがモノリシック集積されている短絡トランジスタの略 図である。 実施例の説明 第１図は、内燃機関の点火装置に使用されるような、内部の１段のツェナーク ランプ段を備えた点火出力段の略図である。第１図の回路は、図示されていない 点火プラグに接続されている２次側を有する点火コイル１から成っている。点火 コイル１の１次巻線は一方において車両の例えば図示されていないバッテリーの 給電電圧ＵＢに接続されておりかつ他方において電力トランジスタＴ１を介して アースに接続されている。電力トランジスタＴ１にドライバトランジスタＴ２が 、２段のダーリントントランジスタが生じるように前置接続されている。電力ト ランジスタＴ１のコレクタ・エミッタは１次巻線に直列に接続されており、かつ 電力トランジスタＴ１のベースはドライバトランジスタＴ２のエミッタに接続さ れている。電力トランジスタＴ１およびドライバトランジスタＴ２にそれぞれベ ース・エミッタ抵抗Ｒ１ないしＲ２が配属されている。 電力トランジスタＴ１のコレクタ・ベース区間に並列に、ツェナーダイオード Ｚ１が設けられている。このツェナーダイオードＺ１は、電力トランジスタＴ１ が充電電流の遮断の際に点火コイルに高電圧を誘起するとき、電力トランジスタ Ｔ１を過電圧から保護するために用いられる。このことは、ツェナーダイオード 降伏電流が電力トランジスタＴ１のベース電流に流れかつダーリントンが再び導 通制御されることによって行われる。ダーリントントランジスタ内の電力トラン ジスタＴ１のコレクタ・ベース間に並列にツェナーダイオードＺ１をこのように 配置することが内部の、１段のクランプである。しかしこの配置は既に公知であ る。本発明に重要な特徴は短絡トランジスタＴ３の配置にあり、その際短絡トラ ンジスタＴ３のコレクタ・ エミッタ間はダーリントントランジスタのベース・エミッタ間に並列に接続され ており、即ち短絡トランジスタＴ３のコレクタはドライバトランジスタＴ２のベ ース接続端子に接続されておりかつ短絡トランジスタＴ３のエミッタはアースを 介して電力トランジスタＴ１のエミッタに接続されている。ダーリントントラン ジスタのドライバトランジスタＴ２のコレクタから短絡トランジスタＴ３のベー スへの接続路に、抵抗Ｒ３および第２のツェナーダイオードＺ２が存在している 。第２のツェナーダイオードＺ２は、ダーリントンコレクタの電位が作動電圧の 近傍にくるときに、短絡トランジスタＴ３が点火コイルの充電フェーズの期間に 既に導通制御されることを妨げる。その際抵抗Ｒ３は、ツェナーダイオードＺ１ の３００ないし４００Ｖのクランプ電圧において、短絡トランジスタＴ３に対し て十分なベース電流が流れることができるように選定される。 第２図には別の実施例が示されている。ダーリントントランジスタおよび点火 コイルの配置は第１図の配置に相応しかつ同じ素子には同じ参照番号が付されて いる。第１図とは異なって、この点火装置は外部の、多段のクランプを有してお り、即ちクランプに対するツェナーダイオードＺ１は、ドライバトランジスタＴ ２のコレクタ・エミッタ間に並列に、即ち、２段のダーリントントランジスタの 外部に配置されている。更 に、第１のツェナーダイオードＺ１とドライバトランジスタＴ１のベース接続端 子との間にこのツェナーダイオードに直列にダイオードＤ１が配置されている。 このダイオードＤ１はドライバトランジスタのベースをダーリントンコレクタか ら減結合するために用いられる。１次巻線と、同時にダーリントンのコレクタを 形成する、制御トランジスタのコレクタとの間のタップから、ツェナーダイオー ドＺ１とダイオードＤ１とから成るクランプ分岐はダーリントンの制御接続端子 、即ちドライバトランジスタＴ２のベースに導かれている。更に、１次巻線とダ ーリントンのコレクタとの間のこのタップは、第１図の場合と同様に、保護抵抗 Ｒ３と第２のツェナーダイオードＺ２を介して短絡トランジスタＴ３のベースに 接続されている。この作用は第１図において既に説明した。この第２図において は第１図とは異なって、短絡トランジスタＴ３のコレクタとダーリントンの制御 接続端子との間に第２のダイオードＤ２が配置されている。このダイオードはク ランプ回路を減結合するので、クランプ回路を介して、その都度流れるコレクタ 電流の維持のために必要とされるベース電流のみが流れる。寄生的に流れるベー ス電流はいずれもここでは短絡される。 第３図には本発明の短絡回路の第３の実施例が示されている。第１図の場合と 同様に、この配置でも、点火コイルを流れる充電電流の制御は２段のダーリント ントランジスタを介して行われる。過電圧から保護するための電圧クランプは、 第１図に基づいて既に説明した、１段の内部のクランプとして実現されている。 第１図とは異なって、ダーリントンはベース入力抵抗Ｒ４を有しており、この抵 抗は、ダーリントンが無電流状態から制御される作動に投入接続されるように考 慮する。ベース入力抵抗Ｒ４とダーリントンの制御接続端子との間に、短絡トラ ンジスタＴ３のコレクタが接続されている。短絡トランジスタＴ３のベースは、 第１図の場合と同様に、保護抵抗Ｒ３を介してダーリントンのコレクタに接続さ れている。ベース入力抵抗Ｒ４に並列に、抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６から成る分圧 器がアースに向かって接続されており、その際分圧器のタップは第４のトランジ スタＴ４のベースに接続されている。第４のトランジスタＴ４のコレクタは、保 護抵抗Ｒ３と短絡トランジスタＴ３との間の接続点に導かれている。これにより 、短絡トランジスタＴ３に対する制御電流は、ダーリントンのベースに対する反 転された制御信号から得られる。制御信号がダーリントンのベースに加えられる と、第４のトランジスタのコレクタはアース電位になりかつ短絡トランジスタは 無電流状態に留まる。ダーリントンのベースに制御信号がないと、トランジスタ Ｔ４は無電流でありかつ短絡トランジスタＴ３は高抵抗の保護抵抗Ｒ３を介して ベース電流が供給されかつダーリントンのベース・エ ミッタ間を短絡する。この接続構成において、短絡トランジスタに前置接続され ているツェナーダイオードは省略することができる。ベース入力抵抗Ｒ４によっ て、無電流のダーリントン作動（短絡トランジスタＴ３アクティブ）から制御さ れる作動（短絡トランジスタＴ３開放）への移行が可能になる。分圧器Ｒ５／Ｒ ６は、トランジスタＴ４における制御電流が消失することを妨げる。同時にこの 分圧器は、ベース・エミッタ間の電圧に無関係に、トランジスタＴ１の投入接続 しきい値が実現されるように考慮する。第３図のこの回路は、第１図および第２ 図の実施例とは異なって、連続火花点火も可能であるという利点を有している。 というのは、短絡トランジスタＴ３は再び遮断されかつこれによりダーリントン は再び投入接続されるからである。 各実施例の機能を第４図および第５図に基づいてもう一度説明する。ここで電 圧経過は一方において短絡トランジスタのない場合（第４図）および一方におい て短絡トランジスタのある場合（第５図）として示されている。対象の点火回路 は、制御トランジスタＴ１に対して直接内部クランプされている３段のダーリン トントランジスタであり、一方短絡トランジスタＴ３はダーリントントランジス タの第３のベースに作用する。クランプは、短絡トランジスタＴ３のない場合、 複数回の電圧低下を経て約３０μｓ後に漸く完全な値 に達し、コレクタ電流は複数回の再投入接続効果に相応して緩慢にしか減衰せず しかもリニヤに減衰しない。短絡トランジスタＴ３を備えた点火回路における電 圧は２０μｓ後に既に実現される。過振動は、容量およびオーミック分圧器が正 確に同調されていない特有のクランプ系に関連している。遮断過程のこの改良お よびクランプの寄生的な再投入接続の抑圧によって、この回路はすべての点火用 途に対して使用可能である。 しばしば、点火ダーリントンが外部のベース接続端子を介して外部からツェナ ー化される点火装置もある。この場合、短絡トランジスタは第２図に示されてい るように接続形成することができる。 点火ダーリントンが集積回路として構成されることは既に制御装置から公知で ある。しかし短絡トランジスタもここでは申し分なくこの回路にモノリシックに 集積される。 短絡トランジスタＴ３を集積構造において実現することは、短絡トランジスタ Ｔ３のコレクタがダーリントンのコレクタから分離されているように、アイソレ ーション拡散を用いて行われる。このアイソレーション拡散では、第６図に示さ れているように、ｎ⁺およびｐ⁺タブが別のγおよびπタブに埋め込まれなければ ならない。これらの高抵抗のγおよびπ拡散によって、短絡素子のベースおよび コレクタがサブストレー トコレクタに対して効果的にアイソレーションされる。Ｔ３のコレクタベース区 間の阻止能力は、必ずしもクランプ電圧に相応している必要はない。というのは 、前置接続されている抵抗Ｒ３においてクランプ電圧の大部分が降下するからで ある。 同じ手法において、ｐ帯域によるツェナーダイオードの集積が、２γ／πタブ に埋め込まれて、２０〜５０Ｖの阻止電圧によって実現される。ここでもツェナ ーダイオードは同様にπ拡散を介してサブストレートコレクタからアイソレーシ ョンされている。 保護抵抗Ｒ３の集積は比較的広い面に拡がるので、既存のカバー電極部分抵抗 を同時に、短絡トランジスタＴ３に対する制御抵抗としても使用することができ る。そうすれば、カバー電極クランプおいて、制御抵抗に対する付加的な所要面 積が生じない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年７月２５日 【補正内容】 請求の範囲 １．ドライバトランジスタ（Ｔ２）と制御トランジスタ（Ｔ１）とを有するダ ーリントントランジスタを備えた内燃機関用の点火出力段であって、ダーリント ントランジスタのベース・エミッタ間に並列に、短絡トランジスタ（Ｔ３）のコ レクタ・エミッタ間が設けられており、かつ前記ダーリントントランジスタは該 ダーリントントランジスタのドライバトランジスタ（Ｔ２）のコレクタ・エミッ タ間に並列に接続されているツェナーダイオード（Ｚ１）を用いた内部クランプ を有しておりかつ前記短絡トランジスタの制御接続端子は高オーミックの保護抵 抗（Ｒ３）とツェナーダイオード（Ｚ２）との直列接続を介して前記ダーリント ントランジスタのコレクタに接続されておりかつ前記保護抵抗（Ｒ３）は、前記 短絡トランジスタ（Ｔ３）に対する十分なベース電流が流れるように選定されて いる ことを特徴とする点火出力段。 ２．前記短絡トランジスタ（Ｔ３）のコレクタと前記ダーリントントランジス タの制御接続端子との間に減結合ダイオード（Ｄ２）が設けられている 請求項１記載の点火出力段。 ３．前記高オーミックの抵抗（Ｒ３）と前記短絡トランジスタ（Ｔ３）の制御 接続端子との間に第４のト ランジスタ（Ｔ４）のコレクタが接続されておりかつ第４のトランジスタ（Ｔ４ ）のベースは分圧器（Ｒ５／Ｒ６）を介して前記ダーリントントランジスタの制 御接続端子に接続されておりかつ該第４のトランジスタのエミッタはアースに接 続されている 請求項１および２記載の点火出力段。 ４．ツェナーダイオード，短絡トランジスタ，高オーミック抵抗（Ｒ３）およ び第４のトランジスタ（Ｔ４）のようなすべての構成要素はモノリシックに集積 可能である 請求項１から３までのいずれか１項記載の点火出力段。 【図１】 【図２】 【図３】 【図６】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ドライバトランジスタ（Ｔ２）と制御トランジスタ（Ｔ１）とを有するダ ーリントントランジスタを備えた、例えば内燃機関用の点火出力段において、ダ ーリントントランジスタのベース・エミッタ間に並列に、短絡トランジスタ（Ｔ ３）のコレクタ・エミッタ間が設けられておりかつ該短絡トランジスタの制御接 続端子が高オーミックの保護抵抗（Ｒ３）を介してダーリントントランジスタの コレクタに接続されている ことを特徴とする点火出力段。 ２．保護抵抗（Ｒ３）に直列に、高オーミックの保護抵抗（Ｒ３）と短絡抵抗 （Ｔ３）の制御接続端子との間にツェナーダイオード（Ｚ２）が設けられている 請求項１記載の点火出力段。 ３．ダーリントントランジスタはダーリントントランジスタのドライバトラン ジスタ（Ｔ２）のコレクタ・エミッタ間に並列に接続され得ているツェナーダイ オード（Ｚ１）を用いた１段の内部のクランプを有している 請求項１および２記載の点火出力段。 ４．ダーリントントランジスタは多段のクランプを有しており、ここにおいて ツェナーダイオード（Ｚ１）は第１のダイオード（Ｄ１）と共に、ドライバトラ ンジスタ（ｔ２）のコレクタ・ベース間に並列に設けられておりかつ短絡トラン ジスタ（Ｔ３）のベースとダーリントントランジスタの制御接続端子との間に減 結合ダイオード（Ｄ２）が設けられている 請求項１および２記載の点火出力段。 ５．高オーミックの抵抗（Ｒ３）と短絡トランジスタ（Ｔ３）の制御接続端子 との間に第４のトランジスタ（Ｔ４）のコレクタが接続されておりかつ第４のト ランジスタ（Ｔ４）のベースは分圧器（Ｒ５／Ｒ６）を介してダーリントントラ ンジスタの制御接続端子に接続されておりかつ第４のトランジスタのエミッタは アースに接続されている 請求項１から３までのいずれか１項記載の点火出力段。 ６．ツェナーダイオード，短絡トランジスタ，高オーミック抵抗（Ｒ３）およ び第４のトランジスタ（Ｔ４）のようなすべての構成要素はモノリシックに集積 可能である 請求項１から５までのいずれか１項記載の点火出力段。